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PCB板孔無銅的缺陷及原因分析

time : 2019-05-17 09:12       作者:凡億pcb

  隨著經濟和電子技術的不斷發展,電子產品設計變得越來越輕薄,體積越來越小。電路板(PCB)的設計也在向小孔徑、高密度、多層數、細線路的方向發展。伴隨著工藝難度的提高,線路板加工難度也逐漸加大,很容易導致孔無銅的現象出現。


  線路板鍍銅原理


  鍍銅的原理是通過化學方法在絕緣的孔內基材上沉積上一層薄銅,為后續電鍍提供導電層,從而達到內外層導通的作用。PTH主要流程如下圖所示:



  孔無銅的原因分析和改善措施:


  由于厚的PCB板過孔孔徑比都比較高,這樣很容易導致藥水無法滲透到孔內,很容易出現無銅現象。從下面線路板的切片分析來看,不同原因所造成孔內無金屬現象相近,需仔細分析區分才能辨別出造成該缺陷真正原因。一般可分為3大類:


  1藥水異常類


  藥水異常造成孔內無銅主要變現為孔內星點裝PTH不良,缺陷處圖電銅包裹板電銅,缺陷示意圖如下圖3:


  產生原因:


  A活化中鈀離子不夠,導致活化過程中無法形成足夠的膠體鈀沉積在基材表面,在后續沉銅過程中,缺少鈀離子的催化,很容易導致孔無銅


  B活化缸內滲入微小氣泡,導致缸內膠體鈀水解,喪失了活化功能,孔內無法沉積銅層。


  C溶液PH值太低,化學沉銅需要在強減性條件下才能進行,PH過低時甲醛還原能力下降,影響沉銅反應速率,造成沉銅不良。


  D沉銅缸內絡合劑不足,導致部分銅離子生成氫氧化銅沉淀,,產生沉銅不良


  改善措施:


  在鍍銅過程中,對于活化缸及沉銅缸,要保證缸內的各個部分維持在正常的濃度。除此之外,缸內PH及溫度等也會影響孔壁內側沉銅效果,應持續對其監控。


  化缸內膠體鈀受細小氣泡影響,極易產生水解。所以要保證缸內無漏氣現象。


  2 特殊設計類


  此類原因造成的孔無銅從切片示意圖來看主要表現為缺陷處明顯圖電銅包裹板電銅,同時缺陷處存在內層銅被電鍍加厚現象,如下示意圖4:

  產生原因:


  深孔電鍍的板子,孔徑比往往非常大。這樣情況下,孔內藥水交換效率明顯下降。


  在這種情況下,板子過孔是如下圖設計,那么在電鍍過程中,內層銅A處因縱橫比過大沉銅層相比于B處不夠致密,導致在板電通電后電勢高于B處,因B處通過內層銅與C相導通,故雖然A較C更接近孔口,但電勢仍較高,吸收銅離子能力小于C點。另深孔電鍍在板電過程中,孔內溶液交換速度較慢,孔內銅離子相對較少。A處在原本銅離子相對較少的情況下,因電勢原因吸收銅離子能力再次下降,直接導致其電鍍銅層厚度不足,引起孔內無銅。



  預防措施:


  以上問題,在保證PCB文件不改的情況下,可以適當調整沉銅及板電參數,以保證A處銅厚足夠。


  具體方法可以將原沉銅時間延長或進行2次沉銅。還可以在一次沉銅后,小電流短時間(8ASF*30min)板電,板電后從除油缸進板再次進行沉銅,然后在板電將孔銅加厚至足夠或者適當降低板電電流密度。


  3 生產操作類


  生產過程造成的孔無銅主要為設備異常及違規操。


  產生原因:


  生產過程中造成的孔無銅主要有:PTH前去毛刺段后處理高壓水洗異常,導致孔內鉆屑銅粉等異物無法及時排出,造成后續PTH過程中,孔內藥水無法正常交換,從而導致孔內沉銅不良;此外,在PTH過程中,活化缸及沉銅缸內振動及氣頂異常停止或振動幅度頻率不合格也會造成孔內氣泡無法及時排出,影響孔內藥水交換,導致沉銅異常,從而引起孔內無金屬缺陷。


  改善措施:


  針對孔徑比高的板子,在PTH及前處理去毛刺過程中務必保證設備處于正常工作狀態。或者是適當的更改板子參數。


  在第一次去毛刺后可以再額外進行高壓搖擺水洗,另外可以適當提高PTH活化缸及沉銅缸電振幅度,可將原2.5m/s提高至3m/s,從而保證在PTH過程中,孔內無氣泡殘存。


  4 總結


  針對孔徑比高,過孔小的線路板,為保證在PTH過程中消除孔內無金屬缺陷,還需要對設備、工藝流程及參數做出調整,具體如下:


  A. PTH前去毛刺后,再多進行一次高壓搖擺水洗,以清除孔內鉆屑等異物。


  B. PTH過程中保證各缸尤其是活化及沉銅缸藥水、溫度計PH參數都處在正常工藝范圍內。


  C. PTH過程中適當提高活化缸及沉銅缸電振幅度,由原2.5m/s提高至3m/s。


  D。 一次PTH后將板從預浸缸再次進板,額外沉銅一次;或者在PTH一次后,板電用8ASF電鍍30NIN后再次從除油缸進板沉銅;保證孔內銅層均勻性。


  E. PTH后板電需采用小電流長時間,以保證孔內銅離子足夠保證孔壁電鍍效果。