一種減少或去除孔口懸銅的方法

2024-03-30 23:39:05

專利名稱：一種減少或去除孔口懸銅的方法
技術領域：
本發明涉及電路板加工工藝技術領域，尤其是涉及一種減小或去除印製電路板和封裝基板製作中在鑽孔後孔口懸銅的方法。
背景技術：
現有技術中，在印製電路板和封裝基板的製作工藝中，為了實現層間的互聯，一般先進行鑽孔，然後去膠渣，再進行化學鍍和電鍍。通常鑽孔包括機械鑽孔和雷射鑽孔。雷射鑽孔通常採用以下幾種方法進行方法一開大銅窗+ 二氧化碳雷射鑽孔,一般稱為large window方法。開大銅窗 是用化學蝕刻的方法將需要進行雷射鑽孔的區域的表層的銅層蝕刻掉，蝕刻掉的區域的直徑比需要鑽孔的孔徑大，然後在露出的基材上用雷射進行鑽孔，雷射鑽孔的光斑直徑與需要鑽孔的孔徑一樣大。其一般步驟為芯板製作一層壓介質層和銅箔一貼幹膜一曝光——顯影——蝕刻開大銅窗——雷射鑽孔——去膠渣——電鍍。這種方法由於雷射不接觸到表層的銅，因此沒有孔口懸銅的問題，但是由於雷射鑽孔之前需要進行圖形轉移和蝕刻等，有層間對位的問題，而且由於開銅窗區域和未開銅窗區域的銅層的高度差，孔的焊盤必須做到比銅窗大，限制了布線密度的提高。而隨著電子產品的功能不斷增強，電子產品向輕薄短小的方向發展，對產品精細化程度的要求也越來越高，孔的直徑和焊盤的直徑越來越小，因此，此方法在高端精細線路產品上應用很少。另外該工藝工序複雜，增加了加工時間和成本。方法二 開等大銅窗+ 二氧化碳雷射鑽孔，一般稱為conformal mask方法,是用化學蝕刻的方法將需要進行雷射鑽孔的區域的表層的銅層蝕刻掉，蝕刻掉的區域的直徑與需要鑽孔的孔徑一樣大，然後再露出的基材上用雷射進行鑽孔，但是雷射鑽孔的光斑直徑比銅窗直徑大，其一般步驟為芯板製作一層壓介質層和銅箔一貼幹膜一曝光一顯影——蝕刻開等大銅窗——雷射鑽孔——去膠渣——電鍍。這種方法可以避免焊盤必須做得很大的缺陷，但是由於雷射鑽孔的光圈直徑比銅窗直徑大，在孔口會產生孔口懸銅問題。在採用conformal mask進行盲孔加工時，盲孔孔徑主要取決於銅窗開口製作，因為幹膜價格、DES蝕刻條件以及雷射能力的限制，採用conformal mask進行加工時,可加工最小盲孔孔徑一般為3mil是符合競爭成本的,若盲孔的孔徑再小，則conformal mask成本將大幅提升,且產品良率不高。方法三二氧化碳雷射直接鑽孔。二氧化碳雷射直接鑽孔過程與conformal mask盲孔加工工藝不同，首先對層壓後的銅箔進行減薄以及棕化或粗化處理，以增加銅箔對雷射的吸收，然後用二氧化碳雷射進行燒蝕，在銅面形成一定的孔徑的銅窗，然後繼續對介質層進行燒蝕。雷射直接鑽孔的能量一般比conformal mask的盲孔加工工藝高。二氧化碳雷射直接鑽孔一般步驟為芯板製作一層壓介質層和銅箔一銅表面處理一雷射直接鑽孔——去膠渣——電鍍。這種方法不需要進行幹膜和蝕刻開銅窗處理，簡化了工藝並節省了成本，但是雷射直接鑽孔中對介質層進行燒蝕時，雷射鑽孔的光圈直徑比預先燒蝕出的銅窗直徑大，在孔口也會產生孔口懸銅問題。方法四:uv雷射鑽孔。UV雷射直接打孔一般步驟為芯板製作一層壓介質層和銅箔——銅表面處理——UV雷射鑽孔——去膠渣——電鍍。UV雷射直接鑽孔中對外層銅進行燒蝕時，內層基材也會受熱，因此也可能會在孔口產生孔口懸銅問題。孔口懸銅的定義為孔口懸銅I是外層銅箔2在孔口處，下方沒有基材3支撐而懸
空的部分。參見圖1和圖2。對機械鑽孔而言，機械鑽孔後通常需要對通孔進行去膠渣處理，去膠渣處理後孔內孔徑變大，而孔口銅箔直徑不變，導致銅箔懸於孔口形成孔口懸銅。另外不當的機械鑽孔參數也會導致銅箔懸於孔口形成孔口懸銅。對雷射鑽孔而言，除方法一外，方法二，方法三，方法四中雷射都會接觸到表層的銅層，由於雷射光圈邊緣處由於能量偏低，其接觸的銅層不一定能被完全燒蝕掉，而這些位置銅層下方的基材卻由於受熱會燒蝕掉，從而使得這些位置的銅層變成孔口懸銅。此外鑽孔工序後的去膠渣清除孔內的樹脂時，銅的腐蝕是很小的，因此孔口懸銅的尺寸將增加。已經出現孔口懸銅的孔經過去膠渣後，孔口懸銅會更加嚴重。另外不當的雷射鑽孔也會導致孔口過量的樹脂缺失而形成孔口懸銅。孔口懸銅的出現，將使得孔口的直徑和面積減小，去膠渣，化學鍍銅，電鍍等工序的藥水在孔內部不能充分交換，從而出現以下問題。在去膠渣工序中，孔內部藥水不能充分交換，將導致孔內膠渣去除不乾淨，通孔出現樹脂殘留導致的內層互聯面分離14，參見圖3，盲孔出現孔底樹脂殘留導致的孔底裂縫12，，參見圖4。在化學銅工序中，孔內部藥水交換不充分，將使通孔和盲孔的孔壁部分位置出現無化學銅沉積，從而導致電鍍時形成孔壁鍍層空洞7，參見圖3和圖4。在電鍍工序中，孔口懸銅的屏蔽作用將影響孔內的電鍍，孔口懸銅一方面阻擋了電鍍藥水進入孔內進行交換，可能造成電鍍銅層5在孔內的孔壁鍍層銅薄6，參見圖3和圖4。另一方面由於孔口懸銅處的電力線集中效應，懸銅處的沉積速度快，使孔口鍍層銅厚8，嚴重時會將孔口完全封閉9，參見圖5，增加了孔口對藥水阻擋，使得孔內孔壁鍍層銅薄6，參見圖5，對需要填銅的盲孔而言會造成填銅中間的填孔空洞10，參見圖5。目前減小或去除孔口懸銅的解決方法有兩種。一種方法是減少孔口懸銅的產生。鑽孔對基材的影響和去膠渣工序對基材的咬蝕是導致孔口懸銅的主要原因。印製線路板和封裝基板的廠家可以通過改進鑽孔前銅面表面處理方式、調整鑽孔參數、調整去膠渣參數，使孔口懸銅下降。這些方法在一定程度上是有效的。但是，當孔徑進一步下降時，這種方法有其局限性，孔徑已經到了設備及藥水的極限，無論怎麼調整，還是有孔口懸銅的問題，而且孔徑越小，孔口懸銅的影響越大，這是讓許多印製線路板和封裝基板廠家頭疼的問題。另外，如CN101372071中提到的採用雙光圈的雷射直接鑽孔方法，這種方法對75um以上的孔徑和一般FR4基材比較有效，但是對於75um以下或更小的孔徑，以及其他一些比FR4基材更容易被雷射燒蝕的基材則改善效果不大。另一種方法是在產生孔口懸銅後將孔口懸銅減小或去除。化學藥水的公司應印製線路板和封裝基板的廠家的要求開發化學藥水，如採用硫酸與過氧化氫體系或其他藥水體系將孔口的懸銅進行化學腐蝕，將孔口懸銅減小，但是這種方法有一個明顯的缺陷，即由於化學藥水是各項同性的，化學腐蝕的方法在去除部分孔口懸銅的同時，會對表層銅和孔底底盤銅或內層銅有同樣程度的腐蝕，對通孔而言，可能會對內層銅4造成較大的凹蝕13，參見圖6，對雷射盲孔而言，這不僅僅會導致盲孔孔底內層銅4的孔底銅薄15，參見圖7，造成可靠性下降，而且還由於底部銅面的腐蝕而形成盲孔孔底小角11，參見圖7，盲孔孔底小角11處的藥水交換不良，容易出現化學銅不良，最終導致產品的長期可靠性受到影響。由於上述問題的存在，化學藥水供應商又努力開發對孔口懸銅蝕刻快，而對盲孔底部的銅蝕刻速度慢的藥水，但是其結果是導致成本的增加，而且到目前為止，還不能完全解決盲孔底部銅被腐蝕的情況。另外，採用化學藥水處理孔口懸銅的另一個缺點是必須有專門的設備進行印製線路板和封裝基板的操作，這無疑是一個比較高的成本投資。
綜上所述，隨著孔徑的下降，孔口懸銅的問題越來越突出，而孔口懸銅又會導致產品品質、良率和可靠性的下降，因此必須解決孔口懸銅的問題。

發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明的目的是提供一種減少或去除孔口懸銅的方法，簡單、經濟、有效。為了實現上述目的，本發明所採用的技術方案是一種減少或去除孔口懸銅的方法，包括以下步驟步驟1、將待減小或去除孔口懸銅的印製電路板和封裝基板置於電解槽的電解液中，並將其連接到電解槽的電解電源的正極，作為電解的陽極；步驟2、另取一導體置於電解槽的電解液中，並將導體連接到電解槽的電解電源的負極，作為電解的陰極；步驟3、印製電路板和封裝基板、導體陰極與電解槽的電解液一起形成迴路；步驟4、印製電路板和封裝基板在電解槽中進行電解，孔口懸銅由於電力線集中，電流密度大而優先電解，通過本步驟將孔口懸銅通過電解減小或去除；步驟5、將減小或去除鑽孔後孔口懸銅後的印製電路板和封裝基板從電解槽中取出，進行清洗和乾燥；完成加工。進一步地，所述步驟4中，電解電源使用直流電源或者脈衝直流電源。進一步地，所述步驟4中，電解液的溫度為5攝氏度-80攝氏度，電解時間為0. 001秒-30分鐘，電解電壓為0.01V-100V，電解時印製電路板上的電流密度為O.01ASD-20ASD。進一步地，所述步驟4中，電解液的溫度為25攝氏度，電解時間為30秒，電解電壓為0.1V，電解時印製電路板上的電流密度為0. 8ASD。進一步地，所述電解液使用以下酸和鹽溶液中的一種或兩種以上硫酸、硫酸鹽、磷酸、磷酸鹽、硝酸、硝酸鹽、鹽酸、鹽酸鹽、鉻酸、鉻酸鹽、高氯酸、高氯酸鹽、甲酸、乙酸、檸檬酸、酒石酸、草酸、乳酸。進一步地，電解槽是垂直式或者水平式。
進一步地，所述步驟1-5在鑽孔工序完成後立即進行，或者在去膠渣工序後進行，或者在機械鑽孔和雷射鑽孔兩種鑽孔工序之間進行。進一步地，進行步驟I之前，對印製電路板和封裝基板進行物理或化學的表面處理，包括但不限於高壓水洗、磨刷或化學腐蝕。根據法拉第定律，電流通過電解質溶液時，在電極上析出或溶解的物質的量與通過的電量成正比。對陰極來說，陰極表面不同部位鍍層的薄厚，均勻性與否就決定於電流在陰極表面上的分布是否均勻。電流密度越大，鍍層越厚，反之，電流密度越小，鍍層越薄。從這一點上講，金屬在陰極表面上的沉積量取決於電流在陰極表面上的分布。而對陽極來說，陽極表面不同部位溶解的銅的厚度也取決於電流在陽極表面上的分布，陽極表面尖端處的電流密度比較高，因此溶解的銅的厚度也越大。本發明利用法拉第定律和孔口懸銅與遠離孔口的表面銅和盲孔底部的表面形狀差異而導致的電解時的電流密度的差異，採用電解的方法減少或去除孔口懸銅，不同於現 有機械或者化學藥水處理的方法，有效避免了遠離孔口的表面銅和內層其他不需要去除的銅的去除或腐蝕，通過本發明的方法可以減小或消除孔口懸銅，進而改善鑽孔後的後續工序對孔的處理的效果，提升產品的質量和可靠性。本發明是採用電解的原理，將待去除鑽孔後孔口懸銅的印製電路板和封裝基板置於電解液中，並連接到電解電源的正極，作為電解的陽極，另取其他導體連接到電解電源的負極，作為電解的陰極，在一定電壓、電流密度和溫度下進行一定時間的電解。當印製線路板或封裝基板作為陽極時，在孔口懸銅處電力線比較集中，電流密度比較大，因此，電解時，孔口懸銅處的銅被溶解得比較多；而表面上其他位置的銅由於表面平整，電力線相對比較稀疏，電流密度比較小，因此電解時，銅被溶解得比較少，這樣就可以產生差異性的溶解銅的速度。而這種差異性的溶銅速度在化學藥水蝕刻中是很難實現的。另外盲孔孔底銅或通孔內層銅由於不與電解迴路連接，因此不參加電解反應，基本上沒有溶解從而得到保護。本發明與現常用的其他化學腐蝕的方法比較，可以大大減少對遠離孔口的表面銅和內層其他不需要去除的銅的腐蝕。本發明提供一種簡單、經濟、有效的方法來減少和消除孔口懸銅的問題，本發明區別於線路板行業內通常採用化學藥水處理孔口懸銅的方法，提出了採用電解的方法，即將印製線路板或封裝基板作為陽極，用輔助電極做陰極，導電溶液做電解液，形成迴路進行電解，以減小或消除孔口懸銅。本發明可以採用現有電鍍設備，不論是垂直電鍍設備還是水平電鍍設備，只需要更改電流的方向即可，不需要增加新的設備，因此也節約了成本。對於印製線路板和封裝基板廠來講，本發明有工藝簡單，設備投資少，處理時間短的優點。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1是機械鑽孔後形成孔口懸銅的結構示意圖。圖2是雷射鑽孔後形成另一種孔口懸銅的結構示意圖。圖3是通孔因孔口懸銅而導致的缺陷示意圖。圖4是盲孔因孔口懸銅而導致的缺陷示意圖。圖5是盲孔因孔口懸銅而導致孔口完全封閉缺陷的示意圖。
圖6是通孔採用化學腐蝕的方法去除孔口懸銅而導致的缺陷示意圖。圖7是盲孔採用化學腐蝕的方法去除孔口懸銅而導致的缺陷示意圖。圖中標示1、孔口懸銅，2、外層銅箔，3、基材，4、內層銅，5、電鍍銅層，6、孔壁鍍層銅薄，7、孔壁鍍層空洞，8、孔口鍍層銅厚，9、孔口完全封閉，10、填孔空洞，11、孔底小角，12、孔底裂縫，13、凹蝕，14、互聯面分離，15、孔底銅薄。
具體實施例方式以下所述僅為本發明的較佳實 施例，並不因此而限定本發明的保護範圍。實施例，一種減少或去除孔口懸銅的方法，包括以下步驟預加工步驟，將雷射鑽孔後需要去除孔口懸銅的印製電路板經過去毛刺工序預處理。雷射鑽孔孔徑為150um。步驟1、將待減小或去除鑽孔後形成有孔口懸銅的印製電路板置於電解槽的電解液中，並將其連接到電解槽的電解電源的正極，作為電解的陽極。步驟2、另取不鏽鋼板置於電解槽的電解液中，並將導體連接到電解槽的電解電源的負極，作為電解的陰極，電解槽為垂直式電解槽。步驟3、印製電路板、陰極與電解槽的電解質溶液一起形成迴路。步驟4、印製電路板在電解槽中進行電解，電解電壓為直流電壓O.1V，電流密度為O. 8ASD，電解液溫度為25攝氏度，電解時間為30S。電解槽的電解液為25%磷酸溶液。步驟5、將減小或去除鑽孔後孔口懸銅後的印製電路板從電解槽中取出，進行清洗和乾燥。完成加工。實施之前印製電路板的盲孔孔口直徑約為125um，表面銅厚度約為6. 5um，孔底銅厚約為17um，實施之後印制電路板的盲孔孔口直徑約為155um，表面銅厚度為約為5. 5um,孔底銅厚約為17um。以上內容僅為本發明的較佳實施例，對於本領域的普通技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用範圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1.一種減少或去除孔口懸銅的方法，其特徵在於，包括以下步驟步驟1、將待減小或去除孔口懸銅的印製電路板和封裝基板置於電解槽的電解液中，並將其連接到電解槽的電解電源的正極，作為電解的陽極；步驟2、另取一導體置於電解槽的電解液中，並將導體連接到電解槽的電解電源的負極，作為電解的陰極；步驟3、印製電路板和封裝基板、導體陰極與電解槽的電解液一起形成迴路；步驟4、印製電路板和封裝基板在電解槽中進行電解，孔口懸銅由於電力線集中，電流密度大而優先電解，通過本步驟將孔口懸銅通過電解減小或去除；步驟5、將減小或去除孔口懸銅後的印製電路板和封裝基板從電解槽中取出，進行清洗和乾燥；完成加工。
2.根據權利要求1所述的一種減少或去除孔口懸銅的方法，其特徵在於所述步驟4 中，電解電源使用直流電源或者脈衝直流電源。
3.根據權利要求1所述的一種減少或去除孔口懸銅的方法，其特徵在於所述步驟4 中，電解液的溫度為5攝氏度-80攝氏度，電解時間為0. 001秒-30分鐘，電解電壓為O.01V-100V,電解時印製電路板上的電流密度為0. 01ASD-20ASD。
4.根據權利要求1所述的一種減少或去除孔口懸銅的方法，其特徵在於所述步驟4 中，電解液的溫度為25攝氏度，電解時間為30秒，電解電壓為0.1V，電解時印製電路板上的電流密度為0. 8ASD。
5.根據權利要求1所述的一種減少或去除孔口懸銅的方法，其特徵在於所述電解液使用以下酸和鹽溶液中的一種或兩種以上硫酸、硫酸鹽、磷酸、磷酸鹽、硝酸、硝酸鹽、鹽酸、鹽酸鹽、鉻酸、鉻酸鹽、高氯酸、高氯酸鹽、甲酸、乙酸、檸檬酸、酒石酸、草酸、乳酸。
6.根據權利要求1所述的一種減少或去除孔口懸銅的方法，其特徵在於電解槽是垂直式或者水平式。
7.根據權利要求1所述的一種減少或去除孔口懸銅的方法，其特徵在於所述步驟1-5 在鑽孔工序完成後立即進行，或者在去膠渣工序後進行，或者在機械鑽孔和雷射鑽孔兩種鑽孔工序之間進行。
8.根據權利要求1所述的一種減少或去除孔口懸銅的方法，其特徵在於進行步驟I 之前，對印製電路板和封裝基板進行物理或化學的表面處理，包括但不限於高壓水洗、磨刷或化學腐蝕。
全文摘要
本發明公開了一種減少或去除孔口懸銅的方法，本方法採用電解的原理，將待去除鑽孔後孔口懸銅的印製電路板和封裝基板置於電解液中，並連接到電解電源的正極，作為電解的陽極，另取其他導體連接到電解電源的負極，作為電解的陰極，在一定電壓、電流密度和溫度下進行一定時間的電解，利用孔口懸銅的電力線集中，電流密度大而優先電解的原理，將孔口懸銅通過電解減小或去除，而對遠離孔口的表面銅和內層銅的影響很小。
文檔編號C25F3/02GK103014825SQ20121053369
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月11日 優先權日2012年12月11日
發明者傅本友 申請人:傅本友