双面板镀通孔知识37468.docx

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1、镀通孔7.1製程程目的 雙面板板以上完成成鑽孔後即即進行鍍通通孔(Pllatedd Thrroughh Holle , PTH)步驟，其其目的使孔孔壁上之非非導體部份份之樹脂及及玻纖束進進行金屬化化( meetaliizatiion ), 以進進行後來之之電鍍銅製製程,完成成足夠導電電及焊接之之金屬孔壁壁。 19866年，美國國有一家化化學公司HHunt 宣佈PTTH不再需需要傳統的的貴金屬及及無電銅的的金屬化製製程,可用用碳粉的塗塗佈成為通通電的媒介介，商名為為Blaack hhole。之後陸陸續有其他他不同baase產品品上市, 國內使用用者非常多多. 除傳傳統PTHH外, 直直接電鍍(d

2、ireect pplatiing)本本章節也會會述及. 7.2製造造流程 去毛頭頭除膠渣渣PTHHa一次銅銅 7.2.11. 去巴巴里 (ddeburrr) 鑽完孔孔後,若是是鑽孔條件件不適當,孔邊緣有有1.未切切斷銅絲22.未切斷斷玻纖的殘殘留,稱為為burrr.因其要要斷不斷,而且粗糙糙,若不將將之去除,可能造成成通孔不良良及孔小,因此鑽孔孔後會有dde-buurr製程程.也有dde-buurr是放放在Dessmearr之後才作作業.一般般de-bburr是是用機器刷刷磨,且會會加入超音音波及高壓壓沖洗的應應用.可參參考表4.1. 7.2.22. 除膠膠渣 (DDesmeear) A.目目

3、的: a. Dessmearr b. Creaate MMicroo-rouugh增加加adheesionn BB. Smmear產產生的原因因: 由於於鑽孔時造造成的高溫溫Resiin超過TTg值，而而形成融熔熔狀，終致致產生膠渣渣。 此膠膠渣生於內內層銅邊緣緣及孔壁區區，會造成成P.I.(Pooor lnntercconneectioon) C. Desmmear的的四種方法法: 硫酸酸法(Suulferric AAcid) 、電漿漿法(Pllasmaa)、鉻酸酸法(Crromicc Aciid)、 高錳酸鉀鉀法(Peermannganaate). a. 硫酸法必必須保持高高濃度，但但硫酸

4、本身身為脫水劑劑很難保持持高濃度，且且咬蝕出的的孔面光滑滑無微孔，並並不適用。 b. 電電漿法效率率慢且多為為批次生產產，而處理理後大多仍仍必須配合合其他濕製製程處理，因因此除非生生產特殊板板大多不予予採用。 c. 鉻鉻酸法咬蝕蝕速度快，但但微孔的產產生並不理理想，且廢廢水不易處處理又有致致癌的潛在在風險，故故漸被淘汰汰。 d. 高錳酸酸鉀法因配配合溶劑製製程，可以以產生微孔孔。同時由由於還原電電極的推出出，使槽液液安定性獲獲得較佳控控制，因此此目前較被被普遍使用用。7.2.22.1 高高錳酸鉀法法(KMnnO4 PProceess): A.膨膨鬆劑(SSwelller): a. 功能:軟軟化

5、膨鬆EEpoxyy，降低 Polyymer 間的鍵結結能，使KKMnO44 更易咬咬蝕形成 Micrro-roough 速 率 作 用 Conccentrratioon b. 影響因因素: 見見圖7.11 cc. 安全全:不可和和KMnOO4 直接接混合，以以免產生強強烈氧化還還原，發生生火災。 d. 原原理解釋: (11) 見圖圖7.2 初期溶溶出可降低低較弱的鍵鍵結，使其其鍵結間有有了明顯的的差異。若若浸泡過長長，強 的的鏈結也漸漸次降低，終終致整塊成成為低鏈結結能的表面面。如果達達到如此狀狀態，將無無法形成不不同強度結結面。若浸浸泡過短，則則無法形成成低鍵結及及鍵結差異異，如此 將使KM

6、MnO4咬咬蝕難以形形成蜂窩面面，終致影影響到PTTH的效果果。 (2) SSurfaace TTensiion的問問題: 無論論大小孔皆皆有可能有有氣泡殘留留，而表面面力對孔內內Wettting也也影響頗大大。故 採採用較高溫溫操作有助助於降低SSurfaace TTensiion及去去除氣泡。至至於濃度的的問題， 為使Drrag oout降低低減少消耗耗而使用略略低濃度，事事實上較高高濃度也可可操作且速速 度較快快。 在製程程中必須先先Wettting孔孔內壁，以以後才能使使藥液進入入作用，否否則有空氣氣殘 留後後續製程更更不易進入入孔內，其其Smeaar將不可可能去除。 BB. 除膠膠劑

7、 (KKMnO44 ): a. 使使用KMnnO4的原原因:選KKMnO44而未選NNaMnOO4是因為為KMnOO4溶解度度較佳,單單 價也較較低。 bb. 反應應原理: 44MnO44- + C + 4OH- MMnO4= + CCO2 + 2H22O (此此為主反應應式) 2MMnO4- + 22OH- 2MMnO4= + 11/2 OO2 + H2O (此為高高PH值時時自發性分分解反應) MnO44- + H2O MnnO2 + 2OHH- + 1/2 O2 (此為自然然反應會造造成Mn+4沉澱) c. 作業方式式:早期採採氧化添加加劑的方式式，目前多多用電極還還原的方式式操作，不不

8、穩 定的的問題已獲獲解決。 d. 過過程中其化化學成份狀狀況皆以分分析得知，但但Mn+77為紫色, Mn+6為綠色色,Mn+4 為黑黑色，可由由直觀的色色度來直接接判斷大略略狀態。若若有不正常常發生，則則可能 是是電極效率率出了問題題須注意。 ee. 咬蝕蝕速率的影影響因素: 見圖77.3f. 電極的的好處: (1).使槽液液壽命增長長 (2).品質穩穩定且無BBy-prroducct，其兩兩者比較如如圖7.44: g. KMnnO4形成成Micrro-roough的的原因: 由於Swwelleer造成膨膨鬆，且有有結合力之之強弱，如如此使咬蝕蝕時產生選選擇性， 而形成所所謂的Miicro-r

9、ouggh。但如如因過度咬咬蝕，將再再度平滑。 hh. 咬蝕蝕能力也會會隨基材之之不同而有有所改變 ii. 電極極必須留心心保養，電電極效率較較難定出絕絕對標準，且且也很難確確認是否足足夠 應付付實際需要要。故平時時所得經驗驗及廠商所所提供資料料，可加一一係數做計計算， 以以為電極需需求參考。 C. 中和劑(Neuttraliizer): a. NaHHSO3是是可用的NNeutrralizzer之一一，其原理理皆類似MMn+7 or MMm+6 or MMn+4(Neuttraliizer)-Mnn+2 (Soluuablee) b. 為免於於Pinkk Rinng，在選選擇Aciid ba

10、ase必須須考慮。HHCl及 H2SOO4系列都都 有，但但Cl易攻攻擊 Oxxide Layeer，所以以用H2SSO4為BBase 的酸較佳佳。 c .藥液使使用消耗分分別以H22SO4及及Neuttraliizer，用用Autoo-dossing 來補充，維維 護。 7.2.22.2 .整條生產產線的考慮慮: A.Cyclle tiime：每每Rackk(Bassket)進出某類類槽的頻率率(時間) B.產能能計算: (Woorkinng hoours / Cyycle timee)*( FIigght BBar / Hoiist)*(Raccks/FFlighht Baar)*(SF/

11、RRack)= SFF/Monn C.除膠膠渣前Prre-baakingg對板子的的影響:見見圖7.55 aa.由於22.在壓合合後己經過過兩次Cuure，結結構會比11,3 CCure更更完全，故故Bakiing 會會使結構均均一，壓板板不足處得得以補償。 b.多量量的氧，氧氧化了Reesin間間的Bonndingg，使咬蝕蝕速率加劇劇23倍倍。且使11,2,33 區較均均一。 cc.釋放SStresss，減少少產生Vooid的機機會. 7.2.22.3. 製程內主主要反應及及化學名稱稱: A化化學反應: a .主要反應應 44MnO44- + 4OH- + EEpoxyy 4MMnO4=

12、+ CCO2 + 2HH2O bb. 副反反應： 2MnnO4- + 2OOH- 2MMnO4= + 11/2O22 + HH2O (Sidee reaactioon) MnOO4= + H2OO (CII-/SOO4= /Cataalizee Rx.) MnO22 + 2OH- + 11/2 OO2 (Preecipiitatiion fformaationn) 2MnOO4= + NaOOCI + H2OO 22MnO44- + 2OH- + NNaCI 4MMnO4= + NNaS2OO8 + H2SOO4 4MnOO4- + 2OHH- + 2Na22SO4 4MMnO4= + KK2

13、S2OO8 + H2SOO4 4MnOO4- + 2OHH- + 2K2SSO4 (Foor Chhemiccal rregennerattion typee proocesss reaactioon) 2MnnO4= + 1/2 O22 + HH2O 2MnnO4- + 2 OH- (EElecttrolyytic reacctionn: Neeed rrepleenishh airr forr Oxggen cconsuumptiion) BB.化學品品名稱： MnnO4-Perrmangganatte NaS22O8 Soodiumm Perrsulffate MnnO4=Manngan

14、aate S22O4- Sullfatee OOH- Hyydroxxide(Causstic) CO2 Carbbon DDioxiide NaOOCI Soddium Hydrrochlloridde MnO22 Mangganesse Diioxidde 7.2.22.4.典典型的Deesmeaar Prrocesss: 見見表 7.2.22.5. Pockket VVoid的的解釋: A.說說法一:SSwelller殘留留在Glaass ffiberr中，在TThermmal ccyclee時爆開。 B.說法二: 見圖77.6 aa壓板過過程不良SStresss積存，上上鍚過程中中力量

15、釋出出所致 bb在膨漲漲中如果銅銅結合力強強，而Reesin釋釋出Strress方方向呈Z軸軸方向，當當Curiing 不不良而Sttresss過大時則則易形成aa之斷裂，如如果孔銅結結合力弱則則易形成BB 之Reesinreceessioon，結合合力好而內內部樹脂不不夠強軔則則出現c之之Pockket vvoid CC如果爆爆開而形成成銅凸出者者稱為Puull aaway 7.2.33 化學銅銅(PTHH) PTHH系統概分分為酸性及及鹼性系統統，特性依依基本觀念念而有不同同。 7.2.33.1 酸酸性系統： A.基基本製程： Connditiionerr MMicrooetchh Caa

16、talppretrreatmment Cattaldeeposiit AAccellerattor Elecctrolless Depoosit B.單一步驟驟功能說明明： a. 整孔 Condditiooner： 1. Dessmearr後孔內呈呈現Bippolarr現象，其其中Cu呈呈現高電位位正電，GGlasss fibber、EEpoxyy呈負電 2. 為使孔內內呈現適當當狀態，CCondiitionner具有有兩種基本本功能 (1)Cleaaner： 清潔表表面 (2)CCondiitionner： 使孔壁呈呈正電性，以以利Pd/Sn CCollooid負電電離子團吸吸附 33. 一

17、般般而言粒子子間作用力力大小如表表 因而此此類藥液系系統會有吸吸附過多或或Collloid過過多的吸附附是否可洗洗去之顧慮慮 4. Connditiionerr若Draag Inn 至 AActivvatorr槽，會使使Pd+離離子團降低低 b. 微蝕 MMicrooetchh 1. Miccroettchinng旨在清清除表面之之Condditiooner所所形成的FFilm 2. 此同時亦亦可清洗銅銅面殘留的的氧化物 c. 預預活化 CCatallprettreattmentt 1. 為避免免Micrroetcch形成的的銅離子帶帶入Pd/Sn槽，預預浸以減少少帶入 2. 降降低孔壁的的S

18、urfface Tenssion d. 活活化 Caatalddepossit 1. 一一般Pd膠膠體皆以以以下結構存存在： 見見圖7.77 2. PPd2+：Sn2+：Cl- = 11：6：112較安定定 3. 一般膠膠體的架構構方式是以以以下方式式結合：見見圖7.88 當吸附時由由於Cl會會產生架橋橋作用，且且其半徑較較大使其吸吸附不易良良好，尤其其如果孔內內的Rouughneess不適適當更可能能造成問題題。 44. 孔壁壁吸附了負負離子團，即即中和形成成中和電性性 e. 速化 AAccellerattor 1. PPd膠體吸吸附後必須須去除Snn，使Pdd2+曝露露，如此才才能在未來來

19、無電解銅銅中產生催催化作用形形成化學銅銅 2. 基本化化學反應為為： Pd+2/Snn+2 (HF)Pd+22(ad) + SSn+2 (aq) Pd+22(ad) (HCCHO)Pd(ss) 33. 一般般而言Snn與Pd特特性不同，PPd為貴金金屬而Snn則不然，因因此其主反反應可如下下： Sn+2a SSn+4 + 6FF- SnF66-2 oor Snn+2 + 4F- SnnF4-22 而而Pd則有有兩種情形形： PH=4 Pdd+2 + 2(OOH)- Pdd(OH)2 PH44 Pd+2 + 6F- PddF6-44 4. Pd吸吸附在本系系統中本身身就不易均均勻，故速速化所能發

20、發揮的效果果就極受限限制。除去去不足時會會產生P.I.，而而過長時則則可能因為為過份去除除產生破洞洞，這也是是何以Baack_llightt觀察時會會有缺點的的原因 5. 活活化後水洗洗不足或浸浸泡太久會會形成Snn+2 aa Sn(OH)22 或 SSn(OHH)4，此此易形成膠膠體膜. 而Sn+4過高也也會形成SSn(OHH)4，尤尤其在Pdd吸太多時時易呈PTTH粗糙 6. 液中懸浮浮粒子多，易易形成PTTH粗糙 f. 化化學銅沉積積Elecctrolless Depoosit 1. 利用孔內內沉積的PPd催化無無電解銅與與HCHOO作用, 使化學銅銅沉積 2. PPd在化學學銅槽的功功

21、能有二： (1) 作為Caatalyyst吸附附 H- 之主體，加加速HCHHO的反應應 (2) 作為Coonducctor，以以利e-轉轉移至Cuu+2上形形成Cu沉沉積 33. 其基基本反應及及Mechhanissm見圖77.9a ; 7.9b ： 4. 由由於槽液在在操作開始始時缺少HH2含量，故故其活性可可能不夠，而而且改變溫溫度也易使使槽液不穩穩定。故在在操作前一一般先以DDummyy boaards先先行提升活活性再作生生產，才能能達到操作作要求 5. BBath loadding也也因上述要要求而有極極大的影響響，太高的的Bathh loaadingg會造成過過度的活化化而使槽液

22、液不安定。相相反若太低低則會因HH2的流失失而形成沉沉積速率過過低。故其其Max與與Min值值應與廠商商確認做出出建議值 6. 如果溫度度過高，NaOHH, HCHOO濃度不不當或者PPd+2累累積過高都都可能造成成P.I.或PTHH粗糙的問問題 g. 整個反反應狀態見見圖7.110所示 7.2.33.2、鹼鹼性系統： A. 基本製程程： CCondiitionner Etchh Cleeanerr Caatalppretrreatmment Acttivattor Reduucer Eleectroolesss Coppper B. 單一步步驟功能說說明 aa. Coondittioneer

23、：Weettinng aggent + 100 g/ll NaOOH (AA) 1. 以以Wettting agennt的觀念念，而非電電性中和，如如此可形成成較薄的FFilm約約300AA，且均勻勻而不致有有附著不上上或太厚之之虞 2. 基基本方式係係以親水基基與疏水基基之特有DDipoll特性使WWettiing aagentt被水排擠擠，快速吸吸附至孔壁壁。因其形形成之單層層膜不易再再附上其他他Condditiooner而而與Cleeanerr共同作用用洗去多餘餘雜質 3. 其設計是是一道酸一一道鹼的藥藥液浸泡，使使各種不同同來源的板板子皆有良良好的weettinng作用,其Forrmu

24、laa：Wetttingg ageent + 10 ml/ll H2SSO4 4. 若水質不不潔而含MM+2(如如：Ca+2、Mgg+2、FFe+2等等)則Ammine及及Wettting agennt易與之之結合而形形成沉澱，故故水質硬度度應特別留留意 5. 當當板子浸入入水中，CCu正電迅迅速與OHH-中和而而呈負電。而而Dipool靜電力力有限，不不致形成多多層覆蓋，故故無Oveer coondittion的的顧慮 b. EEtch cleaaner：(SPSS 與 HH2SO44/H2OO2兩種 ) 基本功能能與酸性系系列相似(SPS：10g/l) c. CCatallprettrea

25、ttmen)：同Acctivaator但但少Commplexx d. Acttivattor：AActivvatorr + PPd(Ammine) commplexx 11. 基本本上此系列列的Pd，是是由Amiine類形形成的Coompleex， 2. 其特點如如下： (11) Pdd(Amiine)+2呈正電電荷，可吸吸附在Coondittioneer上而甚甚少吸附在在銅上，少少有P.II.問題 (2) 沒沒有Sn形形成的Coolloiid，其粒粒子較小，結結晶較密且且少有Snn(OH)2、Snn(OH)4析出問問題。也沒沒有Sn+2 + Fe+22 a SSn+4 +Cu作作用。 (33

26、) 無CCl-在外外圍，由於於Cl-會會與Pollyimiide材料料產生作用用，故無CCl-會有有較廣的適適用性 (44) 由於於Pd(AAminee)+2 asPdd+2+AAminee為一平衡衡反應，吸吸附反應十十分快，且且由於粒子子小空隙低低因而緻密密性佳。 (5) IImpurrity少少有殘留，且且吸附Pdd+2少，故故能有較少少P.I.機會 (66) 由於於無Cl-, 對BBlackk-Oxiide的aattacck相對減減少，故PPink Ringg較輕微 (7) 由由於吸附較較密，將來來作無電解解銅時Cooveraage也會會較密較好好 e. 整個反反應狀態見見圖7.111所

27、示 7.2.44一次銅(Paneel pllatinng)非導體體的孔壁經經PTH金金屬化後，立立即進行電電鍍銅製程程, 其目目的是鍍上上200500微微英吋以保保護僅有220400微英吋厚厚的化學銅銅被後製程程破壞而造造成孔破(Voidd)。有關關銅電鍍基基本理論及及實際作業業請參看二二次銅更詳詳細的解說說. 7.3. 厚化銅 傳統金金屬化之化化學銅的厚厚度僅約220300微吋，無無法單獨存存在於製程程 中，必必須再做一一次全板面面的電鍍銅銅始能進行行圖形的轉轉移如印刷刷或乾膜。但但 若能把把化學銅層層的厚度提提高到1000微吋左左右，則自自然可以直直接做線路路轉移的工工 作，無無需再一道道

28、全板的電電鍍銅步驟驟而省卻了了設備，藥藥水、人力力、及時間間，並達 簡化製程程減少問題題的良好目目標。 因因此有厚化化銅製程出出現，此一一方式已經經實際 生生產線上進進行十數年年，由於鍍鍍液管理困困難分析添添加之設備備需要較高高層次之技技 術，成成本居高不不下等, 此製程已已經勢微. 厚化銅銅的領域又又可分為 : A.半加成SSemi-Addiitivee式是完完全為了取取代全板面面電鍍銅製製程. B.全加成成Fullly Addditiive式式則是用於於製造加成成法線路板板所用的。日日本某些商商 用消費費性電子產產品用244小時以上上的長時間間的全加成成鍍銅，而而且只鍍在在孔及線 路部份.

29、日本之外外尚不多見見, 高雄雄日立化成成數年前尚尚有CC-41製程程, 目前前已關掉該該生產線 7.3.11 厚化銅銅基本觀念念 a. 厚化銅也也仍然採用用與傳統無無電銅相似似的配方，即即仍以銅離離子、強鹼鹼、及甲醛醛做為反應應的原動力力，但與溫溫度及其所所產生的副副產物關係係較大。 b. 無電銅銅因厚度很很薄, 內內應力(iinnerr Strress) 影響不不大故不需需重視，但但厚化銅則則必須考慮慮。也就是是說厚化銅銅與板面銅銅箔間的附附著力也為為關鍵 ，應應特別注意意其鍍前活活化之過程程如整孔及及微蝕是否否完美。控控制不好時時可能發生生孔壁剝離離(pulll awway)及及板面脫皮皮

30、。 c. 厚厚化銅之外外表能接受受油墨或乾乾膜之附著著，所以印印刷前儘少少做磨刷或或其他化學學粗化。在在阻劑完成成轉移後又又要能耐得得環境的氧氧化, 而而且也要耐耐得最低起起碼的活性性清洗及活活化。 d. 厚化銅主主要的目的的是既能完完成非導體體的金屬化化同時又可可取代一次次鍍銅 ，能能夠發揮大大量的設備備、人力、物物料、及操操作時間的的節省，但但化學銅槽槽本身比傳傳統的無電電銅要貴，管管理不易，要要利用特定定的自動添添加設備。 e. 前處理理之各製程程比傳統PPTH要更更謹慎，原原因是化學學銅的沉積積是靠銅離離子在板子子上之活化化生長點(Actiive ssitess)還原出出銅金屬並並增厚

31、，當當此等生長長點被銅覆覆蓋後其他他板面上又又逐次出現現新的生長長點再接受受銅的沉積積，電鍍銅銅的沉積則則不但向上上發展, 也能橫向向延伸。故故萬一底材材未能在前前處理製程程中完成良良好的活化化時則會造造成孔破(Holee Voiid)，而而且經過乾乾膜或印刷刷後, 可可能進一步步的惡化，終終必成為板板子品質上上極大的隱隱憂。 7.4 直直接電鍍(Direect pplatiing) 由於化化學銅的製製程中，有有很多對人人體健康有有害的成份份(如甲醛醛會致癌)，以及廢廢水處理(如有Chhelatte)有不不良影響的的成份，因因此早在110多年前前就有取代代傳統PTTH所謂DDirecct Pl

32、latinng(不須須靠化學銅銅的銅當導導體)商品品出現，至至今在台灣灣量產亦有有很多條線線。但放眼眼國外，除除歐洲應用用者很多以以外，美、日日(尤其是是美國)並並不普偏，一一些大的電電子公司(如製造電電腦、大哥哥大等)並並不Appprovee直接電鍍鍍製程，這這也是國內內此製程普普及率尚低低的原因之之一。 7.4.11直接電鍍鍍種類 大致上上可歸為三三種替代銅銅的導體 AA. Caarbonn-碳粉(Grapphitee同) B. Connducttive Polyymer-導體高分分子 C. Pallladiuum-鈀金金屬 7.4.22直接電鍍鍍後續製程程有兩種方方式: A. 一次鍍銅銅後,再做做影像轉移移及二銅 B. 直接做做影像轉移移及線路電電鍍 7.4.33表歸納目目前國內己己使用中的的直接電鍍鍍各商品之之分析，供供業界參考考。 本章中中介紹了傳傳統薄化銅銅, 厚化化銅以及直直接電鍍等等幾種鍍通通孔方式.未來製程程走勢: AA. 縮短短製程 B. 減少污污染 C. 小孔通孔孔能力 D. 降低成成本 E. 底材多樣樣化處理能能力 而此製製程是PCCB製作的的基礎工程程,若處理理不好影響響良率及信信賴度因此此要仔細評評估與選擇擇何種藥水水及設備.