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电镀铜(1)

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:716

一 电镀铜的历史沿革
l.l 焦磷酸铜
1985年以前全球电路板业之电镀铜,几乎全部采用60℃高温操作的焦磷酸铜(copper pyrophosphate;cu2p2o7)制程,系利用焦磷酸之错合剂(complexing agent)做为基本配方。彼时最流行的商业制程就是m&t的添加剂py-61h。但由于高温槽液及ph值又在8.0以上,对于长时间二次铜所用到的碱性水溶油墨或干膜等阻剂,都不免会造成伤害。不但对板面之线路镀铜(pattern plating)品质不利。且槽液本身也容易水解而成为反效果正磷酸(h3po4),再加上阻剂难以避免被溶解所累积的有机污染等因素,导致焦磷酸铜的管理困难,而被业者们视为畏途。然而新亮相非错合剂的低温 (15oc-20oc)硫酸铜制程,当年则因其成熟度不够也使得用户们足了苦头。直到1988年以后硫酸铜才逐渐正式取代了先前的焦磷酸铜,而成为唯一的基本配方。
1.2 硫酸铜与反脉冲
十年后(1995)的电路板开始采孔径0.35mm或14mil以下的小孔,在板厚不变或板厚增加下,常使得待镀之通孔出现4:l至10:l高纵横比的困难境界。为了增加深孔镀铜的分布力(throwing power)起见,首先即调高槽液基本配方的酸铜比(拉高至10:l以上),并也另在添加剂配方上着手变化。而且还将固有垂直挂镀的设备中,更换其传统直流(dc)供电,转型为变化电流(广义的ac)式反脉冲电流(reverse pulse)的革新方式。要其反电流密度很大但间却很短的情况下,冀能将两端孔口附近较厚的镀铜层予以减薄,但又不致影响深孔中心铜层应有的厚度,于是各种脉冲供电方式也进入了镀铜的领域。
1.3 水平镀铜
随后为了方便薄板的操作与深孔穿透以及自动化能力起见,板面一次铜(全板镀铜)的操作,又曾改变为水平自走方式的电镀铜。在其阴阳极距离大幅拉近而降低电阻下,可用之电流密度遂得以提高2-4倍,而使量产能力为之大增。此种新式密闭水平镀铜之阳极起先还沿用可溶的铜球,但为了减少量产中频繁拆机,一再补充铜球的麻烦起见,后来又改采非溶解性的钛网阳极。而且另在反脉冲电源的协助下,不但对高纵横比小径深孔的量产如虎添翼,更对2001年兴起的hdi雷射微盲孔(microvia)也极有助益。不过也由于非溶阳极已不再出现溶铜之主反应,而将所有能量集中于“产生氧气”之不良副反应,久之难免会对添加剂与ir/ti式dsa(商标名称为" 尺寸安定式阳极")昂贵的非溶阳极造成伤害,甚至还影响到镀铜层的物理性质。至于2002年新冒出二阶深微肓孔所需的填孔镀铜,已使得水平镀铜出现了力犹未逮的窘境。对于此种困难,势必又将是另一番新的挑战。
1.4 垂直自走的挂镀铜
1999初日本上村公司曾推出一种u-con制程,即属精密扰流喷流之槽液,与恢复两侧铜阳极的垂直自走挂镀;但由于成本及售价都极为昂贵,故目前台湾业界只有少数生产线而尚待后续流行。三年来量产的水平电镀铜几乎已发展到了极限,于是恢复铜阳极的自正式挂镀又开始受到重视。目前国产设备供货商已有造利公司推出新机,其品质与成效如何仍有待长期量产的考验。

二 最新挑战的背景
bga球脚之承焊铜垫内设微盲孔(micro viain pad),不但可节省板面用地,而且一改旧有哑钤式(dog boning)层间通孔较长的间接互连(interconnection),而成为直上直下较短的盲孔互连;既可减短线长与孔长而得以压制高频中的寄生噪讯外(parasitics),又能避免了内层gnd/vcc大铜面遭到通孔的刺破,而使得归途(return path)之回轨免于受损,对于高频讯号完整性(signal integrity)总体方面的效益将会更好。
然而此种做法在下游印刷锡膏与后续熔焊(reflow) 球脚时,众多垫内微盲孔中免不了会吸引若干锡膏的不当流入。此而负面效应;一则会因锡量流失而造成焊点(solder joint)强度的不足,二则可能会引发盲孔内锡膏助焊剂的气化而吹涨出讨厌的空洞(voids),两者均使得焊点可靠度为之隐忧不已。
而且设计者为了追求高频传输的品质起见,01年以前“1+4+1”增层一次的做法,又已逐渐改变为现行“2+2+2”增层二次更新的面貌。此种“增二式”的最新规矩,使得内层之传统双面板(core),只扮演了vcc/gnd等人铜面的参考角色而已;所有传输资料的讯号线(signal line),几乎都已全数布局在后续无玻纤(dk较低,讯号品质较好)的各次增层中。如此一来外层中某些必须接地或按电源的二阶盲孔,甚至还会坐落在已填塞埋通孔之顶环或底环上。此等高难度的制程场已在bga球垫之中多量出现。不幸是此种二阶盲孔在凹陷与孔径变大的情形下,其镀铜之空虚不足自必更甚于一阶者,使得原已棘手的小型焊点问题,变得更为严重凄惨。于是手机板的客户们不得不一再要求电镀铜能够对盲孔的尽量填平,以维持整体功能于不坠。
截至目前为止,现役酸性镀铜的本事只能说填多少算多少,微盲孔之孔径在3mi以下之浅小而多用于封装载板者,实填的问题还不算严重,某几种商业镀铜制程也还颇能让人满意。然而增二式手机板其bga球脚垫内的二阶盲孔,不但口径大到6-8mil之间,且其漏斗形深度也接近3mil。加以最新亮相超难密距(0.5mm

一 电镀铜的历史沿革
l.l 焦磷酸铜
1985年以前全球电路板业之电镀铜,几乎全部采用60℃高温操作的焦磷酸铜(copper pyrophosphate;cu2p2o7)制程,系利用焦磷酸之错合剂(complexing agent)做为基本配方。彼时最流行的商业制程就是m&t的添加剂py-61h。但由于高温槽液及ph值又在8.0以上,对于长时间二次铜所用到的碱性水溶油墨或干膜等阻剂,都不免会造成伤害。不但对板面之线路镀铜(pattern plating)品质不利。且槽液本身也容易水解而成为反效果正磷酸(h3po4),再加上阻剂难以避免被溶解所累积的有机污染等因素,导致焦磷酸铜的管理困难,而被业者们视为畏途。然而新亮相非错合剂的低温 (15oc-20oc)硫酸铜制程,当年则因其成熟度不够也使得用户们足了苦头。直到1988年以后硫酸铜才逐渐正式取代了先前的焦磷酸铜,而成为唯一的基本配方。
1.2 硫酸铜与反脉冲
十年后(1995)的电路板开始采孔径0.35mm或14mil以下的小孔,在板厚不变或板厚增加下,常使得待镀之通孔出现4:l至10:l高纵横比的困难境界。为了增加深孔镀铜的分布力(throwing power)起见,首先即调高槽液基本配方的酸铜比(拉高至10:l以上),并也另在添加剂配方上着手变化。而且还将固有垂直挂镀的设备中,更换其传统直流(dc)供电,转型为变化电流(广义的ac)式反脉冲电流(reverse pulse)的革新方式。要其反电流密度很大但间却很短的情况下,冀能将两端孔口附近较厚的镀铜层予以减薄,但又不致影响深孔中心铜层应有的厚度,于是各种脉冲供电方式也进入了镀铜的领域。
1.3 水平镀铜
随后为了方便薄板的操作与深孔穿透以及自动化能力起见,板面一次铜(全板镀铜)的操作,又曾改变为水平自走方式的电镀铜。在其阴阳极距离大幅拉近而降低电阻下,可用之电流密度遂得以提高2-4倍,而使量产能力为之大增。此种新式密闭水平镀铜之阳极起先还沿用可溶的铜球,但为了减少量产中频繁拆机,一再补充铜球的麻烦起见,后来又改采非溶解性的钛网阳极。而且另在反脉冲电源的协助下,不但对高纵横比小径深孔的量产如虎添翼,更对2001年兴起的hdi雷射微盲孔(microvia)也极有助益。不过也由于非溶阳极已不再出现溶铜之主反应,而将所有能量集中于“产生氧气”之不良副反应,久之难免会对添加剂与ir/ti式dsa(商标名称为" 尺寸安定式阳极")昂贵的非溶阳极造成伤害,甚至还影响到镀铜层的物理性质。至于2002年新冒出二阶深微肓孔所需的填孔镀铜,已使得水平镀铜出现了力犹未逮的窘境。对于此种困难,势必又将是另一番新的挑战。
1.4 垂直自走的挂镀铜
1999初日本上村公司曾推出一种u-con制程,即属精密扰流喷流之槽液,与恢复两侧铜阳极的垂直自走挂镀;但由于成本及售价都极为昂贵,故目前台湾业界只有少数生产线而尚待后续流行。三年来量产的水平电镀铜几乎已发展到了极限,于是恢复铜阳极的自正式挂镀又开始受到重视。目前国产设备供货商已有造利公司推出新机,其品质与成效如何仍有待长期量产的考验。

二 最新挑战的背景
bga球脚之承焊铜垫内设微盲孔(micro viain pad),不但可节省板面用地,而且一改旧有哑钤式(dog boning)层间通孔较长的间接互连(interconnection),而成为直上直下较短的盲孔互连;既可减短线长与孔长而得以压制高频中的寄生噪讯外(parasitics),又能避免了内层gnd/vcc大铜面遭到通孔的刺破,而使得归途(return path)之回轨免于受损,对于高频讯号完整性(signal integrity)总体方面的效益将会更好。
然而此种做法在下游印刷锡膏与后续熔焊(reflow) 球脚时,众多垫内微盲孔中免不了会吸引若干锡膏的不当流入。此而负面效应;一则会因锡量流失而造成焊点(solder joint)强度的不足,二则可能会引发盲孔内锡膏助焊剂的气化而吹涨出讨厌的空洞(voids),两者均使得焊点可靠度为之隐忧不已。
而且设计者为了追求高频传输的品质起见,01年以前“1+4+1”增层一次的做法,又已逐渐改变为现行“2+2+2”增层二次更新的面貌。此种“增二式”的最新规矩,使得内层之传统双面板(core),只扮演了vcc/gnd等人铜面的参考角色而已;所有传输资料的讯号线(signal line),几乎都已全数布局在后续无玻纤(dk较低,讯号品质较好)的各次增层中。如此一来外层中某些必须接地或按电源的二阶盲孔,甚至还会坐落在已填塞埋通孔之顶环或底环上。此等高难度的制程场已在bga球垫之中多量出现。不幸是此种二阶盲孔在凹陷与孔径变大的情形下,其镀铜之空虚不足自必更甚于一阶者,使得原已棘手的小型焊点问题,变得更为严重凄惨。于是手机板的客户们不得不一再要求电镀铜能够对盲孔的尽量填平,以维持整体功能于不坠。
截至目前为止,现役酸性镀铜的本事只能说填多少算多少,微盲孔之孔径在3mi以下之浅小而多用于封装载板者,实填的问题还不算严重,某几种商业镀铜制程也还颇能让人满意。然而增二式手机板其bga球脚垫内的二阶盲孔,不但口径大到6-8mil之间,且其漏斗形深度也接近3mil。加以最新亮相超难密距(0.5mm

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