[信息与通信]DampPTHICU讲议.ppt

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1、,卓越化學,Desmear&PTH&ICU講議,製程目的 雙面板以上完成鐕孔后即進行鍍通孔(Plated Through,PTH)步驟,其目的使孔壁上之非導體部分樹脂及玻織束進行金屬化(metalization),以進行后來之電鍍銅製程,完成足夠導電及焊接之金屬孔壁.1986年,美國有一家化學公司Hunt宣佈PTH不再需要傳統的金屬及電鍍的金屬化製程,可用碳粉的涂布成為通電的媒介,商品名為”Black hole”.之后有他不同base產品上市,國內使用者非常多.除傳統PTH外,直接電鍍(direct plating)本章節也會述及,製造流程 去毛頭 除膠渣 PTH 一次銅去巴裡(deburr)

2、鑽完孔后,若是鑽孔條件不當,孔邊緣有1.未切斷銅絲2.未切斷玻織的殘留,稱為burr,因其粗糙,若不將去除,可能造成通孔不良及孔小,因此鑽孔后會有de-burr製程.也有de-burr是放在Desmear后才作業,一般De-burr是用機器刷磨,且會加入超音波及高壓沖洗的應用,可參考表4.1,製造流程 去毛頭 除膠渣 PTH 一次銅去巴裡(deburr)鑽完孔后,若是鑽孔條件不當,孔邊緣有1.未切斷銅絲2.未切斷玻織的殘留,稱為burr,因其粗糙,若不將去除,可能造成通孔不良及孔小,因此鑽孔后會有de-burr製程.也有de-burr是放在Desmear后才作業,一般De-burr是用機器刷磨

3、,且會加入超音波及高壓沖洗的應用,可參考表4.1,除膠渣(Desmear)A.目的:a.Desmear b.Create Micro-rough增加adhesion B.Smear產生的原因:由於鑽孔時造成有高溫Resin超過Tg值,而形成融熔狀,終致產生膠渣此膠渣生于內層銅邊緣及孔壁區,會造成P.I.(Poor Interconnection),C.Desmear的四種方法:硫酸法(Sulfuric Acid)、電漿法(Plasma)、鉻酸法(Cromic Acid)、高錳酸鉀法(Permanganate)a.硫酸法必須保持高濃度,但硫酸本身為脫水濟很難保持高濃度,且咬蝕出的孔面光滑無微孔,

4、並不適用.b.電漿法效率慢且多為批次生產,而處理后大多仍必須配合其他濕製程處理,因此除非生產特殊板大多不予采用,c.鉻酸法咬蝕速度快,但微孔的產生並不理想,且廢水不易處理又有致癌的潛在風險,故漸被淘汰 d.高錳酸鉀法因配合溶劑製程,可以產生微孔,同時由於還原電極的推出,使槽液安定性獲得較佳控制,因此目前較被普遍使用高錳酸鉀法(KMnO4 process)A.膨松劑(Sweller):a.功能:軟化膨松Epoxy,降低Polymer問的鍵結能,使KMnO4更易咬蝕形成Micro-rough速率作用Concentration,b.影響因素:,c.安全:不可和KMnO4直接混合,以免產生強烈氧化還原

5、,發生火災 d.原理解釋:(1)見圖7.2 初期溶同可降低較弱的鍵結,使其鍵結間有了明顯的差異.若浸泡過長,強的鍵結也漸次降低.,終致整塊成為低鏈結能的表面.如果達到如此狀態,將無法形成不同強度結面.若浸泡過短,則無法形成鍵結及鍵結差異,如此將使KMnO4咬蝕維以形成蜂窩面,終影響到PTH的效果,(2)Surface Tension的問題:無論大小孔皆的可能有氣泡殘留,而表面力對孔內Wetting影響頗大.故采用較高溫操作有助于降低Surface Tension及去除氣泡,.至於濃度的問題,為使Drag out 降低減少消耗而使作略低濃度,事實上較高濃度也可操作且速度較快.在製程中必須先Wet

6、ting孔內壁,以後才能使藥液進入作用,否則有空氣殘留后續製程更不易進孔內,其Smear將不可能去除.B.除膠渣(KMnO4):使用KMnO4的原因:選KMnO4而未選NaMnO4是因為KMnO4溶解度較佳,單價也低.,b.反應原理:4MnO4-+C+4OH-MnO42+CO2+2H2O(此為主反應)2MnO4-+2OH-2MnO42+1/2O2+H2O(此為高PH值時自發性分解反應)MnO4-+H2O MnO2+2OH-+1/2O2(此為自然反應會造成Mn+4沉澱)c.作業方式:早期采氧化添加劑的方式,目前多用 電極還原的方式操作,不穩定的問題已獲解決.,d.過程中其化學成份狀況皆以分析得知

7、,但Mn+7為紫色,Mn+6為綠色,Mn+4為黑色,可由直觀的色度來直接判斷大略狀態.若有不正常發生,可能是電極效率出了問題須注意.e.咬蝕速率的影響因素:f.電極的好處:(1).使槽液壽命增長(2).品質穩定且無By-product,其兩者比較如圖:g.KMnO4形成Micro-rough的原因:由於Sweller造成膨松,且有結合力之強弱,如此使咬蝕時產生選擇性,而形成所謂的Micro-rough.但如因過度咬蝕,將再度平滑.,h.咬蝕能力也會隨基材之不同而有所改變i.電極必須留心保養,電極效率較難定出絕對標準,且也很難確認是否足夠應付實際需要,故不時所得經驗及廠商所提供資料,可加一系數做

8、計算,以為電極需求參考.C.中和劑(Neutralizer)a.NaHS3是可用的Neutralizer之一,其原理皆類Mn+7or Mn+4(Neutralizer)-Mn2+(Soluable)b.為免於Pink Ring,在選擇時Acid base必須考慮.HCl及H2SO4系列都有,但Cl易攻擊Oxide Layer,所以用H2SO4為Base的酸較佳.c.藥液使用消耗分別以H2SO4及Neutralizer,用Auto-dosing來補充維護.,整條生產線的考慮 A.Cycle time:每Rack(Basket)進出某類槽的頻率(時間)B.產能計算:Working hours/Cy

9、cle time)*(Fligt Bar/Hoist)*(Racks/FlightBar)*(SF/Rack)=SF/Mon C.除膠渣前Pre-baking對板子的影響:a.由於2在壓合后已經過兩次Cure,結構會比1,3 Cure更完全,故Baking會使結構均一,壓板不足處得以補償.b.多量的氧,氧化了Resin問的Bonding,使咬蝕速率加劇23倍.且使1,2,3 區較均一.c.釋放Stress,減少產生Void的機會,製程內主要反應及化學名稱 A.化學反應a.主要化應 4MnO4-+4OH-+Epoxy 4MnO=+CO2+2H2O b.副反應:2MnO4=+2OH-MnO=+1/

10、2O 2+H2O(Side reaction)2MnO4=+H2O(Cl-/SO4=/Catslize Rx.)MnO2+2OH-+1/2O 22MnO4=+NaOCl+2OH-2MnO2+1/2OH-+NaCl4MnO4=+Na2S2O4+H2SO4 MnO2-+2OH-+Na2SO4 4MnO4=+K2S2O8+H2SO4 4MnO4-+2OH-+2K2SO4(For Chemical regeneration type process reaction),2MnO4=+1/2O2+H2O 2MnO4-+2OH-(Electrolytic reaction:Need replenish a

11、ir Oxgen consumption)B:化學品名稱:MnO2-Permanganate NaS2O2 Sodium Persulfate MnO2=Manganate S2O2-Sulfate OH-Hydroxide(Caustic)CO2 Carbon Dioxide NaOCl Sodium Hydroxide MnO2 Manganese Dioxide,典型的Desmear Process:見表,Pocket Void的解釋:A.說法一:Sweller殘留在Glass fiber中,在Thermal cycle時爆開B.說法二:見圖7.6 a.壓板過程不良Stress積存,上錫

12、過程中力量釋出所致 b.在膨漲中如果銅結合力強,而Stress過大時則易形成a之斷裂,如果孔銅結合力弱則易形成B之Resin recession,結合力好而內部樹脂不夠強軔則出現c之Pocket void c.如果爆開而形成銅凸出者稱為Pull away,化學銅(PTH)PTH系統概分為酸性及鹼性系統,特性依基本觀念而不同.酸性系統:A.基本製程 Condition Microetch Catalpretreament Cataldeposit Accetroless Elestroless DepositB.單一步驟功能說明:a.整孔Conditioner:,1.Desmear后孔內呈現Bi

13、polar現象,其中Cu呈現高 電位正電,Glass fiber,Epoxy呈負電 2.為使孔內呈現適當狀態,Conditioner具有兩種基本功能(1)Cleaner:清潔表面(2)Conditioner:使孔壁呈正電性,以利Pd/Sn Colloid負電離子團吸附 3.一般而言粒子間作用力大小如表 因而此類藥液系會有吸附過多的或吸附是否可洗去之顧慮 4.Conditioner若Drag In至Activator槽,會使Pd+離子團降低,b.微蝕Micoetch 1.Microetching旨在清除表面之Conditioner所形成的Film 2.此同時亦可清洗銅面殘留的氧化物 c.預活化C

14、atalpretreatment 1.為避免Microetch形成的銅離子帶入Pd/Sn槽,預浸以減少帶入2.降低孔的Surface Tension d.活化Cataldposit 1.一般Pd膠體皆以以下結構存在:見圖7.7 2.Pd+:Sn2+:Cl-=1:6:12較安定,4.孔壁吸附了負離子團,即中和形成中和電性 e.速化Accelerator 1.Pd膠體吸附后必須去除Sn,使Pd+2 曝露,如此才能在未來無電解銅中產生催化作用形成化學銅 2.基本化學反應為:Pd+2Sn+2(HF)Pd+2(ad)+Sn+2(aq)Pd+2(ad)(HCHO)Pd(s)3.一般而言Sn與Pd特性不同,

15、Pd為貴金屬而Sn則不然,因此其主反應可如下:Sn+2a Sn+4+6F-SnF6-2 or Sn+2+4F-SnF4-2,而Pd則有兩種形:PH=4 Pd+2+2(OH)-Pd(OH)2 PH4 Pd+2+6F-PdF6-4 4.Pd吸附在本系統中本身就不易均勻,故速化 所發揮的效果就極受限制.除去不足時會產生P.I.,而過長時則可能因為過份去除產生破洞,這也是何以Back-light觀察時會有缺點的原因 5.活化后水洗不足或浸泡太久會形成Sn+2a SN(OH)2或Sn(OH)4,此易形成膠體膜,而Sn(OH)4,尤其在Pd吸太多時易呈PTH粗糙 6.液中懸浮粒子多,易形成PTH粗糙,f.

16、化學銅沉積Electroless Deposit 1.利用孔內沉積的Pd催化無電解銅與HCHO作用,使化學銅沉積 2.Pd在化學銅槽的功能有二:(1)作為Catalyst吸附H-之主體同加速HCHO的反應(2)作為Conductor,以利用e-轉移至Cu+2上形成Cu沉積 3.其基本反應及Mechanism見圖7.9a;7.9b:4.由於槽液在操作開始時缺少H2含量,故其活性可能不夠,而且改變溫度也易使槽液不穩定.故在操作前一般先以Dummy boards先行提升活性再作生產,才能達到操作要求,5.Bath loading也因上述要求而有極大的影響,太高的Bath loading會造成過度的活

17、化而使槽液不安定.相反太低則會因H2的流失而形成,學積速率過低.故其Max與Min值應與廠商確認做出建議值 6.如果溫度過高,NaOH,HCHO濃度不當或者Pd+2累積過高都可能造成P.I.或PTH粗糙的問題 g.整個反應狀態見圖,鹼性系統:A.基本製程:Conditioner EtchClesner Catalpretreatment Activator Reducer Electroless Copper B.單一步驟功能說明a.Conditioner:Wetting agent+10g/lNaOH(A)1.以Wetting agent的觀念,而非電性中和,如此可形成較薄的Film約300

18、A,且均勻不致有附著不上或太厚之虞,2.基本方式系以親水基與疏水基之特有Dipol特性使Wetting agent被水排擠,快速吸附至孔壁,.因其形成之單層膜不易再附上其他Conditioner而與Cleaner共同作用洗去多余雜雜質 3.基設計是一道酸一道鹼的藥液浸泡,使各種不同來的板子皆有些良好的Wetting作用,其Formula:Wetting angent+10ml/LH2SO4 4.若水質不潔而含Mn+2(如:Ca+2,Mg+2,Fe+2 等)則Amine及Wetting angent易與之結合而形成沉澱,故水質硬度應特別留意 5.當板子浸入水中,Cu正電迅速與OH-中和而呈負電.

19、而Dipol靜電力有限,不致形成多層覆蓋,故水質特別留意,b.Etch cleaner:(SPS與H2SO4/H2O2兩種)基本功能與酸性系列相似(SPS:10g/l)c.Catalpretreatmen:同Activator但少Complexd.Activator:Amine+Pd(Amine)complex1.基本上此系列的Pd,是由Amine類形成的Complex2.其特點如下:(1)Pd(Amine)+2呈正電荷,可吸附Conditioner上而甚少吸附在銅上,少有P.I.問題.(2)沒有Sn的Colloid,其粒子較小,結晶較密且少有Sn(OH)2,Sn(OH)4析出問題.,也沒有S

20、n+2,Fe+2,Sn+4,Cu+作用.(3)無CL-在外圍,由於CL-會與Polyimide材料產生作用,故無CL-會有較廣的適用性(4)由於Pd(Amine)+2 asPd+2 Amine為一不平衡反應,吸附反應,吸附反應十分快,且由於粒子空隙低因而致密性佳(5)Impurity少有殘留,且吸附Pd+2,故能有較少P.I.機會(6)由於無CL-,對Black-Oxide有attack相對減少,故Pink Ring較輕微.(7)由於吸附較密,將來作無電解銅時Coverage也會較密較好,e.整個反應狀態見圖,一次銅(Panel plating)非導體的孔壁經PTH金屬化后,立即進行電鍍銅製程

21、,其目的是鍍上200500微英吋以保護僅有2040微英吋厚的化學銅被后製程破壞而造成孔破(Void).有關銅電鍍基本理論及實際作業請參看二次銅更詳細的解說.,厚化銅 傳統金屬化之化學銅的厚度僅約2030微英吋,無法單獨存在於製程中.,必須再做一次全板面的電鍍銅始能進行的轉移如印刷或乾膜.但若能反化學銅層的厚度提高到100微英吋左右,則自然可以直接做線路轉移工作,無需再一道錢板的電鍍步驟而省卻了設備,藥水,人力,及時間,並達簡化製程減少問題的良好目標,.因此有厚化銅製程出現,此一方式已經實際生產線上進行十數年,由於鍍液管理困難分析添加之設備需要較高層次之技術,成本居高不下等,此製程已經勢微.,厚

22、化領域以可分為:A.”半加成Semi-Additive”式是完全為了取代全板面電鍍銅製程.B.”全加成Fully Additive”式則是用于製造加成法線路板所用的.日本某些商用消費性電產品用24小時以上的長時間全加成鍍銅,而且只鍍在孔及線路部分.日本之外尚不多見,高雄日立化成數年前尚有CC-41製程,目前已關掉該生產線.厚化銅基本觀念 a.厚化銅也仍然采用與傳統無電銅相似的配方,即仍以銅離子.強鹼,及甲醛做為反應的動力,但與溫度其所產生的副產物關系較大.,b.無電銅因厚度太薄,內應力(inner Stress)影響不大不需重視,但厚化銅則必須考慮.也就是厚化銅與板面銅箔間的附著力也為關鍵,應

23、特別注意其鍍前活化之過程如整孔及微蝕是否完美.控製不好時可能發生孔壁剝離(pull away)及板面脫皮.c.厚化銅之外表能接受油墨或乾膜之附著,所以印刷前僅少做磨刷或其他化學粗化.在阻劑完成轉移後又要能耐得環境的氧化,而且也要耐得最低起碼的活性清洗及活化.d.厚化銅主要的目的是能完成非導體的金屬化同時又可取代一次鍍銅,能夠發揮大量的設備,人力,物料,及操作時間的節省,但化學銅槽本身比傳統的無電鍍要貴,管理不易,要利用特定的自動添加設備.,e.前處理之各製程比傳統PTH要更謹慎,原因是化學銅的沉積是靠銅離子在板子上之活化生長點(Active sites)還原出銅金屬並增厚,當此等生長被銅覆蓋后

24、其他面上以逐次出現新的生長和沉積,電鍍銅的沉積則不但向上發展,也能橫向延伸.故萬一底材未能在前處理製程中完成良好的活化時則會造成孔破(Hole Void),而且經過干膜或印刷后,可能進一步的惡化,終必成為板子品質上極大的穩憂,直接電鍍(Direct plating)由於化學銅的製程中,有很多對人體健康有害的成份(如甲醛會致癌),以及廢水處理(如有Chelate)有不良影響的成份,因此早在10多年前就有取代傳統PTH所謂Direct Plating(不須靠化學銅的銅當導體)商品出現,至今在台灣量產亦有很多條線.但放眼國外,除歐洲用者很多以上外,美,日(尤其是美國)並不普遍,一些大的電子公司(如製

25、造電腦,大哥大等)並不Approve直接電鍍製程,這也是國內此製程普及率尚低的原因之一,直接電鍍種類大致上可歸為三種替代銅的導體 A.Carbon-碳粉(Graphite同)B.Conductive Polymer-導體高分子 C.Palladium-鈀金屬直接電鍍后續製程有兩種立式:A.一次鍍銅后,再做影像轉移及二銅 B.直接做影像轉移及線路電鍍,表歸納目前國內已使用中的直接電鍍各商品之分析,供業界參考 本章中介紹了傳統薄化銅,厚化銅以及直電鍍等幾種鍍通孔言式.未來製程走勢:A.縮短製程 B.減少污染 C.小孔通孔能力 D.降低成本 E.底材多樣化處理能力 而此製程是PCB製用的基楚工程,若

26、處理不好影響良率及信賴度因此要仔細評估與選擇種藥水及設備.,磨刷流程:入料 磨刷(擺動)中壓水洗 高壓水洗超音波水洗 市水洗 吸干 吹干 烘干,磨刷流程:入料 磨刷(擺動)中壓水洗 高壓水洗超音波水洗 市水洗 吸干 吹干 烘干,磨刷流程:入料 磨刷(擺動)中壓水洗 高壓水洗超音波水洗 市水洗 吸干 吹干 烘干,磨刷流程:入料 磨刷(擺動)中壓水洗 高壓水洗超音波水洗 市水洗 吸干 吹干 烘干,磨刷流程:入料 磨刷(擺動)中壓水洗 高壓水洗超音波水洗 市水洗 吸干 吹干 烘干高壓水洗壓力:60kg/cm2水破試驗維持:15s以上,PTH流程:上料 膨鬆 回收 雙水洗 除膠渣 回收3水洗 中和 雙水洗 整孔 熱水洗雙水洗 微蝕 雙水洗 酸浸 水洗預浸 活化 雙水洗 速化 雙純水洗化學沉銅 雙水洗 下料 化銅槽藥水:NaOH 9.25士1.75g/l HCHO 5.5士1.5g/l Cu2+2.1士0.5g/l,ICU線流程:上料 酸洗 鍍銅 雙水洗 抗氧化雙水洗 下料 硝掛架 雙水洗硝掛架反應式:Cu+4HNO3 Cu(NO3)2+2H2O+2NO2 Cu+2HNO3 CuO+H2O+2NO2Cu+2HNO3 Cu(NO3)+H2O,完!Thanks!,