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1、镀覆孔的质量控控制和检测方方法 随着微微电子技术的的飞速发展，多多层和积层印印制电路板在在电子工业中中获得广泛的的应用，并且且对可靠性的的要求越来越越高。而镀覆覆孔作为贯穿穿连接多层与与积层式印制制电路板各层层电路的导体体，其质量的的优劣对印制制电路板的可可靠性有着很很大的影响。因因此，在印制制电路板生产产过程中对镀镀覆孔的质量量控制和质量量检测，对镀镀覆孔的质量量保证起着非非常重要的作作用。 在在印制电路板板制造程序中中，对镀覆孔孔质量影响较较大的工序主主要是数控钻钻孔、化学沉沉铜和电镀等等。要实行质质量跟踪与检检测，就必须须根据不同的的工序的特点点，制定与建建立控制要点点和设立控制制点，并
2、采取取不同的工艺艺方法和检测测手段，实现现随机质量控控制。为更加加深刻地了解解各工序的工工艺特性，就就需分别加以以研究与讨论论。 一钻孔质质量的控制 钻孔是印制制电路板制造造的关键工序序之一。对于于钻孔工序而而言，影响孔孔壁质量的主主要因素是钻钻头的转速和和进刀速度。要要设定正确的的钻孔工艺参参数，就必须须了解所采用用的基板材料料的性质和特特点。否则所所设定的工艺艺参数：转速速、进刀速度度等所钻的孔孔就达不到技技术要求，严严重的就会造造成孔壁环氧氧钻污或拉伤伤，以致在后后工序沉铜或或电镀过程中中产生空洞、镀镀瘤等缺陷。根根据这种情况况，就必须采采用工艺试验验法，也就是是将进厂的基基板材料进行行
3、实验，设定定不同的进刀刀速度和转速速进行组合钻钻孔，再经化化学沉铜后，采采用金相剖切切法对切片呈呈现的孔镀层层图像与实物物进行评估，确确定最隹的工工艺参数范围围，以便 在在生产过程中中根据不同厂厂家供应的基基板材料调整整工艺参数。 当然，在钻孔工序中其它影响孔壁质量有因素也必须予以重视和控制。如钻头的质量及钻孔过程所使用的上盖板下垫板材料、钻孔过程的吸尘系统和叠层的数量等。 二沉铜铜工序的质量量控制 化学沉铜是是镀覆孔过程程的第一步，它它的质量优劣劣直接影响电电镀的质量。因因此确保化学学沉铜层的质质量，是保证证通孔电镀质质量的基础。为为此，必须严严格地对化学学沉铜槽液进进行有效的控控制和检测。
4、这这因为化学沉沉铜溶液在生生产过程中溶溶液的各种成成份会有很大大的变化，除除了实现自动动控制系统的的作用外，还还应采取定期期定时的抽查查分析溶液中中各种成份的的含量是否符符合工艺规范范要求，以确确保溶液正常常工作。根据据化学沉铜机机理主要控制制其沉积速率率及沉积层的的密实性。化化学沉铜的沉沉积效果检测测的主要项目目是沉积速率率和背光试验验来进行。（1）沉铜铜速率的控制制和检测 根据化学沉沉铜的反应化化学原理，对对化学沉铜速速率的主要影影响因素有二二价铜离子浓浓度、甲醛浓浓度、PH值值、添加剂、温温度和溶液搅搅拌等。所以以，每当溶液液工作一段时时间（时间的的长短由溶液液的负载量来来决定），就就采
5、用一块试试验板（带有有孔）随产品品流过沉铜生生产线，以测测试其沉铜速速度是否符合合工艺技术指指标与要求。如如符合工艺要要求，产品板板还必须使用用检孔镜对产产品板进行检检查后转入下下道工序。如如未符合工艺艺要求，就必必须进行背光光实验作进一一步的测试与与判断。测试试沉铜沉积速速率和背光试试验的具体工工艺方法如下下：1沉沉积速率的测测定： 首首先将剥掉铜铜的基板，剪剪裁成尺寸为为1001100mm（即即1dm2）在在试验板上一一排小孔，留留着背光试验验用。测定沉沉积速率的板板沉铜前后均均在120下烘1小时时再称重。沉沉铜速率可通通过下式计算算： S（WW2W1）/t5.580式中中：S沉铜铜速率（
6、(mm/min） W1沉铜前试验板重量（g） W2沉铜后试验板重量（g） T沉铜时间（min） 5.580每沉积1克铜新增加铜层厚度（(m）2背光实验的检测： 主要检测沉铜层的致密度。评定的标准要根据所采用的供应商提供的标准而定。德国先灵公司将沉铜层的致密度分为12个背光等级，最高为5 级，最低为0.5级；其它公司所提供的等级标准各有不同，都有评定的合格标准，如背光等级低于合格标准，就说明沉铜层的致密度差，其最终的电镀质量也就无法保证。其具体的方法就是将试验板切一块带有孔的基板材料作试样，经过锯切或磨制到孔中心位置（即中心线上）。测试时利用光从底面射入，然后使用100倍放大镜进行检查即可。 通
7、过上述两种控制沉铜质量的工艺方法，就可以进一步确定孔壁质量的可靠性，当转入下道工序进行电镀铜时，只要能够严格的控制电镀工艺参数就可以达到最终的技术标准和技术要求。 三电镀铜层质量的控制 通孔电镀铜铜层质量控制制是非常重要要的，因为多多层或积层板板向高密度、高高精度、多功功能化方向的的发展，对镀镀铜层的结合合力、均匀细细致性、抗张张强度及延伸伸率等要求越越来越严，也也越来越高，因因此对通孔电电镀的质量控控制就显得特特别重要。为为确保通孔电电镀铜层的均均匀性和一致致性，在高纵纵横比印制电电路板电镀铜铜工艺中，大大多都是在优优质的添加剂剂的辅助作用用下，配合适适度的空气搅搅拌和阴极移移动，在相对对较
8、低的电流流密度条件下下进行的，使使孔内的电极极反应控制区区加大，电镀镀添加剂的作作用才能显示示出来，再加加上阴极移动动非常有利于于镀液的深镀镀能力的提高高，镀件的极极化度加大，镀镀层电结晶过过程中晶核的的形成速度与与晶粒长大速速度相互补偿偿，从而获得得高韧性铜层层。 当然然，电流密度度的设定是根根据被镀印制制电路板的实实际电镀面积积而定。从电电镀原理解度度分析，电流流密度的取值值还必须依据据高酸低铜电电解液的主盐盐浓度、溶液液温度、添加加剂含量、搅搅拌程度等因因素有关。总总之，要严格格控制电镀铜铜的工艺参数数和工艺条件件，才能更能能确保孔内镀镀铜层的厚度度符合技术标标准的规定。但但必须通过评评
9、定，做法如如下：（11）孔壁镀铜铜层厚度的测测定 根据据标准规定，孔孔壁镀铜层的的厚度应(225微米。镀镀铜层过薄会会导致孔电阻阻超标，而且且还有可能经经红外热熔或或热风整平过过程中出现孔孔壁铜层的破破裂。 具具体的测定方方法就是利用用金相切片，选选择孔壁镀层层内最薄的部部位不同位置置三个测点，进进行测试，将将其测试结果果取平均值。（2）孔壁铜层热应力的测试 孔壁在电镀过程中，镀层会有应力产生。特别当电镀液洁净度不高的情况下，孔壁镀铜层的应力就大，通过热应力的试验 ，孔口处会因为应力集中而产生开裂；如果电镀质量高的话，其产生的应力就很小，通过热应力试验后，其金相部切的结果，孔口未开裂。通过测试
10、结果就可以确定其生产还是停产。 上述所谈及的有关镀覆孔质量的控制问题，是最普遍采用的工艺措施和方法。随着高科技的发展，新的控制系统就会出现，特别全封闭式水平生产流水线上采用“反脉冲技术” 的供电方式逐步取代直流供电形式，达到解决深导通孔与深盲孔电镀问题已取得更加明显的经济和技术效果。 高高纵横比导通通孔电镀技术术 印制电路板板制造业越来来越需要高纵纵横比、小孔孔印制电路板板的电镀工艺艺。它是推动动高层数多层层印制电路板板制造技术发发展的动力。因因为孔镀层的的可靠性，对对印制电路板板的运用起到到了关键性的的作用。如何何确保高纵横横比深孔电镀镀问题，是所所有印制电路路工作者的科科技任务，是是必须面
11、临的的最重要问题题。为此，很很多研究部门门着手进行有有计划的研制制和开发。从从当前的科技技资料报导推推芨的方法很很多，其中有有脉冲电镀技技术、化学气气相沉积技术术、溶液冲击击电镀技术、全全化学镀铜技技术和改进型型（高酸低铜铜）的空气搅搅拌技术等。现现将这部分技技术分别简介介如下： 一脉冲电电镀工艺技术术 脉冲电电镀技术，早早已运用于电电铸成型工艺艺中，是比较较成熟的技术术。但运用在在高纵横比小小孔电镀还必必须进行大量量的工艺试验验。因脉冲电电源不同于一一般的直流电电源，它是通通过一个开关关元件使整流流器以US的的速度开/关关，向阴极提提供脉冲信号号，当整流器器处于关的状状态时，它比比直流电更有
12、有效地向孔内内的边界层补补充铜离子，从从而使高纵横横比的印制电电路板沉积层层更加均匀。目目前已研制的的脉冲整流器器运用在全封封闭式水平电电镀生产流水水线上，使用用的效果取得得极为明显的的经济和技术术成效。 采用了“定定时反脉冲”按按照时间使电电流在供电方方式上忽而正正镀忽而反镀镀（即阳极溶溶解）按照时时间比例交替替进行，使电电度铜的沉积积很难在常规规供电方式取取得相应的铜铜层厚度而得得以解决。当当阴极上的印印制电路板处处于反电流时时，就可以将将孔口高电流流密度区铜层层迅速得到迅迅速的溶解，由由于添加剂的的作用，对低低电流密度区区影响却很微微，因而将逐逐渐使得孔内内铜层厚度与与板面铜的厚厚度趋向
13、于均均等。 反反脉冲技术应应用到印制电电路板生产中中，很好的解解决了多层板板与积层板上上面的深孔或或深盲孔（纵纵横比为1:1以上指指盲孔而言）电电镀的难题。它它与常规的供供电方式电镀镀铜进行比较较，其数据列列表如下： 表4 直流与脉脉冲对深孔镀镀铜的比较样板孔长长(板厚)(mm)孔孔径(mmm)纵横比电流密密 度ASSD 脉脉 冲 电 镀 铜 直直流电镀铜 反波/正波电流流比(%)正正反时间比(mss)分布力(%)全程时 间间(分)分布布力(%)全程时 间间(分) A 2.4 0.3 8:13.33310220/1.00 92558751113 D 33.2 00.3100.7:13.0225
14、0200/1.0 7844570-75 770 二化学气气相沉积技术术 化学气相相沉积是沉铜铜工艺方法之之，它是将将气相中的一一种组份或多多种组份聚积积于基体上，并并在基体上发发生反应，产产生固相沉积积层。而化学学气相沉积属属于原子沉积积类，其基本本原理是沉积积物以原子、离离子、分子等等原子尺度的的形态在材料料表面沉积，形形成外加覆盖盖层，如果覆覆盖层是通过过化学反应形形成的，则称称为化学气相相沉积（CVVD），其过过程包括三个个阶段即：物物料气化、运运到基材附近近的空间和在在基体上形成成覆盖层。该该技术发展很很快，它所得得以迅速发展展，是和它的的本身的特点点分不开的，其其特点是：沉沉积物众多
15、，它它可以沉积金金属；能均匀匀涂覆几何形形状复杂的零零件，这是它它具有高度的的分散性；涂涂层与基体结结合牢固；设设备简单操作作方便。采用用CVD新技技术的目的在在于解决高纵纵横比小孔电电镀问题，提提高生产效率率和镀层的均均匀性和物化化性能及使用用帮命。最常常用CVD的的新技术有脉脉冲CVD法法、超声波CCVD等。 化学气相相法沉积技术术的应用，还还必须做大量量的工艺试验验，使该项新新技术，能在在解决高纵横横比深孔或积积层式的深盲盲孔电镀上起起到应有的作作用。 三三溶液冲击击电镀铜工艺艺技术 它它是和电镀金金生产线高速速流动的金液液冲击印制电电路板插头的的表面进行电电镀的原理同同样的工艺方方法。
16、其具体体的实施方法法就是在电镀镀槽中安装22个5马力的的的马达，迫迫使阴极附近近的溶液以00.5611.12kgg/cm2的的压力喷出管管道上孔径为为12.7mmm的孔，射射向印制电路路板的一边，然然后从印制电电路板的另一一边流出，电电镀通孔的进进出口压力不不同，两管道道平行放置，溶溶液以1500250克克/分钟的流流速循环通过过管道，这提提高板面镀层层的均匀性，阴阴极并以500.8MM的的半径旋转，而而不是平行来来回移动，冲冲击电镀与常常规的空气搅搅拌电镀相类类似，都依赖赖于化学特性性和电气特性性。这一种类类型的工艺方方法，给槽体体系统的制造造带来一些系系列的因难，因因为要适应这这种工艺方法
17、法的需要，还还必须设计一一套复杂的专专用泵、特殊殊的夹具和电电镀槽的结构构形式，能否否很快地运用用到解决高纵纵横比小孔电电镀铜问题，这这需很长一段段时间，但从从原理分析，应应是可行的，但但需要作很大大的改进。 四全化化学镀铜工艺艺技术 全全化学镀铜工工艺方法解决决深孔电镀问问题以是一种种途径，它是是利用化学催催化作用，而而不是电气作作用来沉积铜铜，由于不需需要施加电流流，因而也就就不存在由于于电流分布不不均匀而导致致的镀层分布布不均匀的问问题。全化学学镀铜的沉积积速率为1.782.03(m/hr，按照照这个速率沉沉积30(mm的铜层需要要18小时以以上，生产效效率很低，但但它的工作负负载高达0
18、.250.5平方英尺尺/4.5升升（0.0550.100平方米/升升）而电化学学方法的工作作负载只有00.002平平方米/升，其其化学组份采采用自动分析析仪来控制，在在生产过程中中沉积速度可可以采用沉积积速度试验板板来定期监控控。如把此种种类型的工艺艺技术用生产产自动流水线线上，仅需要要在现有的化化学沉铜线上上增加一个110弱腐蚀蚀槽和一个全全化学沉铜槽槽就可以了。但但从试验报告告中获知，此此种类型的工工艺方法，对对通孔电镀能能力很强，表表面与孔镀层层厚度比接近近1:1，但但它的最大缺缺陷就铜层的的最重要的物物性延伸率率只有233，离标准准差距较大，而而且镀层脆，特特别是经热冲冲击后铜镀层层容
19、易产生破破裂。 五五改进型空空气搅拌电镀镀技术 空空气搅拌电镀镀体系，此种种类型的工艺艺方法已被诸诸多厂家运用用于生产流水水线上，取得得较明显的技技术效果。该该工艺体系是是采用印制电电路板来回移移动搅拌溶液液，使孔内的的溶液得到及及时交换，同同时又采用高高酸低铜的电电解液，通过过提高酸浓度度增加溶液的的电导率，降降低铜浓度达达到减小孔内内溶液的欧姆姆电阻，并借借助优良的添添加剂的配合合，确保高纵纵横比印制电电路板电镀的的可靠性和稳稳定性。根据据电解液的特特性，要使得得深孔电镀达达到技术要求求，就必限制制电流密度的的取值，原因因是因为欧姆姆电阻的直接接影响，而不不是物质的传传递。重要的的是确保孔
20、内内要有足够的的电流，使电电极反应的控控制区扩大到到整个孔内表表面，使铜离离子很快的转转化成金属铜铜，为此应把把常规使用的的电流密度值值降低到500使电镀镀通孔内的过过电位比高电电流密度电镀镀时，孔内可可以获得足够够的电流。 以上所介介绍的工艺方方法，其中有有些技术现已已经运用在生生产高纵横比比的印制电路路板电镀铜上上，取得很好好的效果。目目前较为成熟熟的脉冲电镀镀技术，经过过研制和开发发，采用“定定时反脉冲”工工艺技术运用用到多层和积积层多层印制制电路板的深深孔或深盲孔孔电镀铜上，制制造出适应脉脉冲电镀的反反脉冲整流器器，使此种类类型的工艺方方法定会处到到普遍应用。 全板板镀金镀层起起层与色
21、变的的原因分析及及控制 在型号号研制生产过过程中，其控控制系统中的的四层板需全全板镀金，该该板的特点是是密度高，导导线细、间距距窄（只有00.05mmm）导线宽度度0.30 mm。为确确保金镍铜层的结合合力，对所经经过的工序都都进行分析和和处理，使各各种类型的处处理溶液处于于最隹状态，首首先排除各类类溶液对三者者之间结合强强度的直接影影响。但稍为为不慎就会产产生镍层从铜铜层上分离开开来或者金镀镀层从镍镀层层表面脱落，其其原因经过多多次试验，有有以下三个方方面：（一）镀镀层分层的原原因分析 1经光亮亮镀铜后，没没有进行彻底底地的清除表表面膜，因此此清洗后直接接转入镍镀槽槽内进行电镀镀作业。因此此
22、镀后镍层从从铜的表面分分离。为什么么会产生微薄薄膜呢？因为为光亮镀铜溶溶液含有一定定量的添加剂剂如光亮剂、整整平剂、润湿湿剂等，也就就指少量的添添加剂，它在在电解液内不不会明显地改改变镀液的性性质，但会显显著的改善镀镀层的性质，但但镀层表面会会吸附有此类类添加剂等有有机物质，这这些有机物质质在经过镀铜铜的表面吸附附的很牢，很很难使用一般般的流动清洗洗水除去，必必须配有专用用的处理溶液液进行一定时时间的清除处处理，方能达达到满意的表表面效果。就就是因为这些些看不见的透透明薄膜，直直接影响镍镀镀层与铜表面面的结合强度度。 2铜表面还必必须进行微粗粗化处理，使使铜表面形成成微粗糙的表表面，以增加加铜
23、层与镍层层的结合强度度。因为镍镀镀层具有一定定的应力，这这种应力特别别在光亮的铜铜表面就会形形成拉应力，而而从铜的表面面分离，微粗粗化的目的就就是增加与镍镍镀层的结合合力。由于粗粗化处理不当当，造成铜层层表面不均匀匀状态，使镍镍镀层的分布布的一致性受受到直接影响响，造成局部部结合力好，星星星点点的部部位差，而发发生镍层从铜铜的表面上分分层。 33铜的表面面经过处理后后，清洗的时时间不易过长长，因为清洗洗水也含有一一定的酸性物物质尽管其含含量微弱，但但对铜的表面面影响不能掉掉以轻心，应应严格按照工工艺规范规定定的时间进行行清洗作业。 4金层从镍层表面脱洛的主要原因，就是镍的表面处理的问题。镍金属
24、表面活性差很难取处令人满意的效果。镍镀层表面易在空气中产生钝化膜，如处理不当，就会使金层从镍层表面分离。如活化不当就会在进电镀金时，金层就会从镍层表面脱离即起皮脱落。第二方面的原因是因为活后，清洗的时间过长，造成镍表面从新生成钝化膜层，然后再去进行镀金，必然会产生镀层脱落的疵。 以上分析了三种镀层间产生质量缺陷的主要原因。解决此种类型的质量问题，就必须针对其表面特点，采取不同的工艺方法进行处理。 根据光亮镀铜表面的特性分析，要获得高质量的镀层品质，就必须采取镀后进行弱腐蚀处理，以除去表面由于添加剂造成的表面膜，使用稀硫酸水溶液进行处理，使铜表面呈现激化状态，立即带电转入镍槽内，根据被镀面积选取
25、适当的电流密度进行电镀。镀镍后立即经过新盐酸活化处理，经清洗后立即进行金槽内进行镀金。经过这样的处理后，三者镀层的之间的结合力才能达到规定的工艺技术指标。（二）金层颜色不正或变色的原因分析 酸性镀硬金所使用的电流密度很小，控制不好镀层就会发黑或发红，这就说明使的电流密度不当，当电流的设定值确定后，金层表面仍然显示不出金的本色，这主要原因是溶液的温度选择不当。这是控制方面选择不当所造成的镀层颜色不正常。另一方面由于柠檬酸盐镀其溶液的粘度增高，镀金后回收槽清洗后，再用流动水冲洗表面没有冲洗干净，当暴露于空气中而变色。所以，镀金后的表面清洗要严格按照工艺规范进行，以确保镀层质量的可靠性和稳定性。（三）镀金工艺规范中规定的电流密度很窄，所以控制时要非常严格，稍为电流密度控制失灵，金层质量就无法保证。根据这种工艺特性，最好采用“面积测定法”即进行严格而又精确的计算的圆面积，安装导电挂具，将不需要镀的部位用绝缘物保护起来，只留下规定的电流密度抽需的电镀面积，使电流密度保持在规定的工艺范围内。采用此种工艺措施就能确保镀金部位所需要的电流，使金层质量有很大的提高。 因此，无论是全板镀金或局部镀金，首先要确保表面无沾污、金层表面处于激活状态和严格地控制工艺规范所提供的工艺参数及槽液成份正常的情况下，才能镀出高质量的光亮的金黄色金层。