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印制大功率逆变器PCB电路板HDI生产的新办法

前语
出产大功率逆变器PCB电路板需求和发展趋势,要求板面上的线宽和线距越来越小,在这种景象下,对大功率逆变器PCB电路板制造技能提出了更高的要求,而在用电镀铜的工艺在大功率逆变器PCB电路板上制造或加厚铜导线,就其制造工艺自身来说,仅仅出产大功率逆变器PCB电路板中的一个工序而已,但这个工艺很重要,镀铜层厚度散布、过孔孔壁镀层缺陷、盲微孔填充等好坏直接影响到大功率逆变器PCB电路板的质量。相同,电镀的前处理(包含钻孔、图形搬运等工序)及电镀后的蚀刻、去膜也影响到产质量量。就其工艺流程而言,电镀铜工艺首当其冲,其施镀参数有必要优化,才干确保在整个出产进程中的产质量量和后续产率进步,只要这样,也只要这样电镀出高质量的镀层、过孔、盲微孔来,才干使大功率逆变器PCB电路板在后续工序上的质量有所确保。

传统的大功率逆变器PCB电路板镀铜工艺,要么选用全板电镀工艺,要么选用图形电镀工艺,关于高密度互联板(HDI)来说,不管独自选用何种出产工艺,都有其长处和缺陷的。
在高密度互联板(HDI)中选用全板电镀工艺,其长处如下:
1.  选用全板电镀工艺堆积出来的板,表铜厚度散布均匀。(孔铜厚度与电镀设备和工艺参数有关。一般说来,选用全板电镀,参数更容易优化)。
2.  在前处理时,如果板面或孔内残留干膜,则在干膜存留的当地将镀不上铜。
3.  依据全板电镀镀层厚度特色,易于调整电镀后续蚀刻参数。
4.  相对说来,全板电镀上的线条剖截面不变或改变很小,这样就确保了蚀刻后阻抗值严厉契合产品要求。
但是,全板电镀也有其缺陷:
1.  NDI阻抗值依赖于图形搬运(图形的杂乱性)及图形电镀工艺
2.  全板电镀的镀层是和基铜一同蚀刻,只留下线条部分不蚀刻,这样就导致侧蚀、幼线等质量缺陷,特别是高密互联板(HDI)的高密线条部分蚀刻比孤线蚀刻慢,形成孤线过蚀就难以避免的了。
3.  全板电镀后蚀刻时,大功率逆变器PCB电路板上大面积的铜被蚀刻掉,增加了制形成本,一起蚀刻后很多的铜离子进入废液,导致环境污染和收回上的困难。
用图形电镀工艺代替全板电镀有以下优势:
1.  经过图形电镀后,只要基铜被蚀刻掉,而图像电镀上铜镀层并没有蚀刻掉,这样能够大大下降侧蚀的风险
另一方面,用图形电镀代替全板电镀的缺陷如下:
1. 镀层厚度公役取决于图形电镀,这将很难严厉满意产品对特征阻抗的要求。
2. 选用图形电镀技能来制造高密度互联板HDI时,要求抗蚀剂(即干膜)有必定厚度(主要由孔铜厚度来决定,但抗蚀剂的厚度至少要大于孔铜的厚度,否则会呈现凹沿现象,)加上空隙小,易发生显影不净等缺陷。一起还会形成强碱性退膜的困难,形成镀层别离或部分掉落,在随后蚀刻呈现线条短线、缺口、变细等质量缺陷。
3. 用图形电镀工艺替代全板电镀工艺,施镀前的图形搬运制造的线宽和线距公役补偿全凭经历。
为大功率逆变器PCB电路全板电镀工艺和图形电镀工艺的比照

图1:为大功率逆变器PCB电路全板电镀工艺和图形电镀工艺的比照

下图标明:在图形搬运工艺中,用光致抗蚀剂制造线宽大约为44 µm线条,然后在抗蚀层上进行典型的图形电镀操作后,抗蚀层(干膜)很难退净,直接影响到后续蚀刻工艺。
 
用图形电镀工艺制造高密度互联板(HDI)时,
导致的夹膜(光致抗蚀层)
为了补偿两种工艺各自的缺陷,人们一般做法是,在高密度互联板(HDI)出产中,先来个全板电镀,之后再进行图形电镀,这样就把两种电镀铜工艺长处合在一同,做到了优缺陷互补,详细如下:
1. 在基铜上,用全板电镀工艺镀上一薄层铜,这样在蚀刻时,只蚀刻基铜和全板电镀上的一薄层。
2. 全板电镀和图形电镀的电堆积层厚度能够依据实际需求予以调整,以使出产出来的高密度互联板(HDI)满意契合产品的质量要求。
3. 选用两种镀铜工艺比独自选用全板电镀工艺或图形电镀工艺在蚀刻时,各个参数更易优化。
虽然整合全板电镀工艺和图形电镀电镀工艺,在制造高密度互联板(HDI)时有上述不少长处,但也存在不足之处,详细如下:
1. 蚀刻的铜层依然比在基铜直接图形电镀要厚。这样在蚀刻时,侧蚀依然比较严重。
2. 整合两种电镀铜工艺比独自选用全板电镀工艺或图形电镀工艺在出产高密度互联板(HDI)时,制造流程杂乱,在这些流程中,潜在着更多的质量问题和处理难度问题,其最终结局是导致产率下降。
为了到达客户对高密度互联板(HDI)线宽和线距更高的要求,在制造高密度互联板时,最重要的一条是铜层总厚度在蚀刻后,线条宽度和线距达要到达规则的要求,为此,人们一般的是在薄的基铜(基铜厚度约3µm)板上用图形电镀的办法,在线宽为20µm的线条上镀上30µm铜,关于IC集成板,往往是在预处理过的基材上,用化学铜工艺沉上0.7-1µm厚的铜,再进行图形搬运,用图形电镀出20-30µm的线条,之后在进行闪蚀,闪蚀进程参数操控是至关重要的,它直接影响到后续产品的质量。
闪蚀后集成电路板上线条的细微剖界面(加成法)
不管是选用全板电镀工艺仍是选用图形电镀工艺,抑或全板电镀后再做图形电镀,镀出的铜层厚度均匀性是很重要的 为了到达客户规则的这些要求,是镀液能继续不断地供给电镀所需的铜离子,使电镀液中铜离子浓度始终安稳在必定范围内,这就人们在不断拉的状况,也能及时弥补铜离子至电镀液,所用手法是选用不溶性磷铜阳极,只要这样才干继续不断向电镀液中弥补电镀所需的铜离子(这点,能够参详文献1),由于镀液继续不断作业,从上工序带入杂质(有机污染)及设备还原性铁等金属也进入电镀液,这就对电镀液发生不同程度的污染,一起对产质量量也带来危险,为了进步电镀出来产品的质量,进行电镀液的保养是必需的,电镀液保养包含碳处理和将镀液过滤,做过滤和碳处理次数和量产相关的,不过,选用不溶性磷铜阳极也有缺陷。
1. 发生阳极氧化膜,导致镀液中的有机添加剂的过度消耗,缩短了镀液的运用寿命。
2. 镀液中的气泡有可能影响到线路板的微孔电镀铜层的质量,下降了产品的可靠性。
3. 做阳极氧化保养或镀液进行碳处理,增加了制形成本。
氧化膜清洗用高纯度的水或用高纯度的活性炭做碳处理,方能确保镀液的质量,一般,镀液最常见的污染是氯离子超支,正常施镀要求氯离子的浓度操控在40-60 mg/l之间,超越该规范,就会带来不利结果,不过,选用优质不溶性磷铜阳极能够减小阳极氧化和碳处理的次数,而用残次贱价的不溶性磷铜阳极则不能。
高密度互联板HDI出产设备特色
在高密度互联板(HDI)产线成本居高不下的状况下,怎么进步现有产线的产率问题以及原材料价格,特别是铜的价格上涨的状况下,怎么在产品可靠性、产质量量与经济实惠作出权衡也值得酌量的。所有这些,都是高密度互联板(HDI)制造商面对和等待解决的问题,详细如下:.
1. 选用电镀工艺电出的镀层厚度要均匀
2. 用高电流密度在薄基铜板上进行施镀的才干以及镀铜层厚度均匀共同
3. 针对HDI的过孔、微孔等,要求镀液有杰出的分散才干
4. 针对HDI的过孔、微孔等,要求洼陷度在同类镀液中是最小
5. 进步产出能够经过优化设备和施镀电流密度加以改进
6. 无铜面污染、镀出铜层粗糙度要小、镀液污染低
7. 优化的镀液能把使薄芯板上的基铜操控在1-5µm之内
为此,人们开发出了水平电镀线,它不是选用不溶性磷铜阳极规范散布,而是选用分段式散布,这种散布的特色是在不同的电镀段配上不同功率的整流器供给不同的电流密度,借以确保在薄基铜电出厚度均匀共同的镀层。整流体系有必要有供给安稳直流电的才干或脉冲电镀的才干,脉冲电镀与传统的直流比较,可进步镀层的纯度,下降镀层孔隙率,改进镀层的均匀性。脉冲电镀归于一种调制电流电镀,它本质是一个通断的直流电镀,不过通断周期是以毫秒计的。电流导通时的峰值电流适当于一般电流的几倍甚至数十倍,这个瞬间的高电流密度使金属离子在极高的过电位下还原,然后得到晶粒细微、密度高、孔隙率低的镀层,而在电流断开或反向的瞬间,则能够对镀层和阴极双电层内的镀液进行调整,瞬间中止的电流使得外围金属离子敏捷传递至阴极邻近,使双电层的离子得以弥补,使氢或杂质脱附返回镀液,有助于进步镀层纯度和减小氢脆,瞬间的反向电流会是镀层边角过多的堆积物溶解,有利于进步镀层厚度的均一性,脉冲电镀的完成不只需求一个工艺参数与镀液匹配的脉冲电源,加强过滤振荡甚至超声搅拌等等传质进程。
分段式阳极优化后的平面散布
(四段独立操控不溶性磷铜阳极散布)
 大拼版薄板水平电镀线用的高功能夹具
用夹具把一块基铜3-5 µm板,放入分段式阳极水平电镀线中,将电流密度调整到9A/dm2,进行试镀后,试镀结果标明表铜厚度散布均匀。图6标明在一块基铜为3-5µm板进行试镀后表铜厚度均匀,基本上无差异。
电镀厚度散布均匀性首要依赖所选用电镀设备、电镀工艺及施镀时的各参数设定,如上图所示,是在各种优化条件下、选用高电流密度的水平脉冲电流电镀线在薄基铜电出的板(18 inch×24inch),除夹边是从板边15mm外,其他边则是从板边10mm内丈量的,丈量结果标明,表铜厚度散布均匀,公役在±10%之内,合格率基本上都在92%以上。
电镀法填盲微孔
用电解质电堆积填盲微孔已经成为线路板职业在制造高密度互联板HDI时所用的规范办法,在运用该电镀法填充微盲孔时,电流密度要足够低,才干按捺Cu2+在非微孔处分出,(有关用电镀法填盲孔的理论和运用进一步的评论,请参阅文献2)。关于制造高密度互联板HDI来说,要求电镀时能恣意地填充盲微孔的一起对精细线条无影响,选用的电镀工艺要么用全板电镀,要么用图形电镀。下图就是用图形电镀工艺填充过孔出产出来集成电路板,在该例填充盲微孔时,选用不溶性磷铜阳极的笔直直流电镀线,优化各电镀参数,这样确保表铜厚度散布均匀。
在集成电路板基材面用图形电镀工艺填充出来的盲微孔
关于手提式电子产品及集成电路板材面上过孔填充是不常用的,图8 为一张有过孔微截面的典型大功率逆变器PCB电路板,其上的过孔是用不溶性磷铜阳极笔直电镀线出产的(施镀电流为1.5 A/dm2),结果标明,用笔直电镀线填充的过孔跟用电镀法填充微盲孔一样好,且盲微孔填充的质量和表铜厚度散布也和电镀法填充微盲孔的质量及表铜厚度散布无差异。
在一张大功率逆变器PCB电路板上既有过孔填充,也有盲微孔填充
图中板材厚度为1.2mm
盲孔孔径为0.25 mm
将原有水平直流电镀线在选择适宜电解质参数和专用整平用的添加剂条件下,改装为脉冲电镀(施加强的反向脉冲电流)已成为制造高密度互联板职业一种新工艺,用这种新工艺进行超填充的盲微孔,能够使板面镀层洼陷度操控在10 µm之内。
水平脉冲电镀线和特制电解质超填充出来盲孔
测验结果:
盲孔直径为170µm
盲孔深度为100µm
表铜电镀层厚度为15µm
水平脉冲电镀线(强反向脉冲电流密度)所用的电镀液完全是按出产的实际需求配制的,这种电镀液能滑润地将铜堆积在板面上,产品满意可靠性要求。用这种工艺填充盲微孔、过孔,除镀层面厚度散布均匀外(2.5µm),一起洼陷度要小,当洼陷度到达±5µm,关于高质量的产品来说,这将视为是不合格的。
整板外表微盲孔的微截面洼陷度散布图.
用超填充电堆积办法填充过孔 (大功率逆变器PCB电路板的插头)
为在大功率逆变器PCB电路板面用超填充技能镀出的通孔
铜箔厚度为:150µm
孔径为:120µm
镀层厚度为:24µm
洼陷度小于10µm
热性冲击试验
试验结果标明电镀工艺填过孔的高密度互联板过孔,经封装制成芯板后能接受住热冲击循环,在一些景象下,例如在基材厚度60 µm 、基铜 5µm的板上,用电镀工艺填直径为100µm过孔来替代以往盲微孔也是可能,整个工艺再配上激光钻孔后,出产成本下降了,产率也进步了。
总而言之:在水平电镀线和笔直电镀线中用不溶性磷铜阳极电镀工艺出产大功率逆变器PCB电路板,能够确保镀层契合预订的要求,特别合适手提式电子产品或集成电路板材产品为主的高密度互联板(HDI)。这种工艺一个显着的长处是,不断向电镀液供给安稳的Cu2+离子,能使镀液里的Cu2+离子浓度安稳在某一水平,这关于长期填充填充盲微孔十分有利的。而选用水平脉冲电流电镀线,并调整镀液参数和施镀条件,是超填充高密度互联板上的过孔全新工艺,这种工艺能在15 µm镀层上顺利地填充洼陷度小于10µm盲微孔,这种新开发的工艺还能出产出线宽、线距50 µm板。且用全板电镀工艺出产板,镀层厚度适当均匀的。据调查这种选用半加成法在薄基铜板电镀铜来制造集成电路板材电路板变得十分盛行,在整板面板上做化学铜首要任务改进沉铜液的成分、调整沉铜参数,以及沉铜前的图形搬运和这以后的盲孔填充,以及闪蚀参数和电镀运用的抗蚀剂功能等
【参考文献】
1.S. Kenny and K. Matejat “HDI”production using pulse plating with insoluble anodes EPC 2000proceedings of the European 大功率逆变器PCB电路 convention.
2. J. Barthelmes filling of blindmicro via theory and application plus 2001
3. 林金堵、龚永林编,《现代印制电路基础 》我国印制电路职业协会

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