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PCB板孔无铜的缺陷及原因分析

time : 2019-05-17 09:12       作者:凡亿pcb

  随着经济和电子技术的不断发展,电子产品设计变得越来越轻薄,体积越来越小。电路板(PCB)的设计也在向小孔径、高密度、多层数、细线路的方向发展。伴随着工艺难度的提高,线路板加工难度也逐渐加大,很容易导致孔无铜的现象出现。


  线路板镀铜原理


  镀铜的原理是通过化学方法在绝缘的孔内基材上沉积上一层薄铜,为后续电镀提供导电层,从而达到内外层导通的作用。PTH主要流程如下图所示:



  孔无铜的原因分析和改善措施:


  由于厚的PCB板过孔孔径比都比较高,这样很容易导致药水无法渗透到孔内,很容易出现无铜现象。从下面线路板的切片分析来看,不同原因所造成孔内无金属现象相近,需仔细分析区分才能辨别出造成该缺陷真正原因。一般可分为3大类:


  1药水异常类


  药水异常造成孔内无铜主要变现为孔内星点装PTH不良,缺陷处图电铜包裹板电铜,缺陷示意图如下图3:


  产生原因:


  A活化中钯离子不够,导致活化过程中无法形成足够的胶体钯沉积在基材表面,在后续沉铜过程中,缺少钯离子的催化,很容易导致孔无铜


  B活化缸内渗入微小气泡,导致缸内胶体钯水解,丧失了活化功能,孔内无法沉积铜层。


  C溶液PH值太低,化学沉铜需要在强减性条件下才能进行,PH过低时甲醛还原能力下降,影响沉铜反应速率,造成沉铜不良。


  D沉铜缸内络合剂不足,导致部分铜离子生成氢氧化铜沉淀,,产生沉铜不良


  改善措施:


  在镀铜过程中,对于活化缸及沉铜缸,要保证缸内的各个部分维持在正常的浓度。除此之外,缸内PH及温度等也会影响孔壁内侧沉铜效果,应持续对其监控。


  化缸内胶体钯受细小气泡影响,极易产生水解。所以要保证缸内无漏气现象。


  2 特殊设计类


  此类原因造成的孔无铜从切片示意图来看主要表现为缺陷处明显图电铜包裹板电铜,同时缺陷处存在内层铜被电镀加厚现象,如下示意图4:

  产生原因:


  深孔电镀的板子,孔径比往往非常大。这样情况下,孔内药水交换效率明显下降。


  在这种情况下,板子过孔是如下图设计,那么在电镀过程中,内层铜A处因纵横比过大沉铜层相比于B处不够致密,导致在板电通电后电势高于B处,因B处通过内层铜与C相导通,故虽然A较C更接近孔口,但电势仍较高,吸收铜离子能力小于C点。另深孔电镀在板电过程中,孔内溶液交换速度较慢,孔内铜离子相对较少。A处在原本铜离子相对较少的情况下,因电势原因吸收铜离子能力再次下降,直接导致其电镀铜层厚度不足,引起孔内无铜。



  预防措施:


  以上问题,在保证PCB文件不改的情况下,可以适当调整沉铜及板电参数,以保证A处铜厚足够。


  具体方法可以将原沉铜时间延长或进行2次沉铜。还可以在一次沉铜后,小电流短时间(8ASF*30min)板电,板电后从除油缸进板再次进行沉铜,然后在板电将孔铜加厚至足够或者适当降低板电电流密度。


  3 生产操作类


  生产过程造成的孔无铜主要为设备异常及违规操。


  产生原因:


  生产过程中造成的孔无铜主要有:PTH前去毛刺段后处理高压水洗异常,导致孔内钻屑铜粉等异物无法及时排出,造成后续PTH过程中,孔内药水无法正常交换,从而导致孔内沉铜不良;此外,在PTH过程中,活化缸及沉铜缸内振动及气顶异常停止或振动幅度频率不合格也会造成孔内气泡无法及时排出,影响孔内药水交换,导致沉铜异常,从而引起孔内无金属缺陷。


  改善措施:


  针对孔径比高的板子,在PTH及前处理去毛刺过程中务必保证设备处于正常工作状态。或者是适当的更改板子参数。


  在第一次去毛刺后可以再额外进行高压摇摆水洗,另外可以适当提高PTH活化缸及沉铜缸电振幅度,可将原2.5m/s提高至3m/s,从而保证在PTH过程中,孔内无气泡残存。


  4 总结


  针对孔径比高,过孔小的线路板,为保证在PTH过程中消除孔内无金属缺陷,还需要对设备、工艺流程及参数做出调整,具体如下:


  A. PTH前去毛刺后,再多进行一次高压摇摆水洗,以清除孔内钻屑等异物。


  B. PTH过程中保证各缸尤其是活化及沉铜缸药水、温度计PH参数都处在正常工艺范围内。


  C. PTH过程中适当提高活化缸及沉铜缸电振幅度,由原2.5m/s提高至3m/s。


  D. 一次PTH后将板从预浸缸再次进板,额外沉铜一次;或者在PTH一次后,板电用8ASF电镀30NIN后再次从除油缸进板沉铜;保证孔内铜层均匀性。


  E. PTH后板电需采用小电流长时间,以保证孔内铜离子足够保证孔壁电镀效果。


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