杨智勤 倪超 陆然 张曦 田瑞杰 (深南电路有限公司，广东深圳518117) 摘要：针对印制电路板沉铜后进行一次铜电镀时，作为阴极的电路板的电镀初期的过程进行研究并阐明其发生机理。 关键词：电镀;阴极;初始过程;机理 中图分类号：TN41文献标识码：A文章编号：1009-0096(2012)02-0020-02 1·前言 随着电子设备的多功能化和小型化的飞速发展，电子设备的主要结构件印制电路板，其设计更趋向高密度、高精度、高可靠和窄间距、细线条、微孔化方向发展[1]。电镀铜作为其实现孔金属化互联的关键制程之一，其制程控制显得尤为重要。然而，更为重要的是弄清其失效的产生机理。 2·问题背景 笔者负责的全板电镀线，生产工艺成熟，品质稳定。然而过程监控偶有发现电镀后孔铜偏薄现象，出现概率虽低，但作为制程异常警示，笔者对其深入跟进分析，推断产生此现象的原因为电镀初期的阴极过程影响所致。以下笔者通过实验来验证推断的正确性。 3·提出并验证产生机理 笔者推断原因为：电镀的初期一段时间内，包含两个过程： (1)过程1是修补沉铜层缺陷的过程，此阶段对铜厚增长无明显贡献。 众所周知，沉铜层覆盖的完整性是以背光级数来衡量的。图1为典型的背光级别图。
理想的状况是10级，实际生产中做到的难度则很大。业界多数以8.5级以上为允收范围，这就决定了沉铜层空洞缺陷存在的必然性，也客观上决定了电镀初期的第一个过程。在第一个过程完成之后，背光已经达到比较高的水平，此时铜厚增长的过程才真正开始。 为验证这个过程，笔者实施如下实验进行验证：将一片背光试片除胶、沉铜，并刻意将其做成背光不良的状况，实测为7级。然后将此试片在哈林槽中分别电镀3 min、5 min后再观察背光状况，结果如图2。
(2)过程二是缺陷修补完成后开始的正常电镀过程，铜厚增长开始显现。 为验证此点，进行下述实验：实验设备：标准哈林槽、12V DC整流机、磷铜阳极。实验条件：阴极电流密度Dk=15ASF，电镀时间依次为5 min，10 min，20 min，30 min，40 min，50 min，60 min。实验方法：用双面无铜之基材板，正常除胶沉铜后，在哈林槽中模拟生产板之条件，进行逐次分段电镀，然后切片分析各次镀铜厚度与其电镀时间之对应关系。实验完成后切片分析各次铜层厚度与其电镀时间之对应关系。数据如下表1。铜厚与时间关系如图3：
整体来看，铜厚与时间呈良好的线性关系，其回归方程式为：y=0.3545x-0.00262y——电镀铜厚，x——时间。(S=0.0649860R-Sq=100.0%R-Sq(调整)=100.0%)但5 min时的铜厚却不服从这个关系——比从线性关系预期的铜厚要低。为什么在电镀初期的一段时间内，铜厚的增长没有后期快呢?根据机理第1点，初始的5 min时间里，有部分时间是在进行沉铜层缺陷的修复，并没有完全用在铜厚的增长上。此阶段完成后，铜厚才开始呈线性增加，如图3。
实际生产过程中，亦有事实可证明以上机理。图4单点铜薄是典型的例子，孔壁沉铜层固有的缺陷导致此结果。
所以，通过以上实验证明了电镀初期所经历的阴极过程。正是因为此过程的存在，使得有部分时间浪费在过程1，真正用于铜厚增长的时间打了折扣，结果自然是铜薄了。 4·结语 本文通过实验有力证明了机理的正确性，顺理成章地解释了电镀后偶有的孔铜偏薄现象，同时揭示了沉铜与电镀铜之间存在的必然联系，也显示了实现孔金属化功能的沉铜制程的极其重要性。在传统的采用沉铜+全板电镀的工艺中，通过本机理，尚可进行沉铜层缺陷的修复，但仍存在铜薄的隐患，在采用其他工艺，比如在沉厚铜+图形电镀时，沉铜层的缺陷会被图形转移和图形电镀前处理加以放大，轻则形成孔破，重则孔内无铜，在填盲孔工艺中，沉铜层的缺陷影响尤为显著，造成盲孔凹陷度超标甚至于漏填都是有可能的。因此，沉铜层品质之重要性不言而喻，加强沉铜制程品质管控，势在必行。 参考文献 [1]中国PCB技术网.PCB技术网文章精选V2.0.电路图形转移材料的演变,2003. 第一作者简介 杨智勤，从事PCB和Substrate技术开发与管理工作。 |
