杂物对PCB小孔质量的影响
作者:2019/8/24 2:51:35

       高科技发展,人们需要性能高、体积小、功能多的电子产品,促使印制线路板制造也向轻、薄、短、小发展,有限空间,实现更多功能,布线密度变大,孔径更小。自1995 年至2005 年间,机械钻孔批量能力***小孔径从原来0.4mm 下降到0.2mm,甚至更小。金属化孔孔径也越来越小。层与层间互连所依赖的金属化孔,质量直接关系印制电路板可靠性。随着孔径的缩小,原对较大孔径没影响的杂物,如磨刷碎屑火山灰,一旦残留在小孔里面,将使化学沉铜、电镀铜失去作用,出现孔无铜,成为孔金属化的致命***。孔化失效将使层间互联失效,***控制不良成因及影响业界已多有文章论述,本文不再述。以下从日常控制积累的细小杂物对金属化孔影响,与大家共享。

二、孔化机理

 钻头敷铜板上先打孔,再经过化学沉铜,电镀铜形成镀通孔。二者对孔金属化起着至关重要的作用。
1、化学沉铜机理:
 在双面和多层印制电路板制造过程中,都需要对不导电的裸孔进行金属化,亦即实施化学沉铜使其成为导体。化学沉铜溶液是一种催化式的“氧化/还原”反应体系。在Ag、Pb、Au、Cu 等金属粒子催化作用下,沉积出铜来。
2、电镀铜机理:
 电镀定义是利用电源,在溶液中将带正电金属离子,推送到位在阴极的导体表面形成镀层。电镀铜是一种“氧化/还原”反应,溶液中的铜金属阳极将其表面的铜金属氧化,而成为铜离子。另一方面在阴极上则产生还原反应,而令铜离子沉积成为铜金属。两者皆通过***交换,化学作用达到孔化目的,交换效果好坏直接影响孔化质量。

三、杂物塞孔

 在长期生产控制过程中,我们发现当孔径达到0.15-0.3mm,其塞孔的比例递增30%。

1、孔形成过程中的塞孔问题:
 印制电路板加工时,对0.15-0.3mm 的小孔,多数仍采用机械钻孔流程。在长期检查中,我们发现钻孔时,残留在孔里杂质 
以下为钻孔塞孔的主要原因:
 当小孔出现塞孔时,由于孔径偏小,沉铜前高压水洗、化学清洗难以把小孔里面的杂物去除,阻挡化学沉铜过程中***在孔里的交换,使化学沉铜失去作用。
 钻孔时根据叠层厚度选用合适钻嘴、垫板,保持基板清洁,不重复使用垫板,有效的吸尘效果(采用***的吸尘控制系统)是解决塞孔必须考虑的因素。

2、调整金属表面状态过程中的塞孔问题:
 为满足当今苛刻的技术要求和印制电路板向高密度、细线路发展的需求,沉铜、干膜前对板面进行有效的表面处理,提高结合力,是极为关键的流程。多数厂家采用去毛刺、清洁、抛光和研磨等手段来调整金属表面状态。此几种表面处理方式使用的磨料辅料的种类,对小孔塞孔起着关键作用。

2.1 磨料塞孔问题:
 去毛刺、清洁、抛光和研磨都必须使用到磨刷,磨刷在生产过程中会产生磨料残留物,如果残留物大小与小孔孔径接近,将出现小孔塞孔问题。采用不织布磨刷,对金属表面处理效果较好,但此种类型磨刷在磨板过程中存在不织布脱落,而且脱落的不织布大小不一,一旦残留在小孔里面,采用高压水洗无法去除。
 结论:不织布磨刷磨板,不织布刷毛存在脱落塞孔问题,目数越小问题比例越高。且都是高压水洗无法去除,换成其它类型磨刷,则塞孔问题可避免,而且能够有效去除钻孔孔边毛刺等缺陷。
 量体裁衣,根据产品的特性选用合适的磨刷。是小孔金属化的重要保证。

2.2 火山灰塞孔:
 保证干膜与基板表面牢固的粘附,要求基板表面无氧化层油污、指印及其它污物,无粗糙镀层。增大干膜与基板表面的接触面积,还要求基板有微观粗糙的表面。达到上述两项要求,贴膜前要对基板进行认真处理,而且现代电路设计要求越来越细的线宽间距,满足板件特性要求,因此发展了火山灰刷板机。火山灰粉刷板机是将火山灰粉悬浊液喷到板面上用尼龙刷进行擦刷,其加工主要有以下五个流程:
  a.尼龙刷与火山灰粉浆液相结合进行擦刷;
  b.刷洗除去板面的火山灰粉;
  c.高压水洗;
  d.水洗;
  e.干燥。
火山灰粉刷板机处理板面有如下优点:
  a.磨料火山灰粉粒子与尼龙刷相结合的作用与板面相切擦刷,能除去所有的污物,露出新鲜的纯洁的铜;
  b.能够形成完全砂粒化的、粗糙的、均匀的、多峰的表面,没有耕地式的沟槽;
  c.由于尼龙刷的作用缓和,表面和孔之间的连接不会受到***;
  d.由于相对软的尼龙刷的灵活性,可以弥补由于刷子磨损而造成的板面不均匀的问题;
  e.由于板面均匀无沟槽,降低了***时光的散射,从而改进了成像的分辨率。
  A、对于孔径为0.3mm,“FFF”型号火山灰磨板后有2 个孔出现塞孔,“FFFF”不存在有塞孔问题。经过试验,确认当火山灰粒子尺寸比加工板件孔径≤3mil 能够有效防止火山灰塞孔。
  B、对于孔径为0.25mm、0.2mm、0.15mm 火山磨板后,两种火山灰都出现塞孔,但“FFFF”塞孔比例明显低于“FFF”火山灰。而且随着孔径缩小,“FFF”塞孔比例明显上升,但“FFFF”火山灰,塞孔仍保持在低比例。
  C、磨板过程中火山灰残留在小孔里面,经过后制程高压水洗,仍无法解决火山灰的塞孔问题。导致小孔镀不上铜、铅锡蚀刻后出现孔无铜问题。
  根据孔径大小,选择合适的火山灰类型是保证小孔质量的另一个重要因素。

四、结论
  随着PCB尺寸不断减小,孔径不断缩小,布线密度不断提高,板件加工技术要求进一步提高,过去轻忽或认为不重要的部分,现在都成为关键及重要的影响,必须深入研究板件特性和加工过程中每一个环节,加以改进,提高。

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