HDI印制电路板通孔电镀和盲孔填铜共镀技术的研究

摘要

高密度互连（High Density Interconnect Board，HDI）印制电路板是通过埋孔、盲孔和通孔等方式实现层间连接。目前HDI印制电路板的需求量与日俱增，孔金属化技术的优劣直接影响电路板品质。通孔和微盲孔的孔金属化一般是首先微盲孔电镀填铜，再进行通孔电镀。此流程需要经过两次电镀工序，电镀是HDI印制电路板产能瓶颈工序，并且工时浪费严重。为解决这一难题，本文研究主要内容即是将通孔和盲孔同时电镀，来提高HDI印制电路板生产效率。
　　电镀溶液性能的好坏直接影响电镀品质。故本文利用循环伏安剥离法（Cyclic Voltammetry Stripping，CVS）探究电镀溶液的性能。采用循环电位剥离法研究不同浓度的Fe3+、Cu2+、 Fe2+及Cl-对CuSO4-H2SO4体系中铜在铂电极上的电沉积过程及其对光亮剂分析值的影响。从分析的数据结果发现光亮剂的分析值随着 Fe3+和 Cl-的浓度的增加，光亮剂的浓度会逐渐升高，光亮剂浓度变化极值分别是RFe3+=10.33ml/l，RCl-=1.22ml/l；随着 Cu2+浓度的增加测得光亮剂的浓度会有所偏低，光亮剂浓度变化极值RCu2+=3.1ml/l；光亮剂的浓度随着Fe2+浓度变化是呈抛物线趋势，并且在6g/l时测得的光亮剂的浓度含量较高，光亮剂浓度变化极值为RFe2+=3.4ml/l。从得到的极值数据可知Fe3+的浓度变化对光亮剂浓度测量的影响程度是最大的。因为在电镀过程中 Fe3+的浓度变化大，相当于增大了泵浦频率，增大了药水的交换速度，这时需要光亮剂来加速镀铜速度，所以光亮剂的浓度会随着 Fe3+的浓度的增大而增大。故在每次分析监控生产线脉冲电镀溶液中光亮剂含量时要考虑镀液中其它组份的影响，制定合适的管控范围，来更好的指导生产。
　　在探究通孔电镀和盲孔填铜共镀技术过程中，还研究了水平脉冲电镀填盲孔工艺技术来优化水平脉冲电镀线参数。此实验主要是利用优化实验设计并结合Minitab软件，优化并分析了影响水平脉冲电镀品质的因素：线速、脉冲时间、脉冲电流大小和泵浦频率，从而获得最佳工艺参数。最优参数为平均电流密度大小是5.6/28.6（正/反，A/dm2）、泵浦频率大小是36/29（入/出，Hz）、线速度是0.3m/min和脉冲时间大小是80/4（正/反，ms）。最后探讨了高温对水平脉冲电镀填孔品质的影响，样品经过三次漂锡实验（温度在288℃），漂锡后填满铜的盲孔未发现任何品质问题，并且还对样品进行SEM表征发现铜在板面沉积效果很好，表面致密均匀。
　　HDI印制板通孔电镀需要高酸低铜镀液，而盲孔填铜则需高铜低酸镀液，通盲孔共镀时通孔的存在又会加速盲孔附近镀液的流动速度，所以需要采用特殊工艺及药水才能实现通盲孔的共镀技术。本实验采用水平脉冲电镀线加垂直连续电镀线并结合优化实验设计进行实验。垂直连续电镀溶液中有机添加剂的添加比例固定为光亮剂：整平剂：抑制剂=1:14:50，除有机添加剂外，影响通盲孔共镀的因素主要有电流密度、泵浦频率、线速和电镀时间的影响。优化实验后找出的最佳参数组合为：电流密度大小是1.5安培/平方分米(ASD)，泵浦频率是30Hz（赫兹），线速度大小是0.37m/min，电镀时间大小是65min。研究中发现电流密度和泵浦频率是主要的影响因素，影响程度大小分别是98.6％和98%。通孔孔铜厚度的最优参数组合是：电流密度是1.5ASD，线速度大小是0.37m/min，泵浦频率大小是25Hz，电镀时间大小是65min。其中电流密度是主要的影响因素，影响程度大小是99.3%。采用综合平衡法找出的共镀最优参数组合是电流密度大小为1.5ASD，线速度大小为0.37m/min，泵浦频率大小为30HZ，电镀时间大小为65min。共镀结果显示盲孔Dimple值均小于等于15μm，通孔孔铜厚度在25μm左右，面铜均值为29.3μm，都在品质要求范围内。最后对样品进行热应力、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）表征及回流焊性能测试，基板均无爆板、起泡和白点等缺陷出现，板面100%铜镀层均匀致密，符合IPC（Institute of Printed Circuits,印制电路协会）品质要求。

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第一章绪论

1.1 HDI印制电路技术

1.2 电镀技术

1.3 本文研究内容

第二章 通孔电镀和盲孔填铜共镀技术原理

2.1 电镀铜基本原理

2.2 脉冲电镀工作原理

2.3 脉冲电镀铜基本原理

2.4 脉冲电镀线设备

第三章循环伏安剥离（CVS）法探究镀液性能

3.1 循环伏安剥离法

3.2 添加剂对电镀铜工艺的影响

3.3 实验部分

第四章水平脉冲电镀填孔技术的研究

4.1 电镀盲孔填铜技术原理

4.2 实验部分

4.3 本章实验小结

第五章 HDI印制电路板通孔电镀和盲孔填铜共镀技术的研究

5.1实验设备

5. 2 实验所用材料

5. 3 实验测试板设计

5. 4 实验步骤

5. 5 实验参数分析

5. 6 实验结果分析

5. 7 最优参数验证实验

5. 8 实验结果性能测试

5. 9 电镀铜异常分析及排除方法

5. 10 本章实验小结

第六章 结论

6.1 本文实验结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得成果