脉冲电镀复合波形对孔铜和拐角铜深镀能力的影响.pdf
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1、87PCB InformationMAR.2024 NO.2莫晓锰 陈正军(江西博泉化学有限公司,江西 吉安 3 3 1 6 0 3)孔生产板,提高电镀的深镀能力的重要办法是采用脉冲电镀技术。随着脉冲技术的应用发展,我们会发现生产板因脉冲波形的设置不合理会导致有孔中铜厚不足或孔口拐角铜厚不足产生的孔口凹陷、外层线路凸起问题,甚至出现因拐角铜厚偏薄导致热冲击测试有在印制电路板孔金属化工艺中,对于高厚径比通脉冲电镀复合波形对孔铜和拐角铜深镀能力的影响Effect of pulse electroplating composite waveform on deep plating ability o
2、f hole copper and corner copperMo Xiaomeng,Chen Zhengjun【摘要】本文介绍脉冲电镀复合波形参数对通孔板孔中铜厚和拐角铜厚深镀能力的影响,通过对单一波形和复合波形进行对比研究发现复合波形取得的深镀能力比单一波形更好。同时对复合波形中的反向电流和正反向脉冲宽度(时间)对通孔的镀通率做了详细探究,调整复合波形控制脉冲电镀过程中反向电流的大小和正反脉冲宽度(时间),能够调节高厚径比通孔的孔中铜厚和拐角铜厚的深镀能力,其中随着反向电流的增大,孔中铜厚深镀能力逐渐提高,但拐角铜厚深镀能力会有所降低;而随着正反脉冲宽度增加,拐角铜厚深镀能力逐渐降低,但孔
3、中铜厚深镀能力会呈现先增加再降低的抛物线趋势。A b s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e e f f e c t o f p u l s e e l e c t r o p l a t i n g c o mp o s i t e wa v e f o r m p a r a me t e r s o n t h e d e e p p l a t i n g a b i l i t y o f c o p p e r t h i c k n e s s a n d c o r n e r c o p p e r t
4、h i c k n e s s i n t h r o u g h h o l e p l a t e.T h r o u g h c o mp a r a t i v e s t u d y o f s i n g l e wa v e f o r m a n d c o mp o s i t e wa v e f o r m,i t i s f o u n d t h a t t h e d e e p p l a t i n g a b i l i t y o f c o mp o s i t e wa v e f o r m i s b e t t e r t h a n t h a
5、t o f s i n g l e wa v e f o r m.A t t h e s a me t i me,t h e r e v e r s e c u r r e n t a n d p o s i t i v e a n d n e g a t i v e p u l s e wi d t h (t i me)i n t h e c o mp o s i t e wa v e f o r m a r e s t u d i e d i n d e t a i l.B y a d j u s t i n g t h e r e v e r s e c u r r e n t a n
6、d p o s i t i v e a n d n e g a t i v e p u l s e wi d t h (t i me)i n t h e p u l s e e l e c t r o p l a t i n g p r o c e s s,t h e d e e p p l a t i n g a b i l i t y o f t h e c o p p e r t h i c k n e s s i n t h e h o l e a n d t h e c o r n e r c o p p e r t h i c k n e s s c a n b e a d j u
7、 s t e d.Wi t h t h e i n c r e a s e o f t h e r e v e r s e c u r r e n t,t h e c o p p e r t h i c k n e s s a n d d e e p p l a t i n g a b i l i t y i n t h e h o l e g r a d u a l l y i n c r e a s e s,b u t t h e c o p p e r t h i c k n e s s a n d d e e p p l a t i n g a b i l i t y a t t h
8、e c o r n e r d e c r e a s e s.Wi t h t h e i n c r e a s e o f p u l s e wi d t h,t h e c o p p e r t h i c k n e s s a n d d e e p p l a t i n g a b i l i t y a t t h e c o r n e r d e c r e a s e d g r a d u a l l y,b u t t h e c o p p e r t h i c k n e s s a n d d e e p p l a t i n g a b i l i
9、t y i n t h e h o l e s h o we d a p a r a b o l i c t r e n d o f f i r s t i n c r e a s i n g a n d t h e n d e c r e a s i n g.【关键词】脉冲电镀;复合波形;深镀能力;孔口凹陷;脉冲宽度K e y Wo r d s P u l s e e l e c t r o p l a t i n g c o mp o s i t e wa v e f o r m;D e e p p l a t i n g a b i l i t y;C o r n e r c o p p
10、 e r t h i c k;P u l s e wi d t h.第一作者简介:莫晓锰,出生于 1991 年,广东石油化工学院本科毕业,担任于江西博泉化学有限公司工程师,主要研究方向为 PCB 电镀相关技术。0 前言2024年3月第2期88孔角断铜和裂纹的严重可靠性异常。脉冲波形指脉冲电镀时出现正向电流和反向电流周期。在正向电流周期,光亮剂和承载剂吸附于镀铜板表面,在反向电流周期,高电位的光亮剂会从镀铜板表面回归电镀液。在下一个正向电流周期,光亮剂再吸附于镀铜板表面,因承载剂的能增加极化效果,导致低电流密度区域光亮剂浓度增加,镀铜速率加快,结果令低电位区电镀速度增加和表面铜厚减小,使得高纵横
11、比孔内厚度增加,深镀能力提升。在施加强大的反向电流后,板子带正电荷,从而导致载体分子的负电荷面向板面,在高电流区域(如孔拐角),载体分子极化更多且吸附更厚,因此在高电流区域产生强烈的极化作用。反向电流完成后,整流器重新回到正向电流,板面和孔角被极化为带负电荷,特别是高电流区域。由于载运剂分子体积和重量大,它能够使高电流区域在停留较长一段时间极化状态。实际结果便是在孔内和低电流密度区的电镀速度被加快,在表面和高电流密度区的电镀速度被减慢,进而使高厚径比通孔的孔中铜厚度接近甚至超过表面镀铜层的厚度。1.1实验条件测试是在一个 200L 的脉冲电镀中试槽线上实施的,试验板尺寸为 250mm*250m
12、m,采用三种不同的板厚,分别为1.6mm、2.0mm、2.4mm;厚径比分别对应为6.4:1、10:1、12:1。测试槽模拟龙门线脉冲铜缸装有温度自动控制系统,两面侧喷循环量为 18L/min,副槽配置打气和搅拌装置,配置脉冲整流机,脉冲添加剂使用“博泉化学脉冲电镀 PCP365 系列产品”,镀铜缸各成份药水浓度控制如下表 1 所示。计算方式为:孔中 TP=(B3+B4)2/(A1+A2+A3+A4)4100拐角TP=(C1+C2+C3+C4)4/(A1+A2+A3+A4)4100表 1 镀铜缸各成份药水浓度控制表 2 单一波形脉冲参数铜缸各成份硫酸铜/(g/L)硫酸/(g/L)氯离子/p p
13、 m3 6 5 A承载剂/(ml/L)3 6 5 B光亮剂/(ml/L)控制值7 02 4 07 01 6.00.9第一波段第二波段第三波段第四波段工作时间/mi n电流/(A/d m2)脉宽/ms电流/(A/d m2)脉宽/ms电流/(A/d m2)脉宽/ms电流/(A/d m2)脉宽/ms第一阶段2.700000005.0 第二阶段2.74 0-5.420000 5 5.0 第三阶段2.700 00000 1 0.0 1实验部分1.2孔铜深镀能力和拐角深镀能力的说明采用金相切片的方法测量脉冲电镀试验板的深镀能力,如图 1 所示。本文用孔中 TP 表征通孔孔中铜厚的深镀能力,拐角 TP 表征
14、孔口拐角铜厚的深镀能力,图 1电镀试验板深镀能力取点示意图图 2 单一脉冲波形正反向电流作用示意图1.3单一波形与复合波形设计说明传统脉冲波形设置为单一波形形式,化铜流程板第一阶段起镀用直流镀铜 5min,第二阶段用脉冲正反电流比 1:2,正反脉冲宽度时间比 40ms:2ms,镀铜55min,第三阶段用直流镀铜10min结束,如下表2所示;单一脉冲波形正反向 xz 电流作用示意图如下图 2 所示。89PCB InformationMAR.2024 NO.2复合波形的形式则是由两个或两个以上单一波形组合而成,在第二阶段用脉冲正反电流比 1:2、正反脉冲宽度时间比 40ms:2ms 和正反电流比
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