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1、孔化与电镀 Me t a l l i z a t i o nP l a t i n g 印制电路信息 2 0 1 1 N o 1 2 P C B L 壁分离的影响因素分析及改善措施 杨 波 温 东华 吴小连 ( 广东生益科技股份有限公司，广东 东莞 5 2 3 0 3 9 ) 摘 要 孔壁分离 是P C B P C B A 热处理过程中出 现的一种缺陷，而且随着无铅化的到来，出现的频率越来越高。孔壁 分离的影响因素较多，A K P C B g 计、P C B h 、P C B 原材料性能等多个方面进行影响分析，并提出相应的改善措施。 关键词P CB；孔壁分离；除胶渣；化学铜 中图分类号：T N
2、 4 1 文献标识码 ：A 文章编号：1 0 0 9 0 0 9 6( 2 0 1 1】 1 2 0 0 5 0 0 2 I mpa c t f a c t or s a na l ys i s a nd s o l ut i o ns f 0 r h o l e wa l l pu l l a wa y 0 f PCB Y ANG Bo WE N Do n g - h u a WUXi a o - l i a n Ab s t r a c t Ho l e wa l l p u l l a wa y i s a r e l i a b i l i t y d e f e c t t h a
3、t a p p e a r e d i n t h e p r o c e s s o f h e a t t r e a t me n t o f PCB a n d PCBA，a n d wi t h t h e a d v a n c e me n t of l e a d - f r e e ， t h e fre q u e n c y o f a p p e a r a n c e i nc r e a s e s Th e d e f e c t h a s ma n y i mp a c t f a c t o r s Th i s a r t i c l e s h o ws
4、 t h e i mp a c t f a c t o r s a n a l ys i s a n d i mpr o v e me nt s f r o m t h e PCB d e s i g n ，P CB p r o c e s s i n g a nd P CB ma t e r i a l s Ke y wo r d s PCB； Ho l e wa l l p u l l a wa y ； d e s me a r ； e l e c t r o l e s s c o p p e r 1 月 l J 吾 孔壁分离是P C B 及P C B A 热处理 ( 热风整平锡 、 热
5、冲击 、回流焊 )过程 中，电镀通孔的孔壁铜与基 材出现分离的一种缺陷，一旦出现将给P C B 下游埋下 可靠性隐患，如在P C B 下游客户或终端因此缺陷出现 可靠性 问题 ，将给P C B 生产厂家带来不利影响并伴随 着 巨额索赔 。所 以孔壁分离问题一直困扰着P C B 厂家 及相关供应商并倍受关注。 孔壁 分离 出现最 直接 的原 因为 ：在 热处 理过 程 中，随着热胀冷缩 ，基材与孔壁铜的热膨胀系数 存在差异而产生的拉扯力 ，外加基材内可能存在 的 湿气对孔壁铜的膨胀力 ，而孔壁铜与基材之 间的结 合 力无法对抗 以上两种 力，从而导致孔壁 与基材分 离 ，形成所谓的 “ h o
6、l e w a l l p u l l a w a y ” ( 孔壁分离) 现象 。而且随着无铅化 的到来 ，各种 多功能高耐热 5 0 性的无铅材料 的出现 ，孔壁分 离的现象 出现越来越 频繁，在厚板、大通孔表现尤为突出。 文章从P C B 设计、加工、原材料等方面，分析 了 导致孔壁分离的影响因素，并指 出相应的改善方向。 2 影响因素分析及改善措施 2 1 P C B 设计 经 过收集 大量 的孔铜 分离 的实 际案例 发现 ， 孔铜分离绝大 部分都表现在大的通孔 ，而且 以厚板 居多。其实对 孔壁处进行一个受力分析 ( 通孔俯视 图，如图1 所示)，就可以知道答案。 从图1 的受力分
7、析可以看出，随着孔径的减小， 孔壁的曲度越来越大，这样对抗孔壁分离的孔壁铜 自 身的支撑力越大，出现孔铜分离的几率将越来越小。 万方数据 印制 电路信息 2 0 1 1 N o 1 2 子 L 化与电镀 Me t a l l i z a t i o nP l a t i n g 这也是为什么孔壁分离大都出现在大孔的孔壁的缘 故。从这一角度来讲，槽型孔的长边 ，由于没有孔壁 自身的支撑作用，则更容易出现孔壁分离的现象。 圈 1 另外，针对厚的多层板，孔壁与各内层铜有连接 时 ( 图1 左 )，则出现p u l l a wa y( 分离 、拉离 )的几 率较低，而孔壁铜与内层铜基本不连接 ，则出现
8、几率 较高 ( 图1 右)，因为孔壁铜与 内层铜连接 ，相当于 将孔壁壁铜用一个 “ 钉子”铆住，对孔壁分离有一定 的对抗作用。而对于厚的双面板，不可能在 内部设计 “ 铆钉”，所以出现p u l l a w a y l几率也较高。 图2 由此可见，P C B的设计对孔铜分离是有一定的影 响的，孔的大小因为设计的需要，不可能改变，但是 大通孔将是我们关注孔铜分离的焦点。同时针对多层 厚板，尽量在无需连接的层次，设计无功用的孤立焊 盘，将孔壁铜铆住 ，有助于改善孔壁分离 。 2 2 P C 8 I 工 2 2 1 钻孔 的影响 钻孔质量的好坏对孔壁分离有着 较大的影 响。 主要表现在两个方面：
9、( 1 )孔粗：钻孔孔壁粗糙 ，基材凹坑 ，则在后 续 的化学沉铜工序中 ，易形成连续性差 的化学镀铜 层 ，进而在接下来的 电镀工序 中得 到连续性差、不 平整的电镀铜层H 。这样在受到热冲击时，很容易引 起孔壁铜与基材分离。 ( 2 )对基材损伤 ：在钻孔过程 中，由于钻孔参 数 的不合适或钻刀 的磨损过大 ，很容 易对基材造成 较大 的 “ 内伤 ”，表现为孔壁基材微裂痕多 ，孔的 晕圈大 ( 后续的P T H 会表现 出较大Iwi c k i n g )，这 51 样湿气很容易在后续 的湿流程中渗入孔壁基材并被 包覆其中，在热处理过程 中，湿气 的剧烈膨胀破坏 孔壁铜与基材的结合，形成
10、孔壁分离。 所 以，提高钻孔质量对改善孔铜分离有较大 的 帮助，这 需要钻孔工艺在工艺参数 、刀具的选择及 寿命、翻 磨次数 、盖板 以及垫板等多方面进行考究 和优化【 3 】 ，保证钻孔的质量。 2 2 2 去钻污 ( D e s m e a r )的影响 随着P C B 的发展，去钻污的方法大致有4 种：等 离子、浓硫酸、铬酸及高锰酸钾法口 】 ，其 中高锰酸钾 法去钻污被广泛应用。去钻污 的 目的主要有两个 ： 一 为除去因钻孔残 留在 内层铜上钻污 ，清 洁孔壁 ， 防止 “ I C D”的产生；二是为了在基材表面形成微观 上的粗糙表面 ，得到较大的 “ 比表面积 ”，以上两 点都将有
11、助于化学铜与基材的紧密结合。 图3 为同一材料在两种去钻污条件下的孔壁微观 效果对比，左 图的孔壁微观粗糙度 ( 蜂窝状 )非常 好，而图3 右要明显差一些 ，则出现孔壁分离的几率 要相对高一些。 图 3 由上可知 ，P C B 厂家在评估和优化去钻污工艺 参数时，不 能仅仅考察其 “ 咬蚀量”，而更重要的 是通过S E M等仪器观察其去钻污 的效果，看孔壁基 材是否得到 “ 比表面积”非常大的微观粗糙面。 2 2 3 化学铜的影响 虽然 化学沉铜工艺是一项 比较成熟的工艺 ，但 是随着 电子工业 的发展 以及无铅化的到来 ，特别是 高T g 或其他特种材料 的广泛应用，化学沉铜工艺也 将 面
12、临挑 战，但怎样的化学沉铜层将有助于改善化 学铜与基材的结合，降低孔壁分离的几率昵 ?安美 特 公司的研发团队及专家研究表明，能有效提高化 学铜与基材的结合力的化学铜层应该具备f 1 1 ： ( 1 )化铜层的内部应力应该足够小； ( 2 )化铜层应该具有极好的一性性； ( 3 )化铜层应该具有坚 固而致密的晶体结构。 为使化学铜具有上述品质，P C B 厂家应该在控制 药水浓度稳定性、优化工艺参数等方面下功夫，同时 ( 下转第6 2 页) 万方数据 管理与维护 Ma n a g e m e n t P r o t e c t i o n 印制电路信息 2 0 1 1 N o 1 2 2 8
13、搜索中心 MO S S 提供一个功能强大的搜索平台，可以利用 常见的内置工具构建 自定义搜索解决方案 与搜索 引 擎应用程序 ，对多种资源进行检索 ，提供了相关 内 容检索 。设置对栏 目内所有 的资料进行搜 索，成 为 企业知识中心，对 资料 的查找非常方便。 3 结论 MO S S 作为新一代企业门户及协同工作平台，其 强大之处在于快速搭建 、系统集成、信息检索。结合 O ff i c e的服务器和桌面产品，管理内容与流程。提供强 大的二次开发功能，可以根据P ( 、 B 制造企业实际情况 自 定义不同的工作流、自 定义We b P a r t ，这些都能MO S S 完美溶合，实现组织内
14、合理的决策并主动响应重要的业 务事件，提高企业洞察能力。一套软件能够构建多种应 用与解决方案，有利于企业信息化整合、节约成本，提 高I r 响应速度、减少需要维护的平台数 目，提高 战略 影响力。但是其本身需要专业的I T 维护人员，且对硬件 资源要求比较高，这都是企业引入MO S S 产品需要考虑 的问题。在应用过程中，应该分模块逐步推行。圆 参考文献 1 屠 立刚， 吴 翠凤 Mi c r o s o f t Of f i c e S h a r e Po i n t S e r v e r 2 0 0 7管理大全【 M】 ， 北京： 电子工业出版社， 2 0 0 8 l 0 1 2 高阳
15、 深入体验Mi c r o s o f t 0 塌c e S h a r e P o i n t S e rve r 实践开发 M】 ， 北京： 电子工业出版社， 2 0 0 9 1 2 1 ( 上接第5 1 页) 药水供应商也应进行药水体系的研发与更新，以适应 电子产业的发展需求。安美特公司研发p r i n t o g a n t h P ( 应用于水平线 )和p r i n t o g a n t h P V 【 l ( 应用于垂直 线 )的化学沉铜药水体系，能够得到应力小、一致性 好且坚固致密的化学铜层，能够有效降低电镀气泡和 孔壁分离，而且应用于多款无铅产品，效果优异 。 2 3 材
16、料性能 随着R o llS 和WE E E 指令的颁布 以及世界环保 呼 声高涨 ，无铅、无 卤应声而 来，而与此 同时 ，P C B 下游或电子终端提出低C T E 、低D k D f ,a n t i c a f 等要 求 ，逼得各板材生产厂家以及相应 的供应商使出浑身 解数来应对，具体包括： ( 1 )通过采用不 同的固化 剂或混合固化剂及其比例，提高树脂交链密度，不断 提高板材的T g 或T d ： ( 2 )采用或添加各种功能性 的 树 脂，或对传统环氧树脂进行改性 “ 嫁接 ”以期达 到想要的效果； ( 3 )添加一定 比例 的有机或无机填 料，降低板材C T E ，提高耐热性。然
17、而，与传统F R - 4 相 比，伴随着这些特殊功能的实现 ，也付出相应的代 价，如板材成本的上升 、可加工性能的降低 ，其中可 加工性能包括机械加工性能和化学处理加工性能。 无铅材 料 的树脂 大都具 有更 高交 链密度 和更 复杂的化学空间 网络矩阵，因此也具有更高的耐化 性 ，意味着去钻污将 更加 困难 ，即在孔壁 得到比表 面积大的粗糙面也将更加困难。 而针对某些无铅高 材料，一味的加强去钻污并 不能得到想要的效果， 、 反而适得其反，使孔壁反而变 得更加光滑，不利于孔壁铜与基材结合。N e i l P a t t o n 人实验研究表明【 l】 ，普通材料通过加强去钻污能够有效 6
18、2 增大孔壁的微观粗糙度，但是针对某些高 材料 ，加 强去钻污只是将钻孔留下的比较粗糙的孔壁表面 “ 抛 光”而不能进一步咬蚀而变得更加光滑 ( 图4 )，反而 不利于孔壁铜与基材的结合，埋下孔壁分离的隐患。 图4 所 以，P C B 厂家在选择板材时 ，一定要认 真评 估材料与 自身制程和药水的匹配与兼容性 问题，防 止出现 “ 事倍功半”的效果。 3 结论 与展望 P C B L 壁分离的影响因素涉及多个方面，包括 P C B 的设计、加工以及板材的性能等等，具有一定的改 善挑战性，而随着无铅材料 的普及，更是增加 了挑战 的难度。但是随着P C B 设计的优化、P C B J H 工工艺
19、的成 熟以及生产管理水平的提高、板材和药水供应商的产 品更新与进步，改善和杜绝此问题也是指 日 可待。 团 参考文献 1 】N e i l p a t t o n a s s e s s me n t a n d s o l u t i o n s f o r h o l e wa l l p u l l a wa y i n Hi g h t g a nd Hi g h t e c h n o l o g y l a mi n a t i o n ma t e r i a l s ， 2 0 1 0 ， 1 0 2 V i n c e n t c h e n P WB d e s m e a r p r o c e s s i n g ： c h a l l e n g e s a n d s o l u t i o n s P CB0 0 7 we b s i t e ， 2 0 0 9 ， 9 3 】何建军 浅析孔壁分离的几种常见现象及原因 J 印制电路信息， 2 0 1 0 ， 3 4 】吴云鹏 印制板孔金属化得影响因素及改善 J P CB c i t y , 2 0 0 9 8 万方数据