PCB制造影响电镀填孔工艺的基本因素

　　全球电镀PCB产业产值占电子元件产业总产值的比例迅速增长，是电子元件细分产业中比重最大的产业，占有独特地位，电镀PCB的每年产值为600亿美元。电子产品的体积日趋轻薄短小，通盲孔上直接叠孔是获得高密度互连的设计方法。要做好叠孔，首先应将孔底平坦性做好。典型的平坦孔面的制作方法有好几种，电镀填孔工艺就是其中具有代表性的一种。

　　电镀填孔工艺除了可以减少额外制程开发的必要性，也与现行的工艺设备兼容，有利于获得良好的可靠性。

电镀填孔有以下几方面的优点：

(1)有利于设计叠孔(Stacked)和盘上孔(Via．on．Pad)；

(2)改善电气性能，有助于高频设计；

(3)有助于散热；

(4)塞孔和电气互连一步完成；

(5)盲孔内用电镀铜填满，可靠性更高，导电性能比导电胶更好。

1.化学影响因素

1．1无机化学成分

无机化学成分包括铜(Cu：)离子、硫酸和氯化物。

(1)硫酸铜。硫酸铜是镀液中铜离子的主要来源。镀液中铜离子通过阴极和阳极之间的库仑平衡，维持浓度不变。通常阳极材料和镀层材料是一样的，在这里铜既是阳极也是离子源。当然，阳极也可以采用不溶性阳极，Cu2+采用槽外溶解补加的方式，如采用纯铜角、CuO粉末、CuCO等。但是，需要注意的是，采用槽外补加的方式，极易混入空气气泡，在低电流区使Cu2处于超饱和临界状态，不易析出。值得注意的是，提高铜离子浓度对通孔分散能力有负面影响。

(2)硫酸。硫酸用于增强镀液的导电性，增加硫酸浓度可以降低槽液的电阻与提高电镀的效率。

　　但是如果填孔电镀过程中硫酸浓度增加，影响填孔的铜离子补充，将造成填孔不良。在填孔电镀时一般会使用低硫酸浓度系统，以期获得较好的填孔效果。

(3)酸铜比。传统的高酸低铜(C+：C：+=8-13)体系适用于通孔电镀，电镀填孔应采用低酸高铜(C+：Cz=3-10)镀液体系。这是因为为了获得良好的填孔效果，微导通孔内的电镀速率应大于基板表面的电镀速率，在这种情况下，与传统的电镀通孔的电镀溶液相比，溶液配方由高酸低铜改为低酸高铜，保证了凹陷处铜离子的供应无后顾之忧。

4)氯离子。氯离子的作用主要是让铜离子与金属铜在双电层间形成稳定转换的电子传递桥梁。

　　在电镀过程中，氯离子在阳极可帮助均匀溶解咬蚀磷铜球，在阳极表面形成一层均匀的阳极膜。在阴极与抑制剂协同 作用让铜离子稳定沉积，降低极化，使镀层精细。

　　另外，常规的氯离子分析是在紫外可见光分光光度计卜进行的，而由于电镀填孔镀液对氯离子浓度的要求较严格，同时硫酸铜镀液呈蓝色，对分光光度计的测量影响很，所以应 考虑采用自动电位滴定分析。

2.有机添加剂

采用有机添加剂可以使镀层铜晶粒精细化，改善分散能力，使镀层光亮、整平。酸性镀铜液中添加剂类型主要有三种：载运剂(Carrier)、整平剂(Leveler)和光亮剂(Brightener)。

(1)载运剂。载运剂是高分子的聚醇类化合。

　　载运剂被阴极表面吸附，与氯离子一起作用抑制电镀速率，使高低电流区的差异降低(亦即增加极化电阻)，让电镀铜能均匀的持续沉积。抑制剂同时可充当润湿剂，降低界面的表面张力(降低接触角)，让镀液更容易进入孔内增加传质效果。在填孔电镀中，抑制剂也可以铜层均匀沉积。

(2)整平剂。整平剂通常是含氮有机物，主要功能是吸附在高电流密度区(凸起区或转角处)，使该处的电镀速度趋缓但不影响低电流密度区(凹陷区)的电镀，借此来整平表面 ，是电镀时的必要添加剂。一般地，电镀填孔采用高铜低酸 系统会使镀层粗糙，研究表明，加入整平剂可有效改善镀层不良的问题。

(3)光亮剂。光亮剂通常足含硫有机物，在电镀中主要作用是帮助铜离子加速在阴极还原，同时形成新的镀铜晶核(降低表面扩散沉积能量)，使铜层结构变得更细致。光亮剂在填孔电镀中的另一个作用是，若孔内有较多的光亮剂分配比率，可以帮助盲孔孔内电镀铜迅速沉积。对于激光盲孔的填孔电镀而言，三种添加剂全用，且整平剂的用量还要适当地提高，使在板面上较高电流区，形成整平剂与Cuz竞争的局面，阻止面铜长快长厚。相对地，微导通孔中光亮剂分布较多的凹陷处有机会镀得快一点，这种理念与做法与IC镀铜制程的Demascene CopperPlating颇为相似。

3.物理影响参数 

　　需要研究的物理参数有：阳极类型、阴阳极间距、电流密度、搅动、温度、整流器和波形等。

(1)阳极类型。谈到阳极类型，不外乎是可溶性阳极与不溶性阳极。可溶性阳极通常是含磷铜球，容易产生阳极泥，污染镀液，影响镀液性能。不溶性阳极，亦称惰性阳极，一般是涂覆有钽和锆混合氧化物的钛网来组成。不溶性阳极，稳定性好，无需进行阳极维护，无阳极泥产生，脉冲或直流电镀均适用；不过，添加剂消耗量较大。

(2)阴阳极间距。电镀填孔工艺中阴极与阳极之间的间距设计是非常重要的，而且不同类型的设备的设计也不尽相同。不过，需要指出的是，不论如何设计，都不应违背法拉第一定律。

(3)搅拌。搅拌的种类很多，有机械摇摆、电震动、气震动、空气搅拌、射流(Eductor)等。

　　对于电镀填孔，一般都倾向于在传统铜缸的配置基础，增加射流设计。不过，究竟是底部喷流还是侧面射流，在缸内喷流管与空气搅拌管如何布局；每小时的射流量为多少；射流管与阴极间距多少；如果是采用侧面射流，则射流是在阳极前面还是后面；如果是采用底部射流，是否会造成搅拌不均匀，镀液搅拌上弱下