李志丹 陳世金 胡文廣 鄧宏喜 李云萍

（博敏電子股份有限公司，廣東 梅州 514768）

1 引言

在傳統(tǒng)的印制電路板的生產(chǎn)中，在鉆孔、化學沉銅后，往往采取閃鍍后再進行電鍍。而閃鍍生產(chǎn)線與填孔電鍍線往往不是同一條線，這樣不僅增加了成本，浪費了時間，還使得生產(chǎn)流程變得繁瑣，影響了生產(chǎn)效率。

通過試驗探索了取消閃鍍采取直接電鍍的填孔方式，采用正交表L16(45)安排了不同介質(zhì)厚度、浸酸時間和浸酸濃度三因素進行電鍍試驗，對電鍍填孔率的分析以及產(chǎn)品的可靠性的測試得到了最優(yōu)的填孔參數(shù)，以供業(yè)界同行進行參考和應(yīng)用[1]-[4]。

2 實驗部分

2.1 實驗材料與儀器

試驗材料：FR-4雙面覆銅箔板（介質(zhì)厚度為50 μm、60 μm、70 μm、80 μm），養(yǎng)板槽、濃流酸（AR）、某公司的沉銅藥液、某公司填孔藥水。

儀器與設(shè)備：CO2激光鉆孔機、宇宙水平棕化線、垂直沉銅線、填銅線、切片研磨機、金相顯微鏡。

2.2 實驗步驟

開料→烤板→減銅→棕化→CO2激光鉆盲孔→高壓清洗 →垂直沉銅→填孔電鍍→金相切片。

2.3 電鍍直接填銅試驗

用正交表L16(45)安排正交試驗，選取介質(zhì)厚度、浸酸濃度、浸酸時間三個因素進行電鍍試驗。每個因素取四個水平[8]，如表1所示。正交試驗安排如表2所示。

2.4 VCP線直接填銅

直接填銅制作前化驗藥水濃度為（CuSO4·5H2O 230 g/L、H2SO422 ml/L、Cl-50ppm、某公司添加劑A 18 ml/L，B 1.2 ml/L，C 15 ml/L，控制電流密度2.0 A/dm2，噴流循環(huán)250 mL/L、溫度為22 ℃的條件下電鍍60 min進行加工制作[5][6].

3 實驗結(jié)果與分析

3.1 正交試驗安排與結(jié)果

完成試驗前期準備工作，安排三因素在同樣的電鍍參數(shù)和藥液濃度的前提條件下進行電鍍試驗，選取電鍍填孔率為實驗指標進行考量得出分析結(jié)果[7]。并對結(jié)果進行可靠性驗證。表3為實驗結(jié)果分析。

表1 電鍍試驗因素—水平表

表2 直接電鍍填銅正交實驗安排表

3.2 正交實驗小結(jié)

表3 直接填銅實驗結(jié)果及極差分析

試驗后對盲孔的填充率進行分析可以得知，對盲孔填充率影響最大的試驗因素為浸酸時間，對盲孔填充率影響最小的實驗因素為浸酸濃度。三因素對試驗結(jié)果的影響大小順序是：浸酸時間＞介質(zhì)層厚度＞浸酸濃度。試驗的指標-因素圖如圖1所示。由圖中結(jié)果可知，取消閃鍍直接填孔工藝中，最佳的浸泡參數(shù)為：A2B1C1，即介質(zhì)層厚度為60 μm，浸酸濃度為1.0 ml/L，浸酸時間為4 h。對于最佳參數(shù)，上述實驗中沒有出現(xiàn)，于是對本試驗做一次驗證實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在最佳參數(shù)下，電鍍填盲孔的填充率為2.6 μm這一結(jié)果比上述實驗中的最佳值要好，說明本次試驗得到的結(jié)果為取消閃鍍直接填孔的最佳參數(shù)。最佳參數(shù)下盲孔填充的截面圖如圖2所示。

圖1 三因素對試驗結(jié)果的影響大小

表4 產(chǎn)品可靠性測試及結(jié)果

圖2 最佳參數(shù)下盲孔填充截面圖

浸泡液中盡管含有一定濃度的硫酸，但仍不可避免的會有氧氣存在，PCB板在浸泡時銅表面可能會與氧氣接觸并發(fā)生反應(yīng)，浸泡的時間越長，反應(yīng)進行的程度越大，銅面被氧化的程度越嚴重；在硫酸存在時氧化銅會與硫酸發(fā)生反應(yīng)生成硫酸銅并溶解在浸泡液中，并露出了新鮮的銅表面使得銅面氧化反應(yīng)加劇，故浸泡液酸度越高，銅面氧化程度越嚴重。

3.3 產(chǎn)品可靠性測試

上述得到了取消閃鍍直接填孔的最佳浸泡參數(shù)，但是得到的產(chǎn)品是否可靠還是一個未知數(shù)。為驗證這個問題，進行了產(chǎn)品可靠性測試，測試內(nèi)容及結(jié)果如表4所示。產(chǎn)品的熱應(yīng)力、熱沖擊、回流焊、可焊性測試的結(jié)果均合格。因此從產(chǎn)品的可靠性上講，取消閃鍍直接填孔是完全可行的。

4 結(jié)論

通過正交試驗得出取消閃鍍直接填銅的最優(yōu)參數(shù)，對試驗過后的產(chǎn)品進行熱應(yīng)力測試、熱沖擊測試、回流焊測試、可焊性測試未發(fā)現(xiàn)任何品質(zhì)異常。

此次進行優(yōu)化試驗使填孔電鍍更加簡單，減少以往閃鍍加工流程同時確保了生產(chǎn)可觀運行。取消閃鍍直接填銅將更有效提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，取得更好效的經(jīng)濟效益。

[1]寧敏潔. HDI印制板通孔電鍍和盲孔填銅共鍍技術(shù)研究[J]. 印制電路信息, 2012(S1).

[2]熊海平. 垂直電鍍線盲孔和通孔同步電鍍工藝[J].印制電路信息,2009(06).

[3]Mark Lefebvre, George Allardyce. Copper electroplating technology for microvia filling[J].Circuit World,2003 (2).

[4]曾曙, 張伯興. 電鍍填孔工藝影響因素之探討[J].印制電路信息,2005(09).

[5]吳云鵬. 盲孔電鍍問題分析與改善[J]. 印制電路信息, 2011(04).

[6]劉小平,唐有根,王海波. 電鍍銅添加劑的合成及其電化學性能[J]. 電鍍與精飾, 2009(02) .

[7]蔡積慶. 電鍍銅導通孔填充工藝[J]. 印制電路信息, 2006(08).

[8]何為. 優(yōu)化試驗設(shè)計法及其在化學中的應(yīng)用[M].電子科技大學出版社,1994.