盲孔电镀填平不良改善研究

雷华山 于永贞 刘彬云 肖定军

（广东东硕科技有限公司，广东 广州 510245）

1 前言

随着时尚消费类电子产品的不断更新换代，给PCB行业带来了更大的发展机遇。该类电子产品具有轻薄化、多功能化、集成化、传输信号快、传输频率高等特点，要求其布线密度越来越大[1]。近年来HDI板产业因其高密度互连、高精细线路著称得到快速增长。目前多阶HDI板的层间互连大多采用微孔叠孔及交错连接方式设计[2]，一般是采用电镀铜填孔方式导通[3]，如何运用好电镀填盲孔技术，确保填孔过程中品质，成为业界工作者考虑的问题。毕竟电镀填孔与传统电镀有一定的差别，在工艺参数、流程设计、设备方面有着更为严格的要求。填孔过程中的空洞、凹陷值（Dimple）、填孔药液控制稳定性等均是电镀填孔的难点。本文将主要以实际开发应用过程中出现的填平不良（如空洞、凹陷值偏大、漏填等）缺陷进行分析，通过一系列分析和相关实验验证，得到了些改善填孔不良的思路和方法。

2 问题分析

2.1 不良现象种类

在填孔试验后通过目检发现，每块试验样板中都会出现少量盲孔填孔不良，通过对不良盲孔切片分析，统计其不良现象如下表1。

2.2 不良原因分析

通过切片确认，不良模式主要为凹陷值偏大、漏填、空洞和孔塞四种模式。其中凹陷值值偏大、漏填比率最高，其次是空洞。影响填孔电镀品质的因素很多，包括填孔电镀设备、电镀液组成、填孔工艺参数等各方面，表2主要从人、机、料、法、 环五方面针对此次填孔不良可能造成原因进行分析。

表1 填孔不良缺陷表

针对上述原因的分析，有重点地从以下几方面进行排查：

（1）添加剂组分浓度失调：原理分析，盲孔的填孔主要是通过添加剂中各组分的协调作用、吸附差异平衡化完成，组分浓度的失控，势必造成添加剂在盲孔内吸附平衡的破坏，打破超等角填孔模式。

（2）导电性不良：每个夹头实际电流大小直接影响到该区域很大一部分盲孔的填孔效果，，夹头电流大小不稳甚至夹头电流分布不均匀，势必影响到电场线在盲孔板面及孔口内分布，最终导致添加剂分布差异的失常，影响填孔效果。

（3）喷嘴堵塞：原理分析，填孔槽喷压大小直接影响到填孔过程中孔内药水交换效果，若喷嘴堵塞必然造成部分孔药水交换不好，造成填孔效果欠佳，凹陷值偏大，孔内容易有异物，必须确保电镀槽内喷嘴无堵塞，避免影响填孔效果。

（4）预镀和填孔前处理异常：原理分析，预镀和前处理效果直接影响到填孔效果，预镀效果不好或是微蚀不足，均可能导致个别镭射孔孔内导电不良，孔内电阻偏高，在填孔时不利于添加剂分布，导致填孔失败。

（5）槽内气泡的影响：原理分析，阳极网破裂及泵浦吸入口漏气，势必会造成大量的氧气及空气进入槽内，通过过滤泵循环过滤，将气泡带入整个槽体或从喷流管进入盲孔，阻碍孔内药水交换而导致漏填现象发生。

2.3 可能原因验证分析

2.3.1 添加剂浓度失调

表2 填孔不良影响因素分析

为了验证填孔槽液中添加剂组分浓度是否失控，一方面进行添加剂有效组分CVS分析测试，看组分浓度是否在参数控制范围内。另一方面，从大槽中取出一小部分槽液用哈林槽进行小试验证，验证其填孔效果是否跟大槽一样，试验结果如表3、4，从填孔图片中基本可以判断，大槽中填孔出现的填孔不良跟添加剂浓度失调无关。

表3 填孔添加剂分析浓度

表4 盲孔填孔效果图对比

2.3.2 导电性不良

图1是VCP槽液改善前夹板简意图，通过电流表测试每个夹头的电流值，发现夹头电流大小不一样，相差较大，夹头3、4导电明显不好，整个夹具导电不均匀。此外还发现，试板两端在缺少陪镀板的前提下，填孔时因阴极铜排来回移动（移动幅度30 cm），势必容易造成试板两端30 cm处相对应阳极电流输出不均匀、不连续，最终也会影响试板填孔效果。改善对策：见图2，试板两端增加30 cm左右假板（Dummy），用稀硫酸清洗阴极铜排，夹头接触不良处，用铜丝把铜排与夹头缠绕连接，改善夹头3、4导电性，改善后再用电流表测试每个夹头电流值，表5是改善前后每个夹头的电流值（总设定为120 A）。

2.3.3 喷嘴堵塞

图1 VCP改善前夹板简意图

图2 VCP槽改善后夹板简意图

填孔槽液放置时间较长，滤芯又长期未更换。存在喷嘴堵塞风险。改善对策：把喷管卸下，清理每一个喷嘴，同时用高压自来水冲洗，更换过滤棉芯，改用过滤精度为1 μm棉芯加强镀液循环过滤。同时对盲孔塞孔中的异物及槽液中异物进行EDS测试对比分析，测试结果如表6所示，从表中的元素含量可以看到，盲孔内异物跟槽液中的异物成分相似，孔塞是镀液较脏所致。

3 改善效果验证

通过添加剂浓度分析及哈林槽小试验证试验，槽液的循环过滤、喷嘴清洁、导电性不良的改善处理后，再进行了盲孔板填孔试验，确认盲孔填孔不良现象是否得到改善，并进行了填孔不良结果统计，从表7可以看到，经过上面几项改进措施后，填孔效果得到很大的改善，凹陷值偏大、孔塞、空洞问题得到解决，但是漏填的现象仍然存在，未得到根本改善，且所有漏填孔失效模式一样，孔内完全不上铜，甚至有溶铜现象发生。

表5 夹头改善前后电流值

表6 异物测试对比图

表7 初步改善填孔效果图

针对填孔过程中漏填现象的发生，结合到盲孔填孔电镀原理及影响因素，认为产生这种缺陷最大可能原因是预镀不好，微蚀前处理不良、还有就是槽液中气泡过多造成。因为预镀不好、微蚀处理不良都会导致孔内电阻过大，甚至出现微蚀后断铜现象，导致填孔失败。此外槽液气泡过多，经过滤泵循环，将气泡带入整个槽体或从喷嘴进入盲孔，严重阻碍孔内药水交换而导致漏填现象发生，针对此分析，安排以下试验进行验证。

（1）更换不同批次沉铜预镀后盲孔试验样板，加强微蚀前处理工艺步骤及控制参数，微蚀速率控制在0.3μm ～ 0.8 μm范围内，保证微蚀量稳定进行填孔试验，试验结果如下表8所示，从结果可以看到，此次漏填现象发生跟预镀及微蚀前处理关系不大，漏填现象仍未得到解决。

表8 不同批次试验板填孔效果图

（2）槽液气泡问题，其来源无非从两方面进入。一方面，来自不溶性钛网释放出氧气，如果阳极网罩破损，氧气很容易扩散进入到槽体。另一方面，管道漏气，密封性不好，在泵浦开启时，空气很容易被带进循环泵，进而进入槽液及盲孔。针对此两点进行排查，发现最有可能产生气泡地方为泵浦吸入口，有两支管路，其中一支漏液严重，会导致泵浦在开启时吸入空气，而吸入的空气经过滤芯会变更小，容易从喷嘴进入盲孔，导致填孔模式失效。因而将其关闭，只保留另外一个吸入口，试验结果如表9所示，从结果可以看到，关掉漏气吸入口阀门，漏填现象消失，填孔效果良好，说明此次漏填正是跟泵浦吸入口漏气有关，是槽液中气泡所造成，阻碍了盲孔内镀液交换。

表9 泵浦关掉后填孔效果图

4 结论

通过改善前后对比可以看到，此次凹陷值偏大，空洞、塞孔缺失是由于夹头导电不良、喷嘴堵塞、槽液较脏所致；而漏填现象是由于槽液中存在大量气泡，气泡经过滤棉芯后会变得更细小，更容易进入孔内，造成镀液交换困难，是由管路漏气原因所导致。当然，影响盲孔填孔的因素还有很多，只有平时做到长期监控、细心维护、认真排查造成填孔不良的每一个可能因素，才能真正运用好盲孔填平技术，提高HDI工艺制作水平。

[1]孙俊杰,欧阳小平,陆然等. 喷流方式对电镀填孔影响分析[J].印制电路信息,2012,10(10)：22-26.

[2]杨宏强,王洪,骆玉祥等.多阶盲孔板制作中关键技术研究[J].印制电路资讯,2007,11(6)：72-75.

[3]陈世金,徐缓,罗旭等.影响印制线路板电镀填盲孔效果的因素[J].电镀与涂饰,2012,12(36)：33-37.