Oorzaakanalyse van blinde via-fouten bij PCB-koperinvulling met lege holtes

In de afgelopen jaren, met de snelle ontwikkeling van elektronische producten op het gebied van digitale video en digitale mobiele communicatie, dwingt de ontwikkeling in dit type producten PCB's naar ontwikkeling in termen van lichtgewicht, dun, miniatuur, multifunctioneel, hoge dichtheid en betrouwbaarheid. De beperkte routingsruimte op PCB's leidt tot nauwe beperking tussen via's, draden, draden en via's en het ontstaan van via-koperinvultechniek, waardoor de dichtheid van PCB's met ongeveer 10% tot 30% verbetert. Figuur 1 toont een HDI (High Density Interconnection) bord gebaseerd op via-koperinvulling.

Omdat via-ontwerp in staat is om routingsruimte in grote mate te besparen en blinde via's gevuld met koper hoge betrouwbaarheid kenmerken, hebben blinde via's met koperinvullingplating veel voordelen. Bovendien is deze techniek relatief simpel, kostenbesparend en heeft een vereenvoudigde procedure. Vanwege de bovengenoemde meriten, zal blinde via met koperinvullingplating massaal worden toegepast in HDI PCB-fabricage, beschouwd als een komende trend in het PCB-veld. Echter, er ontstaan nog steeds problemen bij de toepassing van blinde via met koperinvullingplating, waaronder extreem grote dimple, lekkage en lege holtes binnen via's. Als een hoofdpijn voor PCB-fabrikanten, dragen veel gecompliceerde elementen bij aan lege holtes binnen via's. Dit artikel zal de oorzaken voor lege holtes binnen via's bespreken en daarbij horende maatregelen aanbrengen om ze aan te pakken, om de fout op te lossen en de productopbrengst te verhogen.

Foutanalyse

Veel elementen veroorzaken lege holtes in blinde via's met koperinvullingplating en elk element moet worden geanalyseerd vanuit de perspectieven van kenmerken en vormingsmechanisme, zodat het effect geoptimaliseerd zal worden.

Bellen in blinde via's

De bronnen van bellen afkomstig van externe aanvoer en zelfreactie. Over het algemeen wordt flash-plating vereist om op PCB's te worden verwerkt vóór koperinvullingplating om de via-leidendheid te versterken en handig te zijn voor opslag. Ernstige via-oxidatie neigt ertoe te worden veroorzaakt als borden lang aan de lucht blootgesteld zijn, dus verblijftijd mag niet te lang zijn. Anders gezegd, slechte pre-processing leidt tot niet-eliminatie van bellen in via's en oxidatievlak, wat de snelheid van lege holtes in blinde via's aanzienlijk verhoogt, wat in Figuur 2 wordt aangegeven.

Het ontstaan van bellen ligt ook in anodische reactie in koperen tank en de reactie H₂O → ½O₂ + 2e⁻ + 2H⁺ zal plaatsvinden op anode wanneer onoplosbare anode wordt toegepast. Op basis van deze reactie kan worden geconcludeerd dat zuurstof zal ontsnappen van onoplosbare anode, leidend tot hoge additiefcompensatie en escalatie van levensduur van anode of zelfs passivatie van anode en PCB-defect. Daarom, om dit probleem op te lossen, wordt gematigd ferro(II)sulfaat toegevoegd aan het plattingsbad om de zuurstof die ontsnapt van de anode te elimineren wanneer de anodereactie deze twee reacties volgt: Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻, Fe³⁺ + Cu → Fe²⁺ + e⁻.

Om soepel implementatie van de reactie te garanderen, moet Cu constant worden toegevoegd aan het plattingsbad, meestal kwaveroxidepoeder. Tegelijkertijd, om de parasitaire reactie op de kathode te verminderen, moeten hogere eisen worden gesteld aan de stroming in het plattingsbad en kathodemateriaal moet worden verbeterd.

Dit type fout veroorzaakt door lege holte vindt meestal plaats aan de bodem van blinde via's, met symmetrische en regelmatige vormen. Voor de verbetering van dit probleem kunnen maatregelen worden genomen vanuit de volgende aspecten:

a. Verblijftijd en opslagomgeving moeten goed worden gecontroleerd vóór koperinvullingplating. Algemeen, voor borden zonder flash-plating, moet koperinvullingplating binnen 4 uur worden voltooid, terwijl voor borden met voltooid flash-plating dit binnen 12 uur moet gebeuren. Borden moeten ver van zuur omgeving worden opgeslagen en indien mogelijk, is het het beste om ze in kamers met airconditioning op te slaan die in staat zijn om temperatuur en vochtigheid van de kamer te controleren.

b. Pre-processing-effect moet worden verbeterd en noodzakelijke beleliminatieapparaten moeten worden toegevoegd. Pre-processing is extreem significant omdat pre-processing koperinvullingplating direct gerelateerd is aan vulleffect. Om pre-processing-effect te garanderen, wordt geadviseerd om zuur ontvetter te kiezen en de hoeveelheid waterstroom geschikt te verhogen. Bovendien, in de winter wanneer watertemperatuur relatief laag is (minder dan 15°C), moet een beetje zwavelzuur worden toegevoegd voor waterwassen na toepassing van ontvetter of verwarmingsapparaten kunnen worden toegevoegd om het waseffect te waarborgen. Verder kunnen trilling en luchtsproeiklep worden gemonteerd op de pre-processing-tank om bellen in via's te elimineren.

c. Selectie van anodemateriaal van koperen tank en controle op stroomparameters. Op basis van de tweede bron van bellen, is het erg belangrijk om geschikt anodemateriaal van koperen tank te selecteren. Anodemateriaal moet behulpzaam zijn voor de verbetering van anodeprestaties en daling van additiefverbruik. Wanneer stroomparameters te groot zijn, zullen reacties op anode worden versneld, zodat het aantal bellen toeneemt. Onder dergelijke voorwaarde zullen bellen blinde via's binnengaan als ze uitstroomen en niet uit via's kunnen worden geëlimineerd. Daarom, naast de selectie van anodemateriaal en controle van stroomparameters, moeten anodetas of beschermlaag aan de buitenkant van anodenet worden toegevoegd om te voorkomen dat bellen gegenereerd door anode direct het plattingsbad binnengaan.

Onbalans van additiefcomponenten

De componenten van koperinvullingplattingsoplossing omvatten koper(II)sulfaat, zwavelzuur, chloride-ion en additief en vulleffect binnen blinde via's wordt geïmplementeerd door het werkingsmechanisme tussen componenten in plattingsoplossing. Additieven spelen hun eigen rollen in het plattingsproces wederzijds en onafhankelijk. Vergladmiddel speelt een rol in het absorberen van kenmerken of elektrische eigenschappen op elektrode-interface en het veranderen van sedimentvorm en -eigenschap om de vereiste prospectieve plattingsvlakte te verkrijgen. Niveaumiddel is in staat om onregelmatige verdeling gelijkmatig te maken vanwege zijn capaciteiten van nivellering en gelijkmatige platting. Niveaumiddel neigt ertoe te worden geabsorbeerd door posities met relatief sterke elektronegativiteit, omdat het sterke elektropositiviteit in zuur oplossing kenmerkt. Dan maakt het koperion moeilijk om te neerslaan zonder de invloed van koperneerslag in dichtheidsgebied met laag niveau als gevolg van concurrentie met koperionen met positieve elektriciteit.

Het is erg belangrijk om componenten en hoeveelheid additieven te controleren en de fout van componentcontrole leidt tot slechte koperinvulling van blinde via's of lege holte, zoals getoond in Figuur 3.

De resolutie voor de fout van lege holte veroorzaakt door deze reden ligt in de controle van additiefcomponenten en additiefhoeveelheid, waaronder:
a. Additiefstroomshoeveelheid moet periodiek worden gekalibreerd om nauwkeurige stroomshoeveelheid te garanderen, zodat effectieve controle verkregen kan worden.
b. Koolstofbehandeling moet periodiek worden uitgevoerd op oplossing gebaseerd op de conditie van plattingsoplossingverontreiniging.
c. Middelcomponenten worden periodiek geanalyseerd en additiefinhoud en plateffect moeten worden geschat door Hull-cellexperiment om te verifiëren of het plateffect binnen de normale categorie valt en corresponderende aanpassing tijdig moet worden gemaakt.

Oorzaak van vreemde stof

De omgeving van koperinvullingplating-procedureregels, toegepaste materialen en dagelijkse productieactiviteiten zullen allemaal leiden tot verontreiniging met verschillende verontreinigingsgraden. Alle soorten vreemde stoffen of contaminanten zijn onvermijdelijk. Voor micro vreemde stoffen, kunnen ze niet door onze ogen worden gezien en is het extreem moeilijk om ze te elimineren. Eenmaal ze blinde via's binnengaan, neigt lege holte ertoe te worden gemaakt, zoals getoond in Figuur 4 hieronder.

Voor deze lege-holte-fout in blinde via's, is de oorzaak ervan gemakkelijk te vinden. Door SEM kan de vorm van lege holte in blinde via's worden waargenomen. Daarom omvatten de maatregelen om de bron van vreemde stoffen te vinden:
a. Externe vreemde stoffen worden voorkomen om in plattingsoplossing te gaan en gesloten procedurelijn wordt voorgesteld.
b. Schat of toegepaste materialen of middelzuiverheid de standaard haalt en of het voldoet aan de vereiste van PCB-fabricage.
c. Periodieke filtering en zuiverheid moeten worden geïmplementeerd op plattingsmiddel om de levendigheid en heldere kleur te garanderen.

Conclusie

Naturel, de oorzaken voor lege-holte-fout in blinde via's zijn ver meer dan opgesomd en er zijn veel oorzaken daarvoor, waaronder materiaalclassificatie van diëlektrische constante, dikte, blinde via-type en stroomparameters van elektrolytische platting.

Concluderend, de sleutel is om de reden voor lege-holte-fout in blinde via's te vinden die geconfronteerd wordt met lege via-fout. Tegelijkertijd is het een goed idee om lege-holte-foutvorm te observeren en ervaring op te sommen, betreffende regels te vinden en onderzoek te implementeren met allerlei analysemethoden. Verder, gebaseerd op het mechanisme van lege-holte-fout, moeten wetenschappelijke bedrijfsrichtlijnen worden uitgevaardigd en verbeterings- en preventieregels strikt worden uitgevoerd, zodat problemen kunnen worden opgelost om de opbrengst en betrouwbaarheid van producten constant te verhogen.

Nuttige bronnen
• Inleiding op blinde via
• 3 Belangrijke elementen die je niet kent over begraven en blinde via in HDI flex-rijge PCB's
• Een inleiding van een nieuwe blinde-gat-vulmethode: Panel-plating blind-hole filling
• Hoe blinde/begraven via's te ontwerpen in hoogspannings digitale schakelingen
• Volledige PCB-fabricagedienst van PCBCart - Meerdere waarde-toevoegende opties
• Geavanceerde PCB-assemblagedienst van PCBCart - Vanaf 1 stuk