درفرآیند تولید PCB، فناوری سوراخ مسی یک حلقه کلیدی در دستیابی به اتصالات الکتریکی بین لایه های مختلف برد مدار است. در زیر، به دانش مربوطه در مورد سوراخهای مسی روی تختههای مدار، از جمله تعریف و عملکرد، فرآیند، و همچنین مشکلات و راهحلهای رایج آنها خواهیم پرداخت.
تعریف و عملکرد سوراخ های فرورفتگی مس
سوراخهای مسی که به عنوان سوراخهای فلزی نیز شناخته میشوند، به سوراخهایی در{0} مدارهای چاپی چندلایهای اطلاق میشوند که در آن یک لایه نازک مس بر روی دیوارههای سوراخهای بین لایههای بالا و پایین طی فرآیندی خاص رسوب میکند و در نتیجه لایههای مختلف برد مدار چاپی را به یکدیگر متصل میکند. هدف آن ایجاد اتصالات الکتریکی قابل اعتماد بین لایه های رسانای مختلف برد مدار است که از انتقال دقیق و سریع سیگنال های الکترونیکی بین اجزای مختلف اطمینان حاصل می کند. در دستگاه های الکترونیکی پیچیده، تعداد زیادی از قطعات الکترونیکی باید از طریق بردهای مدار به هم متصل شده و با هم کار کنند. وجود سوراخهای مسی سیمکشی با چگالی بالا را بر روی تختههای مدار ممکن میسازد و یکپارچگی و عملکرد دستگاههای الکترونیکی را تا حد زیادی بهبود میبخشد.
فرآیند فرورفتن سوراخ مسی
فرآیند ساخت سوراخ های مسی نسبتاً پیچیده است و شامل مراحل متعددی است که هر یک از آنها تأثیر قابل توجهی بر کیفیت نهایی آبکاری مس دارند. روند کلی فرورفتن سوراخ مسی به شرح زیر است:
چربی زدایی قلیایی: این اولین مرحله در فرآیند فرورفتن سوراخ مسی است که لکه های روغن، اثر انگشت، اکسیدها و گرد و غبار داخل سوراخ های سطح صفحه را از بین می برد. در همان زمان، قطبیت بستر دیواره منافذ برای تغییر دیواره منافذ از بار منفی به بار مثبت تنظیم میشود که جذب پالادیوم کلوئیدی را در فرآیندهای بعدی تسهیل میکند. به طور کلی، از یک سیستم حذف روغن قلیایی استفاده می شود که دمای عملیاتی آن معمولاً در محدوده 60-80 درجه است. غلظت محلول مخزن در 4-6٪ حفظ می شود و زمان حذف روغن در حدود 6 دقیقه کنترل می شود. اثربخشی حذف روغن به طور مستقیم بر اثر نور پس زمینه رسوب مس تأثیر می گذارد. اگر برداشتن روغن به طور کامل انجام نشود، ممکن است به چسبندگی ضعیف بین لایه رسوب مس و زیرلایه منجر شود و در نتیجه پوسته شدن و کف ایجاد شود.
میکرو اچینگ اصلی (خشن کردن): هدف از میکرو اچ حذف اکسیدها از سطح تخته و زبر کردن آن برای اطمینان از چسبندگی خوب بین لایه رسوب مس بعدی و مس پایه زیرلایه است. سطح مس تازه تولید شده دارای فعالیت قوی است و می تواند پالادیوم کلوئیدی را بهتر جذب کند. عوامل زبر کننده رایج در بازار در حال حاضر شامل سیستم پراکسید هیدروژن اسید سولفوریک و سیستم پرسولفات است. سیستم پراکسید هیدروژن اسید سولفوریک دارای حلالیت مس بالا (تا 50 گرم در لیتر)، قابلیت شستشو در آب، تصفیه آسان فاضلاب، هزینه کم و قابلیت بازیافت است. با این حال، دارای معایبی مانند زبری ناهموار سطح، پایداری ضعیف مخزن، تجزیه آسان پراکسید هیدروژن و آلودگی شدید هوا است. سیستم پرسولفات (شامل پرسولفات سدیم و پرسولفات آمونیوم) پایداری خوبی در محلول مخزن، درشت شدن یکنواخت سطح صفحه، اما مقدار کمی مس محلول (25 گرم در لیتر)، تبلور آسان و رسوب سولفات مس، قابلیت شستشو با آب کمی ضعیف و هزینه بالا دارد. علاوه بر این، عامل جدید میکرو اچینگ DuPont پتاسیم مونوپرسولفات وجود دارد که دارای پایداری خوب مخزن، زبری سطح یکنواخت، نرخ زبری پایدار است و تحت تأثیر محتوای مس قرار نمی گیرد. کار با آن آسان است و برای خطوط نازک، فواصل کوچک، صفحات با فرکانس بالا و غیره مناسب است. زمان میکرو اچ معمولاً در حدود 1-2 دقیقه کنترل می شود. اگر زمان خیلی کوتاه باشد، اثر زبری ممکن است ضعیف باشد، که ممکن است منجر به چسبندگی ناکافی لایه مس پس از آبکاری مس شود. درشت شدن بیش از حد ممکن است باعث خوردگی بستر مسی در دهانه سوراخ شود و در نتیجه بستر در دهانه سوراخ در معرض دید قرار گیرد و باعث ایجاد ضایعات شود.
قبل از خیساندن/فعالسازی: هدف اصلی از خیساندن قبل، محافظت از مخزن پالادیوم در برابر آلودگی توسط محلول مخزن پیش{0} و افزایش طول عمر مخزن پالادیوم است. اجزای اصلی محلول قبل از غوطه وری، به جز کلرید پالادیوم، با اجزای مخزن پالادیوم سازگار است. این می تواند به طور موثر دیواره منافذ را خیس کند و باعث می شود محلول فعال سازی بعدی به موقع وارد منافذ شود تا فعال شود. وزن مخصوص محلول پیش خیساندن معمولاً در حدود 18 درجه فارنهایت حفظ می شود. هدف از فعالسازی، فعال کردن دیوارههای منافذ با بار مثبت پس از تنظیم قطبیت حذف روغن قلیایی برای جذب موثر ذرات پالادیوم کلوئیدی با بار منفی کافی است و از یکنواختی، تداوم و چگالی رسوب مس بعدی اطمینان حاصل میکند. کلرید پالادیوم در محلول فعال سازی به شکل کلوئیدی وجود دارد. به منظور جلوگیری از ژلاتینه شدن پالادیوم کلوئیدی، لازم است از مقدار کافی یون و یون کلرید، حفظ وزن مخصوص کافی (معمولاً بالای 18 درجه Baume) و اسیدیته کافی (مقدار مناسب اسید کلریدریک) برای جلوگیری از رسوب قلع اطمینان حاصل شود. دما نباید خیلی زیاد باشد، معمولاً در دمای اتاق یا زیر 35 درجه. زمان فعال سازی به طور کلی حدود 7 دقیقه است و شدت فعال سازی در حدود 30٪ کنترل می شود.
ژلاتینه زدایی: عملکرد ژلاتینه زدایی این است که به طور موثر یون های قلع اطراف ذرات پالادیوم کلوئیدی را حذف می کند و هسته های پالادیوم را در ذرات کلوئیدی آشکار می کند و در نتیجه امکان کاتالیز مستقیم و موثر واکنش رسوب شیمیایی مس را فراهم می کند. به دلیل اینکه قلع یک عنصر آمفوتریک است، نمک های آن در اسیدها و بازها محلول هستند و اسیدها و بازها را به عنوان عوامل ژل کننده موثر می کند. با این حال، قلیایی به کیفیت آب حساس تر است و می تواند به راحتی رسوب یا جامدات معلق تولید کند که به راحتی می تواند باعث شکستن سوراخ های مس شود. اسید کلریدریک و اسید سولفوریک اسیدهای قوی هستند که نه تنها برای تولید تخته های چند لایه مضر هستند (زیرا اسیدهای قوی می توانند به لایه اکسید سیاه داخلی حمله کنند)، بلکه مستعد ژل شدن بیش از حد هستند که باعث جدا شدن ذرات پالادیوم کلوئیدی از سطح دیواره منافذ می شود. فلوئوروبوریک اسید عموماً به عنوان عامل جداکننده اصلی استفاده می شود. به دلیل اسیدیته ضعیف، عموماً باعث جداسازی بیش از حد نمیشود و آزمایشها نشان دادهاند که هنگام استفاده از اسید فلوروبوریک به عنوان عامل جداکننده، استحکام پیوند، اثر نور پسزمینه و چگالی لایه مس رسوبشده به طور قابلتوجهی بهبود مییابد. غلظت محلول چسب به طور کلی در حدود 10٪ کنترل می شود و زمان در حدود 5 دقیقه کنترل می شود. در زمستان باید به کنترل دما توجه کرد.
رسوب مس: این مرحله اصلی فرآیند رسوب مس است که از طریق فعال شدن هسته های پالادیوم، یک واکنش کاتالیستی رسوب شیمیایی مس را ایجاد می کند. با استفاده از کاهش پذیری فرمالدئید در شرایط قلیایی برای کاهش نمک های مس محلول کمپلکس، مس شیمیایی جدید تولید شده و هیدروژن فرعی واکنش می توانند به عنوان کاتالیزور واکنش برای انجام مداوم واکنش رسوب مس عمل کنند و در نتیجه یک لایه مس شیمیایی روی سطح صفحه یا دیواره منافذ رسوب کنند. محلول مخزن باید هوای معمولی را به هم زدن حفظ کند تا یون های مس و پودر مس موجود در محلول مخزن اکسید شده و آنها را به مس دو ظرفیتی محلول تبدیل کند. در طول فرآیند رسوب مس، لازم است افزودن محلول A و محلول B متعادل شود. محلول A عمدتا مکمل مس و فرمالدئید است، در حالی که محلول B عمدتاً هیدروکسید سدیم را تکمیل می کند. سینک مسی معمولاً با سرریز کردن یا برداشتن دوره ای از مقداری مایع زباله و پر کردن به موقع مایع جدید نگهداری می شود. مقدار اضافه به طور کلی حدود 1 لیتر مایع AB در هر 6-10 متر مربع است. در عین حال سینک مسی باید هوای مداوم را هم زدن داشته باشد و توصیه می شود سیستم فیلتراسیون را با استفاده از المنت فیلتر PP 10um نصب کنید و هر هفته المنت فیلتر را به موقع تعویض کنید. علاوه بر این، برای اطمینان از پایداری محلول مخزن، لازم است به طور مرتب رسوب مس در مخزن ته نشینی مس تمیز شود.
مشکلات و راه حل های رایج برای سوراخ های فرو رفتن مس
در طول فرآیند تولید سوراخهای روکش مسی، ممکن است برخی مسائل کیفی وجود داشته باشد که بر عملکرد و قابلیت اطمینان بردهای مدار چاپی تأثیر بگذارد. در اینجا برخی از مشکلات رایج و راه حل ها آورده شده است:
چسبندگی ضعیف لایه رسوب مس: دلایل احتمالی عبارتند از حذف ناقص روغن، ریز خوردگی ناکافی یا بیش از حد، اثر فعال سازی ضعیف، جداسازی نامناسب و غیره. راه حل تقویت کنترل فرآیند حذف روغن برای اطمینان از تمیزی سطح صفحه و دیواره سوراخ است. برای اطمینان از اثر درشت شدن، زمان و پارامترهای میکرو اچ را به طور منطقی تنظیم کنید. برای اطمینان از جذب کافی پالادیوم کلوئیدی، شرایط فعال سازی را به شدت کنترل کنید. برای جلوگیری از جداسازی بیش از حد یا ناکافی، فرآیند جداسازی را بهینه کنید.
حفره ها یا سوراخ های سوراخ سوراخ: ممکن است به دلیل سرعت کم رسوب مس، ترکیب ناهموار محلول مخزن، هم زدن هوا ناکافی و دلایل دیگر ایجاد شوند. نرخ رسوب مس را می توان با تنظیم پارامترهای فرآیند رسوب مس بهبود بخشید. برای اطمینان از ترکیب یکنواخت محلول مخزن، هم زدن و فیلتراسیون محلول مخزن را تقویت کنید. برای اطمینان از اختلاط مناسب هوا، تجهیزات غرق مسی را به طور مرتب نگهداری و تمیز کنید.
زیرلایه در معرض سوراخ: معمولاً در اثر ریز خوردگی بیش از حد ایجاد می شود. زمان میکرو اچینگ و غلظت حمام باید به شدت کنترل شود تا از خوردگی بیش از حد بستر مسی در دهانه جلوگیری شود.
لایه رسوب ناهموار مس: ممکن است به دلیل سرعت رسوب بیش از حد مس، ناخالصی های بیش از حد در محلول مخزن و دلایل دیگر ایجاد شود. سرعت رسوب مس را می توان به طور مناسب کاهش داد، و فیلتراسیون و خالص سازی محلول مخزن را می توان برای حذف ناخالصی ها تقویت کرد.