PCB製造における電気めっき穴埋めプロセスに影響を与える基本要因

PCB製造における電気めっき穴埋めプロセスに影響を与える基本要因

PCB 製造、PCB 設計、および PCBA 処理メーカーが、PCB 製造における電気めっき穴埋めプロセスに影響を与える基本的な要因を説明します

電子部品産業の総生産額に占める世界の電気めっきPCB産業の生産額の割合は急速に増加しています。 電子部品業界では最大の業界であり、独自の地位を占めています。 電気めっき PCB 業界の年間生産額は 600 億ドルです。 電子製品の体積はますます薄くなり、高密度の相互接続を実現するための設計方法として、スルー ブラインド ホールへの直接ホール スタッキングが採用されています。 穴の積み重ねをうまく行うには、まず穴の底の平坦度をよくする必要があります。 穴の表面を平坦にする代表的な方法はいくつかありますが、その代表的な方法が電気めっきによる穴埋め加工です。

電気めっきホール充填プロセスは、追加のプロセス開発の必要性を減らすだけでなく、既存のプロセス装置と互換性があり、良好な信頼性を得るのに役立ちます。

電気めっきによる穴埋めには、次の利点があります。

(1) スタック ホールとディスク ホール (Via. on. Pad) の設計に役立ちます。

(2) 電気的性能を向上させ、高周波設計に貢献します。

(3) 熱を放散するのに役立ちます。

(4) プラグホールと電気相互接続が 1 つのステップで完了します。

(5) ブラインド ホールは、導電性接着剤よりも信頼性が高く、導電性に優れた電気メッキ銅で埋められています。

1 化学的影響要因

1.1 無機化学組成

無機化学組成には、銅 (Cu:) イオン、硫酸、塩化物が含まれます。

(1) 硫酸銅。 硫酸銅は、浴中の銅イオンの主な供給源です。 浴中の銅イオン濃度は、カソードとアノード間のクーロン平衡によって一定に保たれます。 一般に、アノード材料とコーティング材料は同じで、銅はアノードとイオン源の両方です。 もちろん、不溶性陽極も使用可能で、純銅コーナー、CuO粉末、CuCOなど、Cu2+はタンク外で溶解して添加します。ただし、この方法では気泡が混入しやすいので注意が必要です。 タンク外で添加すると、低電流域で Cu2 が臨界過飽和状態になり、析出しにくくなります。 なお、銅イオンの濃度を高くすると、スルーホール分散能力に悪影響を及ぼします。

(2) 硫酸。 硫酸は、浴の導電率を高めるために使用されます。 硫酸の濃度を上げると、浴の抵抗が減少し、電気めっきの効率が向上します。

しかし、穴埋め電気めっきの工程で硫酸濃度が高くなると、穴埋めのための銅イオンの補充に影響を及ぼし、穴埋め不良を引き起こす。 穴埋め電気めっきでは、より良好な穴埋め効果を得るために、一般に低硫酸濃度システムが使用される。

(3) 酸性銅比。 従来の高酸低銅 (C+: C:+=8-13) システムはスルーホール電気めっきに適しており、電気めっき穴の充填は低酸高銅でなければなりません

(C+: CZ=3-10) メッキ液系。 これは、良好な穴埋め効果を得るためには、マイクロビア内の電気めっき速度が基板表面の電気めっき速度よりも大きくなければならないためである。 この場合、ビアを電気めっきするための従来の電気めっき液と比較して、溶液処方が高酸低銅から低酸高銅に変更され、窪みでの銅イオンの供給が心配されなくなります。

(4) 塩化物イオン。 塩化物イオンの役割は、主に銅イオンと金属銅が電気二重層間に安定した変換電子移動ブリッジを形成することです。

電気めっきプロセスでは、塩化物イオンが陽極上のリン銅ボールを均一に溶解およびエッチングするのに役立ち、陽極表面に均一な陽極膜を形成します。 陰極では、インヒビターと協力して分極を抑え、被膜を緻密にすることで、銅イオンを安定して析出させることができます。

さらに、従来の塩素イオン分析は、紫外可視分光光度計で行われます。 電気めっき穴埋め浴は塩化物イオン濃度に厳しい要求があり、硫酸銅浴は分光光度計の測定に大きな影響を与える青色であるため、自動電位差滴定分析を検討する必要があります。

2. 有機添加物

有機添加剤は、コーティングの銅粒子を微細化し、分散能力を向上させ、コーティングを明るく平坦にすることができます。 酸性銅めっき浴には、主にキャリア、レベラー、光沢剤の3種類の添加剤があります。

(1) キャリア。 担体は、高分子のポリアルコール化合物です。

キャリアはカソード表面に吸着し、塩化物イオンと作用して電気めっき速度を阻害し、高電流領域と低電流領域の差を減らします (つまり、分極抵抗を増加させます)。これにより、銅が均一かつ連続的に堆積されます。 同時に、阻害剤は湿潤剤として作用して界面の表面張力を低下させる (接触角を低下させる) ことができるため、めっき液がより容易に穴に入り、物質移動効果を高めることができます。 穴埋め電気めっきでは、インヒビターは銅層を均一に堆積させることもできます。

(2) レベリング剤。 レベリング剤は通常、窒素含有有機物質であり、その主な機能は、高電流密度領域（凸領域またはコーナー）に吸着して、そこでの電気めっき速度を遅くすることですが、低電流での電気めっきには影響しません 表面を平らにするために、密度領域（凹領域）。 電気めっきに必要な添加剤です。 一般に、高銅と低酸の電気めっきホール充填システムでは、コーティングが粗くなります。 調査によると、レベリング剤を添加すると、コーティング不良の問題を効果的に改善できることが示されています。

(3) 光沢剤。 光沢剤は通常、硫黄含有有機物質です。 電気めっきにおけるそれらの主な役割は、銅イオンが陰極還元を加速し、新しい銅めっき核を形成するのを助けることです（表面拡散堆積エネルギーを減らします）。これにより、銅層構造がより詳細になります。 穴埋め電気めっきにおける光沢剤のもう 1 つの機能は、穴の光沢剤の分布比率が高い場合、ブラインド ホールに銅を迅速に析出させるのに役立つことです。 レーザーブラインドホールのホールフィリング電気メッキでは、3つの添加剤すべてが使用され、レベリング剤の量を適切に増やす必要があります。これにより、レベリング剤がボードの高電流領域でCuzと競合し、防止できます。

顔の銅は速く厚く成長します。 対照的に、マイクロビアのより多くの光沢剤を含む凹部は、より速くメッキする機会があります。 この概念と実践は、IC 銅メッキ プロセスの デマセン銅メッキ と非常によく似ています。

3.物理的影響パラメータ

検討する物理的パラメータには、陽極の種類、陽極と陰極の間隔、電流密度、攪拌、温度、整流器、および波形が含まれます。

(1) 陽極タイプ。 陽極の種類に関して言えば、それは可溶性陽極と不溶性陽極に他なりません。 可溶性陽極は通常、リンを含む銅球であり、陽極泥を生成しやすく、浴を汚染し、浴の性能に影響を与えます。 不活性アノードとも呼ばれる不溶性アノードは、一般に、タンタルとジルコニウムの混合酸化物でコーティングされたチタンメッシュで構成されています。 不溶性陽極、良好な安定性、陽極メンテナンスの必要なし、陽極泥の発生なし、パルスまたはDC電気めっきが適用可能です。 ただし、添加物の消費量は多いです。

(2) カソードとアノード間の距離。 陰極と陽極の間の間隔の設計は、電気めっきの穴埋めプロセスにおいて非常に重要であり、さまざまなタイプの装置の設計も異なります。 ただし、どのように設計されたとしても、ファラドの第 1 法則に違反してはならないことは指摘しておく必要があります。

(3)かき混ぜます。 混合には、機械スイング、電気振動、空気圧振動、空気混合、エダクターなど、さまざまな種類があります。

電気めっきの穴埋めには、従来の銅シリンダー構成に基づいてジェット設計を追加することが一般的に好まれます。 しかし、それがボトムジェットなのかサイドジェットなのか、シリンダー内のジェットパイプとエアミックスパイプをどう配置するか。 1時間あたりの排出量; ジェットパイプとカソードの間の距離; サイド ジェットを使用する場合、ジェットが陽極の前か後ろか。 ボトムジェットを使用する場合、混合ムラが発生しないか、また、槽の撹拌が上が弱く下が強いか。 ジェット パイプ上のジェットの数、間隔、および角度は、銅シリンダーを設計する際に考慮しなければならないすべての要因であり、多くのテストを実行する必要があります。

また、最も理想的な方法は、各ジェットパイプを流量計に接続して流れを監視することです。 流速が大きいため溶液が熱くなりやすいため、温度管理も重要です。

(4) 電流密度と温度。 低電流密度と低温は、穴に十分な Cu2 と光沢剤を供給しながら、表面の銅の堆積速度を下げることができます。 この条件下では、穴を埋める能力を強化することができますが、電気めっき効率も低下する可能性があります。

(5) 整流器。 整流器は、電気めっきプロセスにおける重要なリンクです。 現在、電気めっきホール充填に関する研究は、ほとんどがフル プレート電気めっきに限定されています。 パターン電気めっきの穴埋めを考えると、カソード面積は非常に小さくなります。 このとき、整流器の出力精度は高いことが要求されます。

整流器の出力精度は、製品ラインとビアのサイズに応じて選択する必要があります。 ラインが細く、穴が小さいほど、整流器の精度が高くなります。 通常、出力精度が 5% 未満の整流器を選択する必要があります。 選択した整流器の高精度は、機器への投資を増加させます。 整流器の出力ケーブルの配線については、出力ケーブルの長さとパルス電流の立ち上がり時間を短縮するために、整流器をできるだけめっき槽の端に配置する必要があります。 整流器出力ケーブルの仕様は、出力ケーブルのライン電圧降下が最大出力電流の 80% で 0.6V 以内になるように選択する必要があります。 必要なケーブルの断面積は、通常、2.5A/mm の電流容量に基づいて計算されます。 ケーブルの断面積が小さすぎる、ケーブル長が長すぎる、ライン電圧降下が大きすぎると、伝送電流が生産に必要な電流値に達しなくなります。

幅 1.6m を超えるめっき槽については、両側受電方式を考慮し、両側ケーブルの長さを等しくする。 このようにして、両側の電流誤差を一定の範囲内に抑えることができます。 メッキ タンクの各フライング バーの 2 つの側面は、それぞれ整流器に接続されているため、ピースの両側の電流を個別に調整できます。

(6) 波形。 現在、波形の観点から、電気メッキの穴埋めには、パルス電気メッキとDC電気メッキの2種類があります。 これらの方法は両方とも研究されています。 従来の整流器は、操作が簡単なDC電気メッキの穴埋めに使用されますが、プレートが厚い場合は何もできません。 PPR整流器は、多くの操作ステップがあるパルス電気めっき穴埋めに使用されますが、プロセス中のより厚いプレートの強力な処理能力を備えています。

4. ベースプレートの効果

誘電体層の材料、穴の形状、厚さの直径比、化学銅コーティングなど、電気めっきの穴埋めに対する基板の影響は無視できません。

(1) ミディアムレイヤー素材。 中間層の材料は、穴埋めに影響を与えます。 ガラス繊維強化材料と比較して、非ガラス強化材料は穴埋めが容易です。 穴のガラス繊維の突起が化学銅に悪影響を与えることは注目に値します。 この場合、穴埋めを電気メッキすることの難しさは、穴埋めプロセス自体ではなく、化学コーティングのシード層の接着を改善することです。

実際、ガラス繊維強化基板の電気めっきによる穴埋めは、実際の製造に適用されています。

(2) 厚さ直径比。 現在、メーカーと開発者の両方が、さまざまな形状とサイズの穴の穴埋め技術を非常に重要視しています。 穴埋め能力は穴厚径比に大きく影響されます。 比較的言えば、DCシステムはより商業的に使用されています。 生産では、穴のサイズの範囲はより狭くなり、一般的な直径は 80pm ～ 120Bm、穴の深さは 40Bm ～ 80Bm、厚さの直径の比率は 1:1 以下になります。

(3) 無電解銅めっき。 無電解銅めっきの膜厚や均一性、無電解銅めっき後の装着時間などが穴埋め性能に影響します。 化学銅は薄すぎたり、厚さが不均一で、穴埋め効果が乏しい。 一般に、化学銅の厚さが 0.3μm を超える場合に穴を埋めることをお勧めします。 さらに、化学銅の酸化も細孔充填効果に悪影響を及ぼします。 PCB 製造業者、PCB 設計者、および PCBA 処理業者は、PCB 製造における電気めっき穴埋めプロセスに影響を与える基本的な要因について説明します。