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[组图]化学铜厚化铜_PCB线路板微切片知识         ★★★
化学铜厚化铜_PCB线路板微切片知识

来源:www.pcblover.com    作者:PCB技术   更新时间:2014-09-18 14:52:53   点击: 

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化学铜厚化铜_PCB线路板微切片

 化学铜(Chemical Copper)又称为无电铜(Electroless Copper),是利用槽液之“自我催化”(Self-Autocatalytic)方式,大量沉积在有氢气包围的“钯金属”活化的非导体表面,对不能导电的孔壁基材表面进行“金属化”制程,使后来的电镀铜层能顺利的增厚孔壁,完成导通互连的任务。
 化学铜在业界使用已达50年以上,也是目前可靠度最好最容易操作的“金属化”制程。可惜由于配方中含有甲醛,会在操作中不断被吹散到空气中,有致癌的可能性,对人身安全造成威胁。再加上还有大量的钳合剂(Chelator,系为防止强碱溶液中铜离子沉积而添加)存在,对废水处理也造成很大的干扰。在工安与环保的压力下各种“直接电镀”制程纷纷出笼,大有取代化学铜的态势。
 化学铜室温作业配方中的主剂有硫酸铜、氢氧化钠、甲醛以及钳合与错合盐类等五项。此外尚有多种少量的其他添加剂,使化铜镀层变得更为实用。1975-1985年代业界计曾盛行一种高温(45℃)操作的“厚化铜”,厚度从60μin到120μin视作业时间而定,比传统化铜层的20μin要厚得很多(因而有时也称为薄化铜Thin Build),因此可节省一次铜流程,使在厂房、设备、管理、流程缩短等方面都十分有利,但因总体成本比一次铜之做法要贵,且槽液管理不易,品质也不稳定,故而今年来已渐从台湾业界绝迹了。
 IPC-6012在3.2.6.1节中对化学铜层的厚度并无具体要求, 只要能完成导电即可。业界曾盛行一种“背光法”检查化学铜层的覆盖性(Coverage),似乎并不具太大的使用性。因即使使孔壁未全盖满,但仍可被后来增厚的电镀栋所填充连平。与所谓“小时了了大未必佳”说法的未必正确,其道理如出一辙。不过背光法对各种直接电路后,再刻意镀上少许电镀铜才检查其覆盖性时,则甚具参考价值。

化学铜厚化铜_PCB线路板微切片

图1. 左3000X之电子显微镜(SEM)图面,即为一般化学铜的立体结晶形态。右3000X画面系厚化铜之结构模式。由于厚化铜的结构并不缜密,因而经常在操作参数管理不良,或药水老化或污染时,即容易发生浮离脱皮等问题。

化学铜厚化铜_PCB线路板微切片

图2 左100X图为笔者故意将一片不锈钢板上,先镀以两层电镀铜层,然后再置于传统化学铜槽液中24小时。取出洗净烘干并自不锈钢板上撕下,再做微切片可看出当操作参数改变时,起组织横亦有所不同。切当电镀铜层的内应力超过对化铜层的附着力时,即可见到所产生变形与裂口。

化学铜厚化铜_PCB线路板微切片

 图3. 此三图均为200X未微蚀的画面,因微蚀会使得薄薄的化铜层反而不容易看到,故而此处化铜层的厚度不免有些夸张不实。右图之反回蚀系由于过度微蚀,请注意,铜箔 棱线粗糙面(Matt Side),其黄铜处理层所产生的渗入“斜口”要比光胴面(Drum Side)少了很多,此乃说明微蚀液攻击黑化层与其附近的铜箔速度最快,经常造成Wedge Void。

化学铜厚化铜_PCB线路板微切片

图4. 左图为400X放大画面,铜箔表面的厚化铜层清晰可见。右图为厚化铜后直接进行干膜影像转移再做线路之孔角情形,处于两铜之间者即厚化铜。

化学铜厚化铜_PCB线路板微切片

图5. 左二100X之线路切片,由于厚化铜之品质不佳,完成线路蚀刻后竟然出现分离式的脱落。右100X系“打线垫”(Bonding Pad)表面镀过厚镍层(0.5mil以上),因铜与镍之合并应力超过对厚化铜的附着力,或造成化铜层本身的崩裂,因而也发生分离(Separtion)。

化学铜厚化铜_PCB线路板微切片知识

图6. 上左图为纯钯系统之直接电镀后所镀五分钟之电镀铜层,由于导电度不是太好,以致留有黑化层被稀硫酸攻击的缺口。上右图即使镀过两次铜层,其缺口仍然堵不住,形成楔形孔破(Wedge Void)。下二图化学铜所做通孔,即使黑化层有裂口多半仍能弥补。

 
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