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Technologie PCB
Comment assurer un rapport d'aspect élevé et une conductivité à petite ouverture
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Comment assurer un rapport d'aspect élevé et une conductivité à petite ouverture

2021-08-20
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Author:IPCB

When the diameter of the via hole gets smaller and the thickness-to-diameter ratio gets higher and higher, it becomes more difficult to ensure good metal coverage in the hole. It is also very challenging to ensure the uniformity of the metal in the hole and protect the metal in the hole from being Attendez.hed away during pattern plating and subsequent masking and Attendez.hing. Cet article énumère de nombreuses raisons de cavité dans la couche de cuivre à travers le trou, discusses how to identify the underlying problems, and proposes some suggestions for the production process to avoid these problems.


Holes in the Couche conductrice dans le trou de travers Sont causés par des causes différentes et présentent des caractéristiques différentes, but one thing is in common, Oui., the metal coverage of the conductive layer in the hole is insufficient or there is no metal coverage. Theoretically, the problem is caused by two situations: insufficient metal deposited, Ou après avoir déposé une quantité suffisante de métal, some of the metal is lost for some reason. Un mauvais paramètre de placage peut entraîner un dépôt métallique insuffisant, such as bath chemical composition, Mouvement cathodique, current, Distribution actuelle de la densité, or plating time, Attendez.. This may also be caused by foreign matter on the surface of the hole that prevents metal deposition, Comme la mousse., dust, Fibre de coton ou film organique, and dirt. Si la surface de la paroi du trou n'est pas correctement préparée, it is not conducive to the deposition of the plating solution, and may also lead to poor metal deposition, Comme le forage grossier, crack formation, or "pink circles". The "eating" of copper from the through hole may be due to chemical factors, Comme la gravure., Ou mécanisme, such as blow-holing, Fissures, or peeling of the deposited layer.

This article analyzes the defects and causes in the order of the process steps of the via hole metallization process to study where the problem may occur, and the steps leading to the hole in the hole. Et apprendre les facteurs utiles de l'analyse et de la résolution de problèmes classiques, such as identifying the shape and location of the cavity, Et les moyens de résoudre le problème.


1. Facteurs susceptibles de provoquer des cavités dans les trous lors des étapes précédentes de métallisation:

A. Drilling

Worn drill bits or other improper drilling parameters may tear the copper foil and dielectric layer and form cracks. The glass fiber may also be torn rather than cut. Whether the copper foil will tear from the resin depends not only on the quality of the drilling, but also on the bonding strength of the copper foil and the resin. A typical example is: the bond between the oxide layer and the prepreg in the multilayer board is often weaker than the bond between the dielectric substrate and the copper foil, so most of the tears occur on the surface of the oxide layer on the multilayer board. In the gold plate, La déchirure se produit sur le côté le plus lisse de la Feuille de cuivre, unless the "revers treated copper foil" (revers treated foil) is used. The oxidized surface is not firmly bonded to the prepreg, and it may also lead to a worse "pink circle", that is, the copper oxide layer is dissolved in acid. Les parois rugueuses des trous ou les parois rugueuses des trous avec des cercles roses entraîneront des vides dans les joints multicouches., which are called wedge woids or blow holes. The "wedge woids" are initially located at the joint interface. The name also implies: the shape is like a "wedge", Se contracte pour former une cavité, which can usually be covered by an electroplated layer. If the copper layer covers these grooves, there will often be moisture behind the copper layer. Dans le processus qui a suivi, such as hot air leveling and high temperature treatment, evaporation of moisture (moisture) and wedge-shaped voids usually appear together. According to the position and shape, Il est facile à identifier et à distinguer des autres types de cavités.


Décontamination / gravure

La procédure de décontamination consiste à éliminer chimiquement l'huile de résine de la couche interne de cuivre.. This greasiness was originally caused by drilling. La gravure est un approfondissement de la décontamination, which is about to remove more resin, Faire ressortir le cuivre de la résine, Et former une "clé à trois points" ou une "clé à trois côtés" avec le revêtement en cuivre pour améliorer la fiabilité de l'interconnexion. Permanganate is used to oxidize resin and "Attendez.h" it. Forster., the resin needs to be swelled to facilitate the permanganate treatment. L'étape de neutralisation élimine les résidus de manganate. The glass fiber Etch uses a different chemical method, Généralement de l'acide fluorhydrique. Improper decontamination can cause two types of cavities: The rough resin sticking on the hole wall may contain liquid, Cela provoque des "trous d'air". The residual dirt on the inner layer of copper will hinder the good combination of copper/Revêtement en cuivre, resulting in "hole wall pullaway" (hole wall pullaway), Attendez.., such as in high temperature processing or related tests, Revêtement en cuivre séparé de la paroi du trou. The resin separation may cause the hole wall to pull off and cracks and voids on the copper plating layer. If the residue of potassium manganate salt is not completely removed in the neutralization step (5. to be precise, when it is in the reduction reaction), Il peut aussi causer des cavités. The reduction reaction often uses reducing agents, Comme l'hydrazine ou l'hydroxylamine.


C. Catalytic steps before electroless copper deposition

The mismatch between decontamination/etching/electroless copper deposition and the inadequate optimization of the individual steps are also issues worthy of consideration. Ceux qui ont étudié les vides perforés sont tout à fait d'accord avec l'intégrité uniforme du traitement chimique. The traditional pre-treatment sequence for copper sinking is cleaning, Ajustement, activation (Catalyse), acceleration (post-activation), and then into cleaning (leaching) washing, pre-soaking, C'est tout à fait conforme au principe de la Muppet.. For example, Modulateur, L'électrolyte cationique de polyester est utilisé pour neutraliser la charge négative sur la fibre de verre, and it must be applied correctly to get the required positive charge: too little modifier, Mauvaise couche d'activation et adhérence; Un trop grand nombre de modificateurs formeront un film mince, ce qui entraînera un mauvais dépôt de cuivre. De cette façon, la paroi du trou est arrachée.. The conditioning agent is not sufficiently covered, Plus susceptible d'apparaître sur la tête de verre. In metallography, L'ouverture de la cavité présente une mauvaise couverture en cuivre à la fibre de verre, or no copper. Autres causes de cavités dans le verre en raison d'une gravure insuffisante du verre, excessive resin etching, Gravure excessive du verre, insufficient catalysis, Ou une mauvaise mobilité du bain de cuivre. Other factors that affect the coverage of the Pd active layer on the pore wall are: activation temperature, Temps d'activation, concentration, etc. If the cavities are on the resin, Les causes possibles sont les suivantes:, plasma residues, Réglage insuffisant ou activation insuffisante, and low activity of the copper sink.


2. Trous creux liés au placage électrolytique du cuivre

Quand vous regardez le trou dans le trou, always check whether there is a problem with the chemical bath, Et regardez la cuve de prétraitement pour le placage électrolytique du cuivre, but also cover the common problems of chemical copper, Cuivre électroplaqué, and lead/Bain d'étain. In general, Nous pouvons comprendre la bulle, solid matter (dust, cotton) or organic matter sticky, Le film sec peut empêcher le dépôt de la solution de placage ou d'activation. The bubbles are welcome, Il y a de la mousse produite à l'extérieur et à l'intérieur. Sometimes foreign air bubbles may enter the slot or the through hole when the board is oscillating. Les bulles naturelles sont causées par l'hydrogène produit par la réaction dans une solution de précipitation chimique du cuivre., or hydrogen generated by the cathode or oxygen generated by the anode in the electroplating solution. Les cavités générées par les bulles ont leurs propres caractéristiques: elles sont généralement situées au Centre des pores et sont réparties symétriquement dans la structure métallographique., that is, Pas de cuivre dans un mur de taille de même largeur. If there are bubbles on the surface of the hole wall, Il apparaîtra comme une petite fosse, and the surrounding holes will be spike-shaped. Cavités causées par la poussière, cotton or oily film are extremely irregular in shape. Certaines particules qui empêchent le placage ou le dépôt actif sont également recouvertes de métal plaqué.. Non-organic particles can be analyzed by EDX, Les matières organiques peuvent être détectées par FTIR.

La recherche sur l'évitement de l'entraînement des bulles a été assez approfondie. Il existe de nombreux facteurs d'influence, tels que l'amplitude de balancement du Mouvement cathodique, l'espacement des plaques, le balancement des vibrations, etc. Les moyens les plus efficaces d'empêcher les bulles d'entrer dans les trous sont les vibrations et les collisions. Il est également très important d'augmenter l'espacement des plaques et la distance de déplacement de la cathode. L'agitation de l'air dans les cuves de décantation du cuivre électrolytique et l'impact ou la vibration des cuves d'activation sont presque inutiles. De plus, il est important d'augmenter la mouillabilité du cuivre sans électrolyse et d'éviter les bulles d'air pendant le prétraitement. L'énergie de surface du bain dépend de la taille de la bulle d'hydrogène avant qu'elle ne s'échappe ou ne se brise. De toute évidence, il est souhaitable d'éliminer les bulles d'air des pores avant qu'elles ne s'agrandissent afin d'éviter d'entraver l'échange de solutions.


3. Trous creux associés au film sec

A. Characteristic description

Rim voids (Rim voids), that is, L'écart est situé plus près de la surface de la carte de circuit. They are often caused by the resist in the holes. Ils ont une largeur d'environ 50 - 70 microns et une distance de 50 - 70 microns de la surface de la carte de circuit., with rim voids It may be on one or both sides of the board, Cela peut entraîner un circuit ouvert complet ou partiel. The voids caused by chemical copper, Cuivre électroplaqué, and lead/Le revêtement en étain se trouve principalement au Centre du trou.. The voids caused by barrel cracks are also different in physical characteristics from the voids caused by dry film.


B. Defect mechanism

The hole or hole edge void is because the resist enters the hole and is not removed during development. Ça bloque le cuivre., tin, Placage et soudage. The resist is removed when the film is removed, Le cuivre chimique a été corrodé.. Generally, Il est difficile de trouver un inhibiteur de corrosion dans le trou après le développement. The location of the hole and the width of the defect are the main basis for judging the hole and the hole at the edge. Pourquoi la résistance s'écoule - t - elle dans le trou?? La pression d'air dans les trous couverts par l'inhibiteur de corrosion est inférieure de 20% à la pression atmosphérique. Lorsque le film est appliqué, l'air dans le trou est chaud, and the air pressure decreases when the air is cooled to room temperature. La pression d'air permet à l'inhibiteur de corrosion de s'écouler lentement dans le trou jusqu'à ce qu'il se forme..

ATL

Trois facteurs principaux contribuent à la profondeur du débit de traînée, namely:

(1) There is water or vapor in the front hole of the film.

(2) Small holes with high aspect ratio, take 0.Exemple de trou de 5 mm.

(3) The filming and developing time is too long.


La principale raison pour laquelle la vapeur d'eau reste dans le trou est que l'eau peut réduire la viscosité de l'inhibiteur de corrosion, ce qui le fait s'écouler plus rapidement dans le trou.. Small holes with high thickness-to-diameter ratio are more prone to voiding problems, Parce que ces trous sont plus difficiles à sécher. The resist in the pinholes is also more difficult to develop. Plus le temps avant le développement est long, plus l'inhibiteur de corrosion peut s'écouler dans le trou.. The surface treatment and the automatic filming connection are more prone to problems.


C. Avoid holes or holes around holes

The best and simple way to avoid holes or holes around holes is to increase the degree of drying after surface treatment. Si le trou est sec, no holes or cavities around the holes will occur. Mauvais développement, quelle que soit la durée de conservation, it will not cause holes or holes at the edges. Après addition du dessiccant, try to keep the time between the film and the developer as short as possible, Mais la stabilité doit être prise en compte. If the following situations occur, the orifice or the edge of the hole is empty

Holes may occur (not previously):

Après l'installation d'un nouvel équipement de traitement de surface et d'un nouvel équipement de séchage.

(2) The surface treatment equipment and the drying section are malfunctioning.

Produire de petites plaques d'orifice avec un rapport d'épaisseur / diamètre élevé.

(4) Change of resist or change to thick dry film.

(5) Use of vacuum film sticking machine.

Dans le pire et le plus rare des cas, l'inhibiteur de corrosion forme une couche de blindage dans le trou. La couche de masque semble avoir été poussée dans des trous de 50 à 70 microns de profondeur. Comme le masque empêche l'entrée de la solution, il apparaît comme une cavité de bord générale à une extrémité du trou, qui s'étend de l'autre extrémité du trou à la plupart des trous. L'épaisseur du revêtement devient plus mince lorsque le revêtement est près du Centre du trou.

De nombreuses usines de PCB se sont tournées vers le placage direct, qui est parfois relié à une machine à coller. Si le séchage subséquent n'est pas suffisant, des trous peuvent apparaître sur les bords. Pour que le trou soit complètement sec, la partie sèche doit être très complète.


4. Holes related to masking

Si le masque n'est pas bon, l'etchant pénètre dans le trou pour graver le cuivre déposé. Les dommages mécaniques des masques se produisent dynamiquement et il y a moins de trous dans les masques supérieurs et inférieurs. De même, le masque est très fragile, ce qui entraîne une pression négative dans le trou et, en fin de compte, un défaut du masque. Ce masque réduit la pression négative, tandis que le masque opposé est plus facile à vivre. Le masque d'un côté est brisé et l'etchant entre dans le trou. Le cuivre d'un côté du masque brisé est d'abord gravé. D'autre part, le masque bloque la sortie de l'etchant et la quantité d'échange de l'etchant est trop faible, de sorte que le modèle de cavité est également plus symétrique, ce qui indique qu'une extrémité est épaisse en cuivre et l'autre mince. La situation varie selon l'étendue des dommages causés au masque. Dans des cas extrêmes, tout le cuivre à travers le trou sera gravé.


5. Direct plating

Direct electroplating avoids the traditional chemical copper deposition, Mais il existe trois types d'étapes de prétraitement; Par exemple: méthode à matrice Palladium, carbon film process, Technologie des membranes conductrices organiques. Toute condition susceptible d'affecter le dépôt du catalyseur, or when the polymer conductive film is deposited, Les dépôts de monomères et de composants polymères créent des vides. Most carbon membrane, Le procédé des membranes de graphite et de palladium dépend d'un ajustement approprié de la paroi interstitielle., using polymer electrolyte cations and organic catalytic layers containing opposite charges. Pour une meilleure Adsorption catalytique. Naturally, La pratique a prouvé que le placage électrolytique du cuivre est une bonne étape technologique, such as hole wall cleaning, Ajustement, catalytic deposition, etc., are properly applied in the direct electroplating process. Bien sûr., special problems in the electroless copper bath, Comme la production d'hydrogène, will not occur here.


En cas d'utilisation d'un procédé de placage direct, des problèmes particuliers peuvent survenir si les conditions recommandées par le fournisseur de réactifs ne sont pas respectées. Par exemple, dans un procédé à membrane de carbone, il n'est généralement pas recommandé de nettoyer la surface de la carte de circuit après le dépôt de la membrane de carbone, car la brosse élimine les particules de la membrane de carbone au bord du trou. Dans ce cas, il est difficile, voire impossible, d'accéder au Centre du trou à partir de la surface du cuivre. Si le film de carbone de l'orifice d'un côté de la plaque est brossé, le placage peut également être effectué de l'autre côté. Cependant, l'effet de l'électrodéposition diminue graduellement et le cuivre électroplaqué peut ne pas communiquer avec la surface de cuivre de l'autre côté. Les résultats sont semblables à ceux obtenus lors de la fissuration du masque. Des vides peuvent également se produire si la poudre de Ponce est pulvérisée après dépôt catalytique dans un procédé à film de carbone ou de graphite. Les particules de poudre de Ponce injectées peuvent pénétrer dans le trou à grande vitesse et rincer les particules de la couche de catalyseur. D'autre part, le procédé au graphite semble capable de résister au traitement du plâtre Ponce.


6. Holes related to copper electroplating and lead-tin electroplating (to pure tin)

Causes internes de la mousse

Heureusement..., the acid copper plating bath has a very high cell efficiency, Par conséquent, la production d'hydrogène dans de meilleures solutions de placage est un problème mineur.. What needs to be avoided is the conditions that are likely to cause hydrogen generation, Par exemple, des densités de courant élevées et des fluctuations du redresseur peuvent entraîner une dérive à court terme des densités de courant élevées.. Some tin/Les bains de plomb ou d'étain sont moins efficaces que les bains de cuivre. Hydrogen generation becomes an important issue. L'ajout d'additifs anti - pollution constitue un progrès intéressant dans la prévention du fractionnement de l'hydrogène.. These organic compounds, Comme les dérivés du caprolactame., may participate in redox reactions, Enlever les atomes avant de former des molécules d'hydrogène. The state of hydrogen prevents the generation of bubbles. L'additif réducteur résistant à la fosse est ré - oxydé à l'anode et transféré à la cathode pour recommencer le cycle..


Causes externes de la mousse

The most obvious external cause of bubbles is the bubbles filled in the holes before the board is immersed in the solution. Pour évacuer l'air du trou avant que la plaque ne soit immergée dans le réservoir, some electroplating fixture designers have experimented with forming a certain angle between the board and the fixture. L'agitation des pales produit une pression différentielle suffisante pour Extruder les bulles d'air du trou.. Using compressed air through a sprayer to agitate the liquid (air sparging) through the surface of the plate also helps to drive away air bubbles. Bien sûr., the spray stirring itself is also a kind of gas, Mélanger dans le réservoir, the air enters the circulating filter pump to produce a supersaturated liquid flow, Des bulles d'air se forment au point de rassemblement, and also form bubbles at the defects of the hole wall. Some manufacturers are troubled by this problem and turn to airless agitation (solution spraying).


In addition to resist residues and bubbles that hinder electroplating, D'autres problèmes évidents qui causent des cavités de placage sont la faible perméabilité et le blocage des matières étrangères.. Poor penetration of the bath will cause no copper in the middle, Mais c'est une situation très extrême.. Usually, Épaisseur insuffisante du cuivre au Centre du trou pour satisfaire aux critères d'acceptation. In the acid copper plating bath, La mauvaise pénétration est due à l'inadéquation du cuivre/acid ratio, Pollution des bains, low or insufficient organic additives, Mauvaise distribution actuelle, blocking effect or stirring, etc. If particle contamination is found, Ceci est principalement dû à une défaillance de la pompe de circulation ou de filtration, the frequency of tank reversal is too low, Sac anodique endommagé ou film cathodique défectueux.


7. Cavités causées par la gravure du cuivre

S'il y a un problème avec l'inhibiteur de corrosion du métal plaqué, le cuivre dans le trou de travers sera exposé à l'etchant, créant des vides. Dans ce cas, la cavité est causée par du cuivre corrodé plutôt que par du cuivre non déposé. C'est un peu contre les priorités. Il faut encore souligner ici que le cuivre a été corrodé, ce qui a entraîné des cavités.


The first possible condition that may cause copper loss is that if there is residual moisture in the hole during electroless copper deposition, Ou si elle est placée trop longtemps avant la prochaine opération, or the corrosive atmosphere, Le cuivre est oxydé. The copper is dissolved in the prepreg step before. Une autre possibilité est la micro - corrosion excessive avant le placage.. Deuxièmement,, the copper of electroless copper may fall off. On peut voir si la métallographie directe ou le choc thermique se produit après le placage du cuivre sans électrolyse.. Cette cavité est due à une mauvaise composition du bain de cuivre électrolytique, entrainment of the treatment solution, Mauvaise adhérence du cuivre électrolytique en raison d'un mauvais réglage de la décontamination, catalysis, or accelerators.


Lors du soudage par ondes, hot air leveling, Ou toute autre procédure de soudage par Reflow à haute température ou essai de contrainte thermique simulé, copper defects (cracks, peeling) on the hole wall occur. The root cause of such problems often needs to be traced back to the hole wall pretreatment and the initial The metallization step of the hole. La paroi du trou peut avoir de nombreuses raisons. According to the manufacturing process, Ça remonte aux étapes précédentes, comme le forage., or it can only occur during lead/étain plaqué. However, La forme et l'emplacement des cavités nous donnent souvent des indices sur la source du problème.. Hole wall voids are often caused by the mutual influence of multiple process conditions. Ils peuvent agir en même temps., or they may have a sequence. Ce n'est qu'en analysant soigneusement les caractéristiques des défauts dans les étapes du processus que l'on peut rapidement trouver la cause profonde..