PCB 充填銅メッキの空穴用ブラインド ビアの故障解析

近年、デジタルビデオやデジタルモバイル通信に関連する電子製品の急速な発展に伴い、この種の製品の開発により、PCB は軽量、薄型、小型、多機能、高密度、高信頼性の面で開発が進んでいます。 PCB の配線スペースが限られているため、ビア、ワイヤ、ワイヤ、ビア間の制限が厳しくなり、ビア銅充填技術が出現して、PCB の密度が約 10% から 30% 向上します。図 1 は、ビア銅充填に基づく HDI (高密度相互接続) ボードを示しています。

配線スペースを大幅に削減できるビア設計や、銅埋め込みブラインドビアの信頼性が高いことから、銅埋め込みめっきブラインドビアには多くのメリットがあります。さらに、この工芸品は比較的単純で、コストを節約し、手順を簡素化します。以上のメリットから、今後の PCB のトレンドとして注目されている HDI PCB 製造では、銅充填メッキを施したブラインド ビアが大量に採用されることになります。しかし、銅充填めっきを使用したブラインド ビアの適用では、非常に大きなディンプル、漏れ、ビア内の空の空洞など、いくつかの問題が依然として発生します。 PCB メーカーの頭痛の種として、多くの複雑な要素がビア内の空洞の原因となっています。この記事では、ビア内の空の洞窟の原因について説明し、障害を解決して製品の歩留まりを向上させるために、対応する対策を講じます。

失敗の分析

銅フィリングめっきのブラインド ビアでは、多くの要素が空洞化を引き起こします。それぞれの要素を特性と形成メカニズムの観点から分析して、効果を最適化する必要があります。

• ブラインド ビアの気泡

気泡の発生源は、外部からの持ち込みと自己反応に由来します。一般に、ビアの導電性を強化し、保管に便利なように、銅充填めっきの前にフラッシュめっきを基板に処理する必要があります。ボードが長時間空気にさらされると深刻なビア酸化が発生する傾向があるため、滞留時間はあまり長くしないでください。別の言い方をすれば、不適切な前処理は、図 2 に示されているように、ビアと酸化面の気泡の除去につながり、ブラインド ビアの空の洞窟の割合を大幅に増加させます。

気泡の発生は銅槽内の陽極反応とH₂反応にもある O → 1/2O₂ + 2e ^- + 2H ⁺ 不溶性陽極が適用されると、陽極で起こります。この反応に基づいて、酸素が不溶性アノードから逃げ出し、高い添加剤の補償とアノードの寿命の延長、またはアノードのパッシベーションとPCBの欠陥にさえつながると結論付けることができます。したがって、この問題を解決するために、陽極反応が次の 2 つの反応に続く場合に、陽極から逃げる酸素を除去するために、適度な硫酸第一鉄がメッキ液に添加されます:Fe ²⁺ → Fe ³⁺ + e ^- 、Fe ³⁺ + Cu → Fe ²⁺ + e ^- .

反応を円滑に進行させるためには、Cu を常にメッキ液 (通常は酸化第二銅粉末) に添加する必要があります。同時に、カソードの寄生反応を減らすために、めっき液の流れに関してより高い要件を設定する必要があり、カソード材料を改善する必要があります。

空の洞窟によって引き起こされるこのタイプの障害は通常、ブラインド ビアの底部で発生し、対称的で規則的な形状を示します。この問題を改善するために、次の側面から対策を講じることができます。

a.銅充填めっきの前に、滞留時間と保管環境を十分に管理する必要があります。通常、フラッシュめっきなしの基板は4時間、フラッシュめっきありの基板は12時間で銅フィリングが終了します。ボードは酸性環境から離れた場所に保管する必要があり、可能であれば、部屋の温度と湿度を制御できるエアコン付きの部屋に保管するのが最善です.

b.前処理効果を向上させ、必要な気泡除去装置を追加する必要があります。銅フィリングめっきの前処理はフィリング効果に直結するため、前処理は非常に重要です。前処理の効果を確実にするために、酸脱脂剤をピックアップすることをお勧めし、水流量を適切に増やします。また、水温が比較的低い冬季（15℃以下）は、脱脂後に少量の硫酸を加えて水洗いしたり、加温装置を追加して洗浄効果を確保することができます。さらに、ビア内の気泡を除去するために、前処理タンクにバイブレーションとエアポペットバルブを取り付けることができます。

c.銅タンクのアノード材料の選択と電流パラメータの制御。気泡の第 2 の原因に基づいて、銅タンクの適切な陽極材料を選択することが非常に重要です。アノード材料は、アノード性能の向上と添加剤消費の削減に役立つはずです。電流パラメータが大きすぎると、陽極での反応が加速され、気泡の数が増加します。このような状態では、気泡が流出する際にブラインド ビアに入り込み、ビアから除去できなくなります。したがって、陽極材料の選択と電流パラメータの制御とは別に、陽極によって生成された気泡が直接めっき液に入るのを防ぐために、陽極ネットの外側に陽極バッグまたは保護層を追加する必要があります。

• 添加物成分の不均衡

銅フィルドめっき液の成分には、硫酸銅、硫酸、塩化物イオン、添加剤があり、めっき液中の成分間の作用メカニズムによりブラインドビア内のフィル効果を実現しています。添加剤は、相互に独立してメッキのプロセスで独自の役割を果たします。光沢剤は、電極界面の特性や電気的特性を吸収し、堆積物の形態と特性を変化させて、必要な予定のめっき面を得る役割を果たします。送達剤は、カソードディンプルの各分布を前進させるために光沢剤を押すことができます。ただし、塩化物イオンが助けにならないと機能しません。デリバリー剤は、レベリング能力と均一メッキ能力により、偏在を均一にする役割を果たします。レベリング剤は、酸性溶液中での電気陽性が強いため、比較的電気陰性度の強い部位に吸着しやすい傾向があります。そして、正の電気を持った銅イオンと競合する結果、濃度の低い領域では銅の析出の影響を受けずに、銅イオンが析出しにくくなります。

コンポーネントと添加剤の量を制御することは非常に重要であり、コンポーネントの制御に失敗すると、図 3 に示すように、ブラインド ビアまたは空の洞窟の銅充填不良につながります。

この理由による空洞の失敗の解決策は、以下を含む添加成分と添加量の制御にある。
a.
b.添加剤の流量を定期的に校正して正確な流量を確保し、効果的な制御が得られるようにする。
c.めっき液の汚染状況に応じて、定期的に液中へのカーボン処理を行う。薬剤成分は定期的に分析され、添加剤の含有量とめっき効果はハルセル実験によって推定され、めっき効果が通常のカテゴリ内にあるかどうかを確認し、対応する調整を適時に行う必要があります。

• 異物の原因

銅充填めっき工程ライン、応用用品、日常の生産活動の環境はすべて、さまざまな汚染度の汚染につながります。あらゆる種類の異物や汚染物質は避けられません。微小な異物の場合、目に見えないため除去が非常に困難です。それらがブラインド ビアに入ると、下の図 4 に示すように、空の洞窟ができる傾向があります。

このブラインド ビアのエンプティ ケーブ障害については、その原因を簡単に見つけることができます。 SEM を通して、ブラインド ビアの空の洞窟の形状を観察できます。したがって、異物の発生源を突き止めるための措置としては、次のようなものがあります。
a.
b.外部異物のめっき液への侵入を防ぎ、同封の手順ラインを提案する。
c.適用される材料または薬剤の純度が基準に達しているかどうか、および PCB 製造の要件を満たしているかどうかを評価する。鮮やかさとクリアな色を確保するために、メッキ剤に定期的なフィルタリングと純度を実装する必要があります。

結論

当然のことながら、ブラインド ビアのエンプティ ケーブ障害の原因は列挙されているよりもはるかに多く、誘電率、厚さ、ブラインド ビアの種類、電気メッキの電流パラメータの材料分類など、多くの原因があります。

結論として、キーは、空のビアの障害に直面したブラインド ビアの空の洞窟の障害の理由を見つけることです。一方で、空洞の崩壊形状を観察して経験をまとめ、関係するルールを見つけ出し、あらゆる解析手法を用いて研究を実施するとよいでしょう。さらに、空の洞窟の失敗のメカニズムに基づいて、科学的な操作ガイドラインを制定し、改善および防止ルールを厳密に実行して、問題を解決し、製品の歩留まりと信頼性を常に向上させる必要があります。

役立つリソース
• ブラインド ビアの紹介
• HDI フレックス リジッド PCB の埋め込みビアとブラインド ビアについて、あなたが知らない 3 つの重要な要素
• 新しいブラインド ホール充填方法の紹介:Panel-Plating Blind-Hole Filling
• 高速デジタル回路のブラインド/埋め込みビアの設計方法
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