镀通孔的制造流程模板.doc
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1、镀通孔7.1製程目标 雙面板以上完成鑽孔後即進行鍍通孔(Plated Through Hole , PTH)步驟,其目标使孔壁上之非導體部份之樹脂及玻纖束進行金屬化( metalization ), 以進行後來之電鍍銅製程,完成足夠導電及焊接之金屬孔壁。1986年,美國有一家化學企业Hunt 宣佈PTH不再需要傳統貴金屬及無電銅金屬化製程,可用碳粉塗佈成為通電媒介,商名為Black hole。之後陸續有其它不一样base產品上市, 國內使用者很多. 除傳統PTH外, 直接電鍍(direct plating)本章節也會述及. 7.2製造步骤 去毛頭除膠渣PTHa一次銅 7.2.1. 去巴里 (d
2、eburr) 鑽完孔後,若是鑽孔條件不適當,孔邊緣有1.未切斷銅絲2.未切斷玻纖殘留,稱為burr.因其要斷不斷,而且粗糙,若不將之去除,可能造成通孔不良及孔小,所以鑽孔後會有de-burr製程.也有de-burr是放在Desmear之後才作業.通常de-burr是用機器刷磨,且會加入超音波及高壓沖洗應用.可參考表4.1. 7.2.2. 除膠渣 (Desmear) A.目标: a. Desmear b. Create Micro-rough增加adhesion B. Smear產生原因: 由於鑽孔時造成高溫Resin超過Tg值,而形成融熔狀,終致產生膠渣。 此膠渣生於內層銅邊緣及孔壁區,會造成
3、P.I.(Poor lnterconnection) C. Desmear四種方法: 硫酸法(Sulferic Acid) 、電漿法(Plasma)、鉻酸法(Cromic Acid)、 高錳酸鉀法(Permanganate). a. 硫酸法必須保持高濃度,但硫酸本身為脫水劑很難保持高濃度,且咬蝕出孔面光滑無微孔,並不適用。 b. 電漿法效率慢且多為批次生產,而處理後大多仍必須配合其它濕製程處理,所以除非生產特殊板大多不予採用。 c. 鉻酸法咬蝕速度快,但微孔產生並不理想,且廢水不易處理又有致癌潛在風險,故漸被淘汰。 d. 高錳酸鉀法因配合溶劑製程,能够產生微孔。同時由於還原電極推出,使槽液安定
4、性獲得較佳控制,所以现在較被普遍使用。7.2.2.1 高錳酸鉀法(KMnO4 Process): A.膨鬆劑(Sweller): a. 功效:軟化膨鬆Epoxy,降低 Polymer 間鍵結能,使KMnO4 更易咬蝕形成 Micro-rough 速 率 作 用 Concentration b. 影響原因: 見圖7.1 c. 安全:不可和KMnO4 直接混合,以免產生強烈氧化還原,發生火災。 d. 原了解釋: (1) 見圖7.2 早期溶出可降低較弱鍵結,使其鍵結間有了明顯差異。若浸泡過長,強 鏈結也漸次降低,終致整塊成為低鏈結能表面。假如達到如此狀態,將無法形成不一样強度結面。若浸泡過短,則無法
5、形成低鍵結及鍵結差異,如此 將使KMnO4咬蝕難以形成蜂窩面,終致影響到PTH效果。 (2) Surface Tension問題: 無論大小孔皆有可能有氣泡殘留,而表面力對孔內Wetting也影響頗大。故 採用較高溫操作有助於降低Surface Tension及去除氣泡。至於濃度問題, 為使Drag out降低減少消耗而使用略低濃度,事實上較高濃度也可操作且速 度較快。 在製程中必須先Wetting孔內壁,以後才能使藥液進入作用,否則有空氣殘 留後續製程更不易進入孔內,其Smear將不可能去除。 B. 除膠劑 (KMnO4 ): a. 使用KMnO4原因:選KMnO4而未選NaMnO4是因為K
6、MnO4溶解度較佳,單 價也較低。 b. 反應原理: 4MnO4- + C + 4OH- MnO4= + CO2 + 2H2O (此為主反應式) 2MnO4- + 2OH- 2MnO4= + 1/2 O2 + H2O (此為高PH值時自發性分解反應) MnO4- + H2O MnO2 + 2OH- + 1/2 O2 (此為自然反應會造成Mn+4沉澱) c. 作業方法:早期採氧化添加劑方法,现在多用電極還原方法操作,不穩 定問題已獲解決。 d. 過程中其化學成份狀況皆以分析得悉,但Mn+7為紫色, Mn+6為綠色,Mn+4 為黑色,可由直觀色度來直接判斷大略狀態。若有不正常發生,則可能 是電極效
7、率出了問題須注意。 e. 咬蝕速率影響原因: 見圖7.3f. 電極好處: (1).使槽液壽命增長 (2).品質穩定且無By-product,其兩者比較如圖7.4: g. KMnO4形成Micro-rough原因: 由於Sweller造成膨鬆,且有結协力之強弱,如此使咬蝕時產生選擇性, 而形成所謂Micro-rough。但如因過度咬蝕,將再度平滑。 h. 咬蝕能力也會隨基材之不一样而有所改變 i. 電極必須留心保養,電極效率較難定出絕對標準,且也很難確認是否足夠 應付實際需要。故平時所得經驗及廠商所提供資料,可加一係數做計算, 以為電極需求參考。 C. 中和劑(Neutralizer): a.
8、NaHSO3是可用Neutralizer之一,其原理皆類似Mn+7 or Mm+6 or Mn+4(Neutralizer)-Mn+2 (Soluable) b. 為免於Pink Ring,在選擇Acid base必須考慮。HCl及 H2SO4系列全部 有,但Cl易攻擊 Oxide Layer,所以用H2SO4為Base 酸較佳。 c .藥液使用消耗分別以H2SO4及Neutralizer,用Auto-dosing 來補充,維 護。 7.2.2.2 .整條生產線考慮: A.Cycle time:每Rack(Basket)進出某類槽頻率(時間) B.產能計算: (Working hours /
9、Cycle time)*( FIight Bar / Hoist)*(Racks/Flight Bar)*(SF/Rack)= SF/Mon C.除膠渣前Pre-baking對板子影響:見圖7.5 a.由於2.在壓合後己經過兩次Cure,結構會比1,3 Cure更完全,故Baking 會使結構均一,壓板不足處得以補償。 b.多量氧,氧化了Resin間Bonding,使咬蝕速率加劇23倍。且使1,2,3 區較均一。 c.釋放Stress,減少產生Void機會. 7.2.2.3. 製程內关键反應及化學名稱: A化學反應: a .关键反應 4MnO4- + 4OH- + Epoxy 4MnO4= +
10、 CO2 + 2H2O b. 副反應: 2MnO4- + 2OH- 2MnO4= + 1/2O2 + H2O (Side reaction) MnO4= + H2O (CI-/SO4= /Catalize Rx.) MnO2 + 2OH- + 1/2 O2 (Precipitation formation) 2MnO4= + NaOCI + H2O 2MnO4- + 2OH- + NaCI 4MnO4= + NaS2O8 + H2SO4 4MnO4- + 2OH- + 2Na2SO4 4MnO4= + K2S2O8 + H2SO4 4MnO4- + 2OH- + 2K2SO4 (For Che
11、mical regeneration type process reaction) 2MnO4= + 1/2 O2 + H2O 2MnO4- + 2 OH- (Electrolytic reaction: Need replenish air for Oxgen consumption) B.化學品名稱: MnO4-Permanganate NaS2O8 Sodium Persulfate MnO4=Manganate S2O4- Sulfate OH- Hydroxide(Caustic) CO2 Carbon Dioxide NaOCI Sodium Hydrochloride MnO2
12、Manganese Dioxide 7.2.2.4.经典Desmear Process: 見表 7.2.2.5. Pocket Void解釋: A.說法一:Sweller殘留在Glass fiber中,在Thermal cycle時爆開。 B.說法二: 見圖7.6 a壓板過程不良Stress積存,上鍚過程中力量釋出所致 b在膨漲中假如銅結协力強,而Resin釋出Stress方向呈Z軸方向,當Curing 不良而Stress過大時則易形成a之斷裂,假如孔銅結协力弱則易形成B 之Resinrecession,結协力好而內部樹脂不夠強軔則出現c之Pocket void C假如爆開而形成銅凸出者稱為P
13、ull away 7.2.3 化學銅(PTH) PTH系統概分為酸性及鹼性系統,特征依基础觀念而有不一样。 7.2.3.1 酸性系統: A.基础製程: Conditioner Microetch Catalpretreatment Cataldeposit Accelerator Electroless Deposit B.單一步驟功效說明: a. 整孔 Conditioner: 1. Desmear後孔內呈現Bipolar現象,其中Cu呈現高電位正電,Glass fiber、Epoxy呈負電 2. 為使孔內呈現適當狀態,Conditioner含有兩種基础功效 (1)Cleaner: 清潔表面
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