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1、镀通孔7.1製製程目的的 雙面面板以上上完成鑽鑽孔後即即進行鍍鍍通孔(Plaatedd Thhrouugh Holle , PTTH)步步驟，其其目的使使孔壁上上之非導導體部份份之樹脂脂及玻纖纖束進行行金屬化化( mmetaalizzatiion ), 以進行行後來之之電鍍銅銅製程,完成足足夠導電電及焊接接之金屬屬孔壁。 19886年，美國有有一家化化學公司司Hunnt 宣宣佈PTTH不再再需要傳傳統的貴貴金屬及及無電銅銅的金屬屬化製程程,可用用碳粉的的塗佈成成為通電電的媒介介，商名名為BBlacck hholee。之之後陸續續有其他他不同bbasee產品上上市, 國內使使用者非非常多. 除傳
2、傳統PTTH外, 直接接電鍍(dirrectt pllatiing)本章節節也會述述及. 7.2製製造流程程 去毛毛頭除除膠渣PTHHa一次次銅 7.2.1. 去巴里里 (ddebuurr) 鑽完完孔後,若是鑽鑽孔條件件不適當當,孔邊邊緣有11.未切切斷銅絲絲2.未未切斷玻玻纖的殘殘留,稱稱為buurr.因其要要斷不斷斷,而且且粗糙,若不將將之去除除,可能能造成通通孔不良良及孔小小,因此此鑽孔後後會有dde-bburrr製程.也有dde-bburrr是放在在Dessmeaar之後後才作業業.一般般de-burrr是用用機器刷刷磨,且且會加入入超音波波及高壓壓沖洗的的應用.可參考考表4.1.7.
3、2.2. 除膠渣渣 (DDesmmearr) A.目的: a. Deesmeear b. Crreatte MMicrro-rrouggh增加加adhhesiion BB. SSmeaar產生生的原因因: 由於鑽鑽孔時造造成的高高溫Reesinn超過TTg值，而形成成融熔狀狀，終致致產生膠膠渣。 此膠膠渣生於於內層銅銅邊緣及及孔壁區區，會造造成P.I.(Pooor llnteercoonneectiion) C. Dessmeaar的四四種方法法: 硫酸法法(Suulfeericc Accid) 、電電漿法(Plaasmaa)、鉻鉻酸法(Croomicc Accid)、 高高錳酸鉀鉀法(PPe
4、rmmangganaate). a. 硫酸法法必須保保持高濃濃度，但但硫酸本本身為脫脫水劑很很難保持持高濃度度，且咬咬蝕出的的孔面光光滑無微微孔，並並不適用用。 b. 電漿法法效率慢慢且多為為批次生生產，而而處理後後大多仍仍必須配配合其他他濕製程程處理，因此除除非生產產特殊板板大多不不予採用用。 c. 鉻酸法法咬蝕速速度快，但微孔孔的產生生並不理理想，且且廢水不不易處理理又有致致癌的潛潛在風險險，故漸漸被淘汰汰。 d. 高錳酸酸鉀法因因配合溶溶劑製程程，可以以產生微微孔。同同時由於於還原電電極的推推出，使使槽液安安定性獲獲得較佳佳控制，因此目目前較被被普遍使使用。7.2.2.11 高錳錳酸鉀法
5、法(KMMnO44 Prroceess): A.膨鬆劑劑(Swwelller): a. 功能:軟化膨膨鬆Eppoxyy，降低低 Poolymmer 間的鍵鍵結能，使KMMnO44 更易易咬蝕形形成 MMicrro-rrouggh 速速 率 作 用用 Coonceentrratiion b. 影響響因素: 見圖圖7.11 c. 安全:不可和和KMnnO4 直接混混合，以以免產生生強烈氧氧化還原原，發生生火災。 dd. 原原理解釋釋: (11) 見見圖7.2 初初期溶出出可降低低較弱的的鍵結，使其鍵鍵結間有有了明顯顯的差異異。若浸浸泡過長長，強 的鏈結結也漸次次降低，終致整整塊成為為低鏈結結能的表
6、表面。如如果達到到如此狀狀態，將將無法形形成不同同強度結結面。若若浸泡過過短，則則無法形形成低鍵鍵結及鍵鍵結差異異，如此此 將使使KMnnO4咬咬蝕難以以形成蜂蜂窩面，終致影影響到PPTH的的效果。 (2) Suurfaace Tennsioon的問問題: 無論論大小孔孔皆有可可能有氣氣泡殘留留，而表表面力對對孔內WWetttingg也影響響頗大。故 採採用較高高溫操作作有助於於降低SSurffacee Teensiion及及去除氣氣泡。至至於濃度度的問題題， 為為使Drrag outt降低減減少消耗耗而使用用略低濃濃度，事事實上較較高濃度度也可操操作且速速 度較較快。 在製製程中必必須先WW
7、etttingg孔內壁壁，以後後才能使使藥液進進入作用用，否則則有空氣氣殘 留留後續製製程更不不易進入入孔內，其Smmearr將不可可能去除除。 BB. 除除膠劑 (KMMnO44 ): aa. 使使用KMMnO44的原因因:選KKMnOO4而未未選NaaMnOO4是因因為KMMnO44溶解度度較佳,單 價價也較低低。 b. 反應原原理: 4MMnO44- + C + 44OH- MnOO4= + CCO2 + 22H2OO (此此為主反反應式) 22MnOO4- + 22OH- 2MnnO4= + 1/22 O22 + H2OO (此此為高PPH值時時自發性性分解反反應) MnnO4- +
8、H2OO MnOO2 + 2OOH- + 11/2 O2 (此為為自然反反應會造造成Mnn+4沉沉澱) c. 作業業方式:早期採採氧化添添加劑的的方式，目前多多用電極極還原的的方式操操作，不不穩 定定的問題題已獲解解決。 d. 過程程中其化化學成份份狀況皆皆以分析析得知，但Mnn+7為為紫色, Mnn+6為為綠色,Mn+4 為為黑色，可由直直觀的色色度來直直接判斷斷大略狀狀態。若若有不正正常發生生，則可可能 是是電極效效率出了了問題須須注意。 e. 咬蝕蝕速率的的影響因因素: 見圖77.3ff. 電電極的好好處: (1).使槽液液壽命增增長 (2).品質質穩定且且無Byy-prroduuct，
9、其兩者者比較如如圖7.4: gg. KKMnOO4形成成Miccro-rouugh的的原因: 由於於Sweelleer造成成膨鬆，且有結結合力之之強弱，如此使使咬蝕時時產生選選擇性， 而形形成所謂謂的Miicroo-rooughh。但如如因過度度咬蝕，將再度度平滑。 h. 咬蝕蝕能力也也會隨基基材之不不同而有有所改變變 i. 電極極必須留留心保養養，電極極效率較較難定出出絕對標標準，且且也很難難確認是是否足夠夠 應付付實際需需要。故故平時所所得經驗驗及廠商商所提供供資料，可加一一係數做做計算， 以為為電極需需求參考考。 C. 中和和劑(NNeuttrallizeer): aa. NNaHSSO
10、3是是可用的的Neuutraalizzer之之一，其其原理皆皆類似MMn+77 orr Mmm+6 or Mn+4(NNeuttrallizeer)-Mnn+2 (Sooluaablee) b. 為免於於Pinnk RRingg，在選選擇Accid basse必須須考慮。HCll及 HH2SOO4系列列都 有有，但CCl易攻攻擊 OOxidde LLayeer，所所以用HH2SOO4為BBasee 的酸酸較佳。 cc .藥藥液使用用消耗分分別以HH2SOO4及NNeuttrallizeer，用用Autto-ddosiing 來補充充，維 護。 7.2.2.22 .整整條生產產線的考考慮: AA
11、.Cyyclee tiime：每Raack(Basskett)進出出某類槽槽的頻率率(時間間) BB.產能能計算: (Woorkiing houurs / CCyclle ttimee)*( FIIighht BBar / HHoisst)*(Raackss/Fllighht BBar)*(SSF/RRackk)= SF/Monn C.除膠渣渣前Prre-bbakiing對對板子的的影響:見圖77.5 a.由由於2.在壓合合後己經經過兩次次Curre，結結構會比比1,33 Cuure更更完全，故Baakinng 會會使結構構均一，壓板不不足處得得以補償償。 b.多多量的氧氧，氧化化了Reesi
12、nn間的BBonddingg，使咬咬蝕速率率加劇223倍倍。且使使1,22,3 區較均均一。 c.釋放SStreess，減少產產生Vooid的的機會. 7.2.2.33. 製製程內主主要反應應及化學學名稱: A化學反反應: a .主要要反應 4MnnO4- + 4OHH- + Eppoxyy 44MnOO4= + CCO2 + 2H22O b. 副反應應： 22MnOO4- + 22OH- 2MMnO44= + 1/2O22 + H2OO (SSidee reeacttionn) MMnO44= + H22O (CI-/SOO4= /Caatallizee Rxx.) MMnO22 + 2OO
13、H- + 11/2 O2 (Prreciipittatiion forrmattionn) 22MnOO4= + NNaOCCI + H22O 2MMnO44- + 2OOH- + NNaCII 4MMnO44= + NaaS2OO8 + H22SO44 4MnnO4- + 2OHH- + 2NNa2SSO4 4MnnO4= + K2SS2O88 + H2SSO4 44MnOO4- + 22OH- + 2K22SO44 (FFor Cheemiccal reggeneerattionn tyype proocesss rreacctioon) 2MnnO4= + 1/22 O22 + H2OO
14、 2MnnO4- + 2 OOH- (Ellecttrollytiic rreacctioon: Neeed rreplleniish airr foor OOxgeen cconssumpptioon) B.化化學品名名稱： MnOO4-Peermaangaanatte NNaS22O8 Soddiumm Peersuulfaate MnOO4=Maangaanatte S2OO4- SSulffatee OHH- HHydrroxiide(Cauustiic) CO22 CCarbbon Diooxidde NNaOCCI Soodiuum HHydrrochhlorridee MnOO2
15、 MMangganeese Diooxidde 7.2.2.44.典型型的Deesmeear Proocesss: 見表 7.2.2.55. PPockket Voiid的解解釋: A.說法一一:Swwelller殘殘留在GGlasss ffibeer中，在Thhermmal cyccle時時爆開。 B.說說法二: 見圖圖7.66 a壓壓板過程程不良SStreess積積存，上上鍚過程程中力量量釋出所所致 b在在膨漲中中如果銅銅結合力力強，而而Ressin釋釋出Sttresss方向向呈Z軸軸方向，當Cuurinng 不不良而SStreess過過大時則則易形成成a之斷斷裂，如如果孔銅銅結合力力弱則
16、易易形成BB 之RResiinrreceessiion，結合力力好而內內部樹脂脂不夠強強軔則出出現c之之Pocckett vooid C如如果爆開開而形成成銅凸出出者稱為為Pulll aawayy 7.2.3 化化學銅(PTHH) PTTH系統統概分為為酸性及及鹼性系系統，特特性依基基本觀念念而有不不同。 7.2.3.11 酸性性系統： A.基本製製程： Coondiitioonerr Miccroeetchh CCataalprretrreattmennt Cattalddepoositt AAcceelerratoor Eleectrroleess Depposiit B.單一步步驟功能能
17、說明： aa. 整整孔 CCondditiioneer： 11. DDesmmearr後孔內內呈現BBipoolarr現象，其中CCu呈現現高電位位正電，Glaass fibber、Epooxy呈呈負電 22. 為為使孔內內呈現適適當狀態態，Coondiitioonerr具有兩兩種基本本功能 (1)Cleeaneer： 清潔表表面 (2)CCondditiioneer： 使孔壁壁呈正電電性，以以利Pdd/Snn Coollooid負負電離子子團吸附附 3. 一般而而言粒子子間作用用力大小小如表 因因而此類類藥液系系統會有有吸附過過多或CCollloidd過多的的吸附是是否可洗洗去之顧顧慮 4.
18、 Coondiitioonerr若Drrag In 至 AActiivattor槽槽，會使使Pd+離子團團降低 b. 微蝕蝕 Miicrooetcch 1. Miicrooetcchinng旨在在清除表表面之CCondditiioneer所形形成的FFilmm 2. 此同時時亦可清清洗銅面面殘留的的氧化物物 cc. 預預活化 Cattalpprettreaatmeent 11. 為為避免MMicrroettch形形成的銅銅離子帶帶入Pdd/Snn槽，預預浸以減減少帶入入 2. 降低孔孔壁的SSurffacee Teensiion d. 活化化 Caatalldepposiit 1. 一般般Pd
19、膠膠體皆以以以下結結構存在在： 見見圖7.7 2. Pdd2+：Sn22+：CCl- = 11：6：12較較安定 33. 一一般膠體體的架構構方式是是以以下下方式結結合：見見圖7.8當吸附時時由於CCl會產產生架橋橋作用，且其半半徑較大大使其吸吸附不易易良好，尤其如如果孔內內的Rooughhnesss不適適當更可可能造成成問題。 4. 孔壁吸吸附了負負離子團團，即中中和形成成中和電電性 e. 速化 Accceleerattor 11. PPd膠體體吸附後後必須去去除Snn，使PPd2+曝露，如此才才能在未未來無電電解銅中中產生催催化作用用形成化化學銅 22. 基基本化學學反應為為： Pd+2/
20、SSn+22 (HHF)Pd+2(aad) + SSn+22 (aaq) Pdd+2(ad) (HHCHOO)PPd(ss) 3. 一般般而言SSn與PPd特性性不同，Pd為為貴金屬屬而Snn則不然然，因此此其主反反應可如如下： Snn+2aa Snn+4 + 66F- SSnF66-2 or Sn+2 + 4FF- SnFF4-22 而PPd則有有兩種情情形： PH=4 Pd+2 + 2(OH)- Pdd(OHH)2 PH4 PPd+22 + 6F- PdFF6-44 4. Pd吸吸附在本本系統中中本身就就不易均均勻，故故速化所所能發揮揮的效果果就極受受限制。除去不不足時會會產生PP.I.，
21、而過過長時則則可能因因為過份份去除產產生破洞洞，這也也是何以以Bacck_llighht觀察察時會有有缺點的的原因 55. 活活化後水水洗不足足或浸泡泡太久會會形成SSn+22 a Sn(OH)2 或或 Snn(OHH)4，此易形形成膠體體膜. 而Snn+4過過高也會會形成SSn(OOH)44，尤其其在Pdd吸太多多時易呈呈PTHH粗糙 66. 液液中懸浮浮粒子多多，易形形成PTTH粗糙糙 ff. 化化學銅沉沉積Ellecttrollesss Deepossit 11. 利利用孔內內沉積的的Pd催催化無電電解銅與與HCHHO作用用, 使使化學銅銅沉積 22. PPd在化化學銅槽槽的功能能有二：
22、 (1) 作為CCataalysst吸附附 H- 之主主體，加加速HCCHO的的反應 (22) 作作為Coonduuctoor，以以利e-轉移至至Cu+2上形形成Cuu沉積 33. 其其基本反反應及MMechhaniism見見圖7.9a ; 77.9bb ： 4. 由於於槽液在在操作開開始時缺缺少H22含量，故其活活性可能能不夠，而且改改變溫度度也易使使槽液不不穩定。故在操操作前一一般先以以Dummmy boaardss先行提提升活性性再作生生產，才才能達到到操作要要求 5. Baath loaadinng也因因上述要要求而有有極大的的影響，太高的的Batth lloaddingg會造成成過度
23、的的活化而而使槽液液不安定定。相反反若太低低則會因因H2的的流失而而形成沉沉積速率率過低。故其MMax與與Minn值應與與廠商確確認做出出建議值值 6. 如果溫溫度過高高，NNaOHH, HCCHO濃度不不當或者者Pd+2累積積過高都都可能造造成P.I.或或PTHH粗糙的的問題 g. 整個個反應狀狀態見圖圖7.110所示示 7.2.3.22、鹼性性系統： A. 基本本製程： Conndittionner Ettch Cleeaneer Cattalpprettreaatmeent Acctivvatoor Redduceer Eleectrroleess Coppperr B. 單一步步驟功能
24、能說明 aa. CCondditiioneer：WWetttingg aggentt + 10 g/ll NaaOH (A) 1. 以WWetttingg aggentt的觀念念，而非非電性中中和，如如此可形形成較薄薄的Fiilm約約3000A，且且均勻而而不致有有附著不不上或太太厚之虞虞 2. 基本本方式係係以親水水基與疏疏水基之之特有DDipool特性性使Weettiing ageent被被水排擠擠，快速速吸附至至孔壁。因其形形成之單單層膜不不易再附附上其他他Conndittionner而而與Clleanner共共同作用用洗去多多餘雜質質 3. 其設設計是一一道酸一一道鹼的的藥液浸浸泡，使
25、使各種不不同來源源的板子子皆有良良好的wwetttingg作用,其Foormuula：Wetttinng aagennt + 100 mll/l H2SSO4 4. 若水質質不潔而而含M+2(如如：Caa+2、Mg+2、FFe+22等)則則Amiine及及Wetttinng aagennt易與與之結合合而形成成沉澱，故水質質硬度應應特別留留意 55. 當當板子浸浸入水中中，Cuu正電迅迅速與OOH-中中和而呈呈負電。而Diipoll靜電力力有限，不致形形成多層層覆蓋，故無OOverr coondiitioon的顧顧慮 b. Ettch cleeaneer：(SPSS 與 H2SSO4/H2OO
26、2兩種種 ) 基本功功能與酸酸性系列列相似(SPSS：100g/ll) c. Caatallpreetreeatmmen)：同AActiivattor但但少Coompllex dd. AActiivattor：Acttivaatorr + Pd(Amiine) coompllex 1. 基本上上此系列列的Pdd，是由由Amiine類類形成的的Commpleex， 2. 其特點點如下： (1) Pd(Amiine)+2呈呈正電荷荷，可吸吸附在CCondditiioneer上而而甚少吸吸附在銅銅上，少少有P.I.問問題 (2) 沒有有Sn形形成的CCollloidd，其粒粒子較小小，結晶晶較密且且
27、少有SSn(OOH)22、Snn(OHH)4析析出問題題。也沒沒有Snn+2 + FFe+22 a Sn+4 +Cu作作用。 (33) 無無Cl-在外圍圍，由於於Cl-會與PPolyyimiide材材料產生生作用，故無CCl-會會有較廣廣的適用用性 (4) 由於於Pd(Amiine)+2 asPPd+22+Amminee為一平平衡反應應，吸附附反應十十分快，且由於於粒子小小空隙低低因而緻緻密性佳佳。 (5) Immpurrityy少有殘殘留，且且吸附PPd+22少，故故能有較較少P.I.機機會 (6) 由於於無Cll-, 對Bllackk-Oxxidee的atttacck相對對減少，故Piin
28、k Rinng較輕輕微 (7) 由於於吸附較較密，將將來作無無電解銅銅時Cooverragee也會較較密較好好 e. 整個反反應狀態態見圖77.111所示 7.2.4一次次銅(PPaneel pplattingg)非導導體的孔孔壁經PPTH金金屬化後後，立即即進行電電鍍銅製製程, 其目的的是鍍上上20005000微英英吋以保保護僅有有2040微微英吋厚厚的化學學銅被後後製程破破壞而造造成孔破破(Vooid)。有關關銅電鍍鍍基本理理論及實實際作業業請參看看二次銅銅更詳細細的解說說. 7.3. 厚化化銅 傳統統金屬化化之化學學銅的厚厚度僅約約2030微微吋，無無法單獨獨存在於於製程 中，必必須再做
29、做一次全全板面的的電鍍銅銅始能進進行圖形形的轉移移如印刷刷或乾膜膜。但 若能把把化學銅銅層的厚厚度提高高到1000微吋吋左右，則自然然可以直直接做線線路轉移移的工 作，無無需再一一道全板板的電鍍鍍銅步驟驟而省卻卻了設備備，藥水水、人力力、及時時間，並並達 簡簡化製程程減少問問題的良良好目標標。 因因此有厚厚化銅製製程出現現，此一一方式已已經實際際 生產產線上進進行十數數年，由由於鍍液液管理困困難分析析添加之之設備需需要較高高層次之之技 術術，成本本居高不不下等, 此製製程已經經勢微. 厚厚化銅的的領域又又可分為為 : A.半加成成Semmi-AAddiitivve式式是完全全為了取取代全板板面
30、電鍍鍍銅製程程. BB.全全加成FFullly AAddiitivve式式則是用用於製造造加成法法線路板板所用的的。日本本某些商商 用消消費性電電子產品品用244小時以以上的長長時間的的全加成成鍍銅，而且只只鍍在孔孔及線 路部份份.日本本之外尚尚不多見見, 高高雄日立立化成數數年前尚尚有CCC-411製程, 目前前已關掉掉該生產產線 7.3.1 厚厚化銅基基本觀念念 a. 厚化化銅也仍仍然採用用與傳統統無電銅銅相似的的配方，即仍以以銅離子子、強鹼鹼、及甲甲醛做為為反應的的原動力力，但與與溫度及及其所產產生的副副產物關關係較大大。 b. 無電電銅因厚厚度很薄薄, 內內應力(innner Strr
31、esss) 影影響不大大故不需需重視，但厚化化銅則必必須考慮慮。也就就是說厚厚化銅與與板面銅銅箔間的的附著力力也為關關鍵 ，應特別別注意其其鍍前活活化之過過程如整整孔及微微蝕是否否完美。控制不不好時可可能發生生孔壁剝剝離(ppulll awway)及板面面脫皮。 c. 厚化銅銅之外表表能接受受油墨或或乾膜之之附著，所以印印刷前儘儘少做磨磨刷或其其他化學學粗化。在阻劑劑完成轉轉移後又又要能耐耐得環境境的氧化化, 而而且也要要耐得最最低起碼碼的活性性清洗及及活化。 d. 厚化銅銅主要的的目的是是既能完完成非導導體的金金屬化同同時又可可取代一一次鍍銅銅 ，能能夠發揮揮大量的的設備、人力、物料、及操作
32、作時間的的節省，但化學學銅槽本本身比傳傳統的無無電銅要要貴，管管理不易易，要利利用特定定的自動動添加設設備。 ee. 前前處理之之各製程程比傳統統PTHH要更謹謹慎，原原因是化化學銅的的沉積是是靠銅離離子在板板子上之之活化生生長點(Acttivee siitess)還原原出銅金金屬並增增厚，當當此等生生長點被被銅覆蓋蓋後其他他板面上上又逐次次出現新新的生長長點再接接受銅的的沉積，電鍍銅銅的沉積積則不但但向上發發展, 也能橫橫向延伸伸。故萬萬一底材材未能在在前處理理製程中中完成良良好的活活化時則則會造成成孔破(Holle VVoidd)，而而且經過過乾膜或或印刷後後, 可可能進一一步的惡惡化，終
33、終必成為為板子品品質上極極大的隱隱憂。 7.4 直接電電鍍(DDireect plaatinng) 由於於化學銅銅的製程程中，有有很多對對人體健健康有害害的成份份(如甲甲醛會致致癌)，以及廢廢水處理理(如有有Cheelatte)有有不良影影響的成成份，因因此早在在10多多年前就就有取代代傳統PPTH所所謂Diirecct PPlattingg(不須須靠化學學銅的銅銅當導體體)商品品出現，至今在在台灣量量產亦有有很多條條線。但但放眼國國外，除除歐洲應應用者很很多以外外，美、日(尤尤其是美美國)並並不普偏偏，一些些大的電電子公司司(如製製造電腦腦、大哥哥大等)並不AApprrovee直接電電鍍製程
34、程，這也也是國內內此製程程普及率率尚低的的原因之之一。 7.4.1直接接電鍍種種類 大致致上可歸歸為三種種替代銅銅的導體體 A. Caarboon-碳碳粉(GGrapphitte同) B. Coonduuctiive Pollymeer-導導體高分分子 CC. PPallladiium-鈀金屬屬 7.4.2直接接電鍍後後續製程程有兩種種方式: A. 一次次鍍銅後後,再做做影像轉轉移及二二銅 B. 直接接做影像像轉移及及線路電電鍍 7.4.3表歸歸納目前前國內己己使用中中的直接接電鍍各各商品之之分析，供業界界參考。本章章中介紹紹了傳統統薄化銅銅, 厚厚化銅以以及直接接電鍍等等幾種鍍鍍通孔方方式.未未來製程程走勢: A. 縮短短製程 B. 減少污污染 CC. 小小孔通孔孔能力 D. 降低成成本 EE. 底底材多樣樣化處理理能力 而此製製程是PPCB製製作的基基礎工程程,若處處理不好好影響良良率及信信賴度因因此要仔仔細評估估與選擇擇何種藥藥水及設設備.