浅谈脉冲技术在高厚径比通孔电镀中的应用.pdf

20 05 年上海市电镀与表面精饰学术年会论文集 浅谈脉冲技术在高厚径比通孔电镀中的应用 - 、前言 曩蓑盏莩票嵩篓要，蓄譬嚣藻罴黧萎凳妻蓄嚣篙 厂家将其注意力转移到背板的制造上来·随着背板厚度的 果 毽垫：．皇璧望警曼燃戮其! ：竺：竺塑壁鐾苎嘿妻 脉冲电流波形的基本特点如下： 厚径比的增加，孔壁镀铜层厚度- q 表面镀铜层厚度的比值 ’⋯⋯⋯～’⋯⋯“ ( 即分散能力，T h r o w i n gP o w e r ) 不理想 1 )正向脉冲电流( P C B 为阴极沉积铜时) 宽度应 就高厚径比的深孔而言，有以下两个概念需要明确：柔主亍嚣昙凳裟薷耄昙凳蒿警嚣：篙 孔径( d ) 宜这与脉冲电流宽度的上升时间有关 翌竺要兰紫．t ．h r o ．w i ．n ! p o ．鹏r ．．‘竺磬甓垄? 差：尽警量景 4 )脉冲电流周期越短越好从理论上来讲，脉冲 垡良竺鋈竺型』粤垄李型：譬了型、．塑篓掣置’二竺罂釜 电流周期≤聂』磊甚品爱三‘电磊聂果越好不过鉴于目前 堡j ．孽髦兰鼍跫置苎壁堡壁望改，：竺垄兰空譬璺镀苎要 高蓑术泵军磊现蒺：装置，脉冲高期不能做得太短，一般 度总是明显低于板面镀铜厚度，孔内镀铜厚度由孔口向孔 2 、脉冲电镀的脉冲波形与要求 脉冲电流电镀又称为周期性反向电流电镀。

这种技术 在5 0 年前已发明并应用，但这种技术在大型电镀上的真 正突破以及大规模应用于印制板电镀铜上来( 主要是脉冲 的频率和大电流方面) 还是近十多年的事首先是英国的 C h e m r i n g 公司( 现已并入到瑞士的K r a f t 公司) 开发并 推出C P S ( c h e m r i n gp l a t i n gs y s t e m ) 脉冲电镀整流器 并开始应用于酸性电镀铜上近几年来，由德国P E ( P l a t i n gE l e c t r o n i c s ) 公司推出了P E 系列产品，其在 脉冲上升时间等方面有所创新虽然同样是脉冲电镀，但 脉冲电流的波形多种多样，如图l 所示不过，为了解决 P C B 孔内金属均匀性和减小孔内镀层与板砸镀层的差异， 特别是高厚径比( 5 ：l ，目前已达到2 0 ：1 ) 的微小孔内镀 为l O ～3 0 m s 图l 各式脉冲方波电流示意图，其中正负向的 电流大小及时间长短( 微秒) 皆可调整 3 、脉冲电镀的原理 脉冲电流电镀与常规电镀铜不同常规电镀铜是以 P C B 在制板为阴极形态出现，加上不变( 恒定) 的直流电 流进行铜电镀。

脉冲电流电镀大多采用有正、负向电流并 周期性变向而进行铜电镀实质上，在脉冲电流电镀中， 先以正的宽脉冲而低幅值进行酸性电镀而沉积铜，接着脉 冲电流改向为负( 即P C B 在制板为阳极) ，即采用窄脉冲 一1 6 3 — ——一一 ! ! ! ! ±圭苎! 皇簦皇查苎堕竺兰查±全垄查叁 ( 脉冲宽度相当于1 ／1 0 ～1 ／3 0 的正脉冲宽度) 、大幅值 经过长时间的摸索我们做到了，而且取得了比较好的效 ( 比正脉冲幅值大2 ～4 倍) 的负脉冲，如图1 ( e ) 所示 果，下面重点介绍背板小通孔方面的电镀 在P C B 在制板为阴极时，由于电流密度分布和镀液交换的 3 ．I 背板通孔电镀方面的特点 晋茔’、薏譬曩叁篓塑：! 竺竺层! 璺兰竺墨奎于》空‘竺型 · 材料；聚酰亚胺； 是中心处) 的铜镀层的厚度，而且将随着微孔化或高厚径．⋯ ⋯ 比的增加而严重t i l lP C B 为阳极时，由于有很大的电流 ● 板面尺寸：5 6 0 硼×4 5 5 m m , 密度，则板面镀层上的铜( 特别是不均匀的凸出部位) 电 · 排版：l p i e c e ／p a n e l ： 解下来将远大于孔内电镀层的铜。

同时，由于负脉冲电流 · 板厚：4 ．5 ’4 ．7 m m l 宽度很小，即时间很短暂，甚至孔内铜镀层的铜还没来得· 最小孔径：Q 0 ．3 m m ，机械钻孔； 及电解下来，负脉冲电流便停止或转向为正脉冲电流( P c B · 最大厚径比：1 5 ’2 0 ：l ； 圣璧翌曼篓进趸! 鎏璧翌翌鼍至兰竺篓冀篓竺些! 璺登 · 最小孔数目：4 5 3 5 8 个／p a n t ； 换向时间内，将明显有利于孔内新旧镀液的电流电镀过 ⋯⋯⋯’～ 程，亦即孔内电沉积上的铜被反向电流电解下来要求比起 · 孔节距：1 ．O m m ； 板面电沉积上的铜被反向电流电解下来要少得多，甚至不 ● 板面线宽／间距：4 ／4 m i l ； 电解下来( 若控制合适的话) 因此，从理论上来讲，采 · 孔壁镀铜厚度：2 5 ’3 0 肛m 用合适的脉冲电流电镀，可以做到孔内镀层厚度与板面镀 3 ．2 背板通孔孔化、电镀设备特点 铜厚度相同( 或相当) ，甚至超过板面镀铜的厚度·这也 ●D e s m e a r 、孔化及电镀垂直的连线设计该种 意味着，不同厚径比的在制板应有相应的或最佳的脉冲电 设计极大的提高了孔金属化的可靠性。

我们都知道 镀参数，但由于在制板上孔径大小不一，一般以最小孔径 厚背板、小通孔的d e s m e a r 、P T H 在药水浸润性方面 来调节脉冲参数· 比较差，这种三线一体的连线设计极大的提高了小 通常，对于脉冲电镀来讲，如果是常规的在制板，厚 通孔绝缘材料的浸润性，从而大大减少了孔金属化 径比不是很高，则宜采用长正向时间／短反向时间的电镀 的失效性 参数：如果是高厚径比的在制板，或者是微孔，则宜采用 ●D e s m e a r 、P T H 制程采用顶夹而非挂蓝设计， 短正向时间／长反向时间的电镀参数 这是三线一体连线设计的要求，也有效的提高了小 另外，对于既定的电镀铜药水体系，其镀层沉积速率 通孔内溶液的交换，保证大板面内四万多孔的有效 取决于脉冲频率、周期、波形以及电流密度四个参数 此以外，添加剂、化学药水及C u ”本身特性亦对脉冲电镀 ● 大幅度摇摆设计及电振动、气振动的交替使 效果有一定影响如A T O T E C H 公司专为脉冲电镀开发的两 用设备的摇摆设计成三档可调，可根据不同的板 类添加剂：C u p r a p u l s eS 3 和C u p r a p u l s es 4 ·其基本原 厚，不同的要求作出合适的调整。

如厚背板的小通 理是：利用添加剂在脉冲电镀时修正铜离子电位，以缓冲 孔，薄的四埋单片及电阻单片的摇摆设计就有很大 各种不同厚径比的孔或板的脉冲电流波形特性，来获得更 的不同超强电振动、气振动的交替使用也是厚背 均匀的镀层厚度或降低镀层厚度的差别 板小通孔1 0 0 ％可靠的有力保证 4 、脉冲电镀技术的实际应用 · 多级溢流水洗设计溢流水洗效果与过去的喷 江南所自2 0 0 0 年引进新的脉冲电镀设各以来，在深 淋水洗无论是水的用量还是水洗效果，其优点也都 孔电镀方面积累了一些经验在下文中将加以介绍 得到了证明的，水洗槽内进、排水口的特殊设计， 柏唱銎鐾翌：矍譬裂，訾妻詈璧篓氅霎喜霆曩竺蓑蓑妻鋈篓譬蔫竺辇簧葚慕冀篓嚣，背板、小通孔 均为贴装或捅装，有特殊用途，从材料选择到层间结构及 ”“3 “27 ⋯‘⋯⋯1 “” 个步具体的工艺都有不一样的要求背板的高可靠性及大 · 特殊的镀铜槽设计镀铜槽的特殊设计表现 工作功率决定了我们选用耐热性较好的聚酰亚胺材料，高 在：阴阳极区的分开，底部无空气搅拌( e d u c t o r ) 密度化要求层结构设计方面选用埋、盲孔及埋入式电阻结 完全代替传统空气搅拌，浸入式阳极杆设计等。

阴 构 见圈) 特殊的材料选择及特殊的层结构设计决定了 阳极区采用P P 隔板及P P 布有效的提高了循环过滤 从图形转移到层压、钻孔、电镀的特殊性就电镀方面而 的效果，过滤系统从阳极区抽溶液经过Ium 的过滤 言，四十四层背板的小通孔、薄的埋孔板曾经是一个极大 桶过滤到阴极区，循环系统从阴极区抽溶液又回到 的挑战，一方面是厚度不足0 ．3 m 的埋孔单片的孔化电 阴极区，这对于传统的磷铜阳极泥对电镀不可避免 镀，一方面是厚度达4 ．5 m 左右的小通孔电镀要在同一 的影响起到了很好的阻隔效果：而且P P 布的采用也 条电镀线上实现两个极端在设备及工艺上的特殊设计， 提高了板面电镀的均匀性分布；底部e d u c t o r 的设 一1 6 4 — 计很好的避免了由空气搅拌所带来的气泡、空洞问 题·其配合特殊的电镀方式、特殊的电镀添加剂极 大的提高了 ● 厚背板、小通孔的电镀穿透力( t h r o w i n g p o w e r ) ，而且有效的减少了电镀添加剂的消耗；浸 入式阳极杆避免了硫酸铜的结晶，从而保证了阳极 杆的导电性，这是脉冲电镀良好效果的保证，脉冲 电镀的效果很大程度取决于电镀回路的良好导电 性。

导电性不好，反向电镀起不到效果，也就大大 削弱了脉冲电镀的效果 · 采用开关式脉冲电源，脉冲波形选用图1 ( e ) 中的典型方波波形脉冲电源安装及使用过程中要 注意：一是电源连线的就近、等长设计原则，这是 脉冲有效性及电镀均匀性的一种保证，二是脉冲电 源使用过程中的温度控制，要有专门的冷冻水及控 制设计保证脉冲电源始终处于最佳电镀状态，实 践证明脉冲电源散热性不好就无法正常进行脉冲电 镀 3 ．3 背板小通孔电镀药水控制 四十四层厚背板小通孔电镀的难点一开始就摆在我 们面前，在工程设计的前期经过大量的电镀设备及药水的 试验，总是无法达到满意的效果传统的直流电镀小通孔 电镀穿透力差，而且无法保证1 0 0 ％的孔有效水平脉冲 电镀对于0 ．3 m m 厚度左右的四埋单片电镀效果很好，但对 于厚度达4 ．5 m m 以上的◇0 ．3 m m 的通孔电镀无论是设备还 是药水却无能为力，垂直式电镀设备、脉冲电镀电源、专 用垂直脉冲电镀药水的选择很好的解决了背板小通孔的 电镀我们选用A t o t e c hc u p r a p u l s eS 4 系列，其组成及 控制如下表： 组成 控制范围控制点分析控制 温度℃ C u ” 1 8 ’2 6 9 ／i2 2g ／1 滴定法 2 2 0 ’2 6 0 9 ／ H 2 S 0 ‘ 2 4 0g ／1 滴定法 1 紫外可见分光光度 C I 。

4 0 、6 0 p p m5 5p p m 法 2 5 ～3 2 光亮剂 0 ．2 ’1 ．0 m lO ．5 C V S 及自动添加 S 3／lm l ／l1 ．5 ’2 ．5 1 ／1 0 0 0 0 A H 整平剂 C V S 及自动添加 2 2 ’3 2 m l ／i2 8m l ／1 S ．2 ．0 ’3 ．O I ／1 0 0 0 0 A H 3 ．4 背板小通孔电镀参数控制及效果 控制项目孔化预镀 电镀加厚 正向电流密度 2 5 A S F3 5 A S F 正反电流比 l ：2 ．51 ：3 正反时间比2 0 ：12 0 ：1 ．5 电镀时间 3 0 m i n 7 2 m i n 摇摆幅度 ±2 0 m m ±4 0 r a m O nt i m e 3 s e c O n t i m e 5 s e c 振动控制 O f ft i m e3 0 s e cO f ft i m e1 0 s e c 图2 此图为4 ．6 m m 板0 0 ．3 m m 深孔经脉冲电镀 2 5 a s f ／3 2 m i n + 3 5 a s f + 8 0 m i n 后的切片( 5 0 X ) 图3 以上两图是q ) 0 ．3 m m 深孔2 0 0 X 的切片图 从图3 之左图可以观察到孔口表面铜厚是约4 5um ， 从右图可以观察到孔内部孔壁铜厚为约4 3um 。

根据通孔分散能力测定的方法如图4 所示可以知 道，四十四层大背板0 ．3 m m 深孔的微分散能力为9 5 ．6 ％，。