通孔铜层空洞的原因识别及生产工艺建议（一）

一般显影后很难发现孔内的抗蚀剂，空洞所在的位置和缺陷宽度是判断孔口和孔边空洞的主要依据。抗蚀剂为何流入孔中?被抗蚀剂覆盖的孔中气压比大气压低20%，贴膜时孔中空气热，空气冷到室温时气压降低。气压导致抗蚀剂慢慢流入孔中，直至显影。

主要有三种因素导致抗蚀剂流动的速度深度，即：

(1〕贴膜前孔里有水或水汽。

(2)高厚径比小孔，以0.5mm孔为例。

(3)贴膜与显影时间太长。

水汽停在孔中的主要原因，水分可以降低抗蚀剂粘度，使其较快流入孔中。高厚径比小孔较易发生空洞问题，这是由于这种孔较难干燥。小孔中的抗蚀也较难显影。显影前时间较长也使更多的抗蚀剂流入孔中。表面处理与自动贴膜连线，更易发生问题。

C.避免孔口或孔边空洞

避免孔口或孔边空洞最佳及简单的办法是在表面处理后增加烘干的程度。孔若干燥，不会发生孔口或孔边空洞。再长的放置时间和显影不佳也不会造成孔口或孔边空洞。增加烘干后，尽可能使贴膜与显影间的放置时间短，但要考虑稳定问题，若发生以下情况，孔口或孔边空洞可能会发生(以前没有)：

(1)新的表面处理设备及干燥设备安装后。

(2)表面处理设备及干燥段功能失常。

(3)生产高厚径比小孔板。

(4)抗蚀剂变化或换厚的干膜。

(5)真空贴膜机使用。

最坏的也是少有的情形是，抗蚀剂在孔中形成掩盖层。表现为掩膜层被推入孔中50-70微米深，由于掩膜会阻碍溶液进入，在孔的一端表现为一般的边缘空洞，空洞会延伸到大部分孔中，从孔的另一端起，镀层厚度越接近孔中央越薄。

许多印制板厂已转为直接电镀工艺，它有时与贴膜机连线，若后段烘干不充分，可能会发生孔口和孔边空洞。要使小孔充分干燥，烘干段需十分充分。

4、与掩孔有关的空洞

掩孔工艺中，如果掩膜不好会造成蚀刻剂进入孔中，蚀刻去沉积的铜。掩膜的机构损伤是动态发生的，而上下掩膜一起出现空洞的情况较少。同样，掩膜很薄弱，造成孔内负压，最终导致掩孔缺陷，这层掩膜又可以降低负压，对面的掩膜较易生存。一面的掩膜破坏，蚀刻剂进入孔中，靠破的掩膜一边的铜首先被蚀刻掉。另一面，掩膜堵住了蚀刻剂的出口，蚀刻液交流太少，故空洞图形也是较对称的，表现为一端铜厚，另一端薄。根据掩膜损伤的程度，情况也不一样，极端情况下，所有的通孔铜都被蚀刻掉。

5、直接电镀

直接电镀，避免了传统的化学沉铜，但有三类预处理工艺步骤;如：钯基体工艺，碳膜工艺，有机导电膜工艺。任何能影响催化物沉积的情形，或者是沉高分子导电膜时，单体沉积和聚合物组成物沉积能形成空洞。大多数碳膜，石墨和钯膜工艺都依赖于适当的孔壁调整，用高分子电解质阳离子与含有相反电荷的有机催化层。以达到较好的催化吸附性。自然，在化学沉铜中已经实践证实是很好的工艺处理步骤，如孔壁清洁，调整，催化沉积等都恰当地应用在直接电镀工艺中。当然，化学沉铜槽中特别的问题，如氢气产生等，不会在此发生。

C.化学沉铜前的催化步骤

去沾污/凹蚀/化学沉铜之间的不匹配和各独立步骤不够优化，也是值得考虑的问题。那些研究过孔中空洞的人员都极力赞同化学处理的统一的整体性。传统的沉铜前处理顺序为清洁，调整，活化(催化〕，加速(后活化〕，并进入清(淋)洗，预浸，完全适于Murpiy原理。例如，调整剂，一种阳离子聚酯电解质用于中和玻璃纤维上的负电荷，往往须正确应用才能得到所需的正电荷：调整剂太少，活化层及附着不好;调整剂太多，会形成一层膜导致沉铜附着不好;以致孔壁拉脱。调整剂覆盖不充分，最容易在玻璃头上出现。在金相中，空洞开口表现在玻璃纤维处铜覆盖不好，或没有铜。其它引起在玻璃处出现空洞的原因有：玻璃蚀刻不充分，树脂蚀刻过分，玻璃蚀刻过分，催化不充分，或沉铜槽活性不好。其他影响Pd活化层在孔壁上覆盖的因素有：活化温度，活化时间，浓度等。若空洞在树脂上，可能有以下原因：去沾污步骤的锰酸盐残渣，等离子体残留物，调整或活化不充分，沉铜槽活性不高。

2、与化学沉铜有关的孔中空洞

在查看孔中空洞时，总看化学槽液是否有问题，同样再看看，化学沉铜前处理槽液，还要覆盖到化学铜，电镀铜，铅/锡槽共同问题。总的来讲，我们可以了解气泡，固态物(尘，棉)或有机物粘污，干膜可能阻碍镀液或活化液沉积。气泡褒入，有外来的和内在产生的气泡。外来气泡有时可能是板子进入槽中，或振荡摇摆时进入通孔中。而固有气泡是由化学沉铜液中附反应产生氢气引起，或电镀液中阴极产生氢气或阳极产生氧气。气泡引起的空洞有其特征：常常位于孔中央，而且在金相中对称分布，即对面孔壁有同样宽度范围内无铜。在孔壁表面镀上若有气泡，表现为小坑，空洞周围呈穗状。由尘埃，棉质品或油状膜引起的空洞，形状极不规则。有些防碍电镀或活化沉积的微粒还会被镀层金属包裹。非有机微粒可用EDX分析出，有机物可用FTIR检查。

有关避免气泡裹入的研究已有相当的深度。其中有许多影响因素：阴极移动摇摆幅度，板间间隔，振动摆动等。最有效的避免气泡进入孔中的方法为振动和碰撞。增加板面间隔，增加阴极移动距离也十分重要，化学沉铜槽中空气搅拌和活化槽撞击或振动几乎没有用。另外，增加化学沉铜湿润性，前处理潮位避免气泡也十分重要。镀液的表面能量于氢气气泡在跑出孔中或破灭前的尺寸有关，显然希望气泡在变大前排除于孔外，以免阻碍溶液交换。

3、干膜有关的孔中空洞

A.特征描述

孔口或孔边空洞(Rimvoids)，即空洞位于离板面较近的位置，它常常由位于孔中的抗蚀剂引起，大约50-70微米宽离板面50-70微米，边缘空洞可能位于板一面或两面，可能造成完全或部分开路。而由化学铜，电镀铜，镀铅/锡引起的空洞多位于孔中央。桶形裂纹(Barrelcracks)造成的空洞，也与干膜造成的空洞物理特征不同。

B.缺陷机理

孔口或孔边空洞是由于抗蚀剂进入孔内，显影时未去掉，它阻碍铜，锡，焊料电镀，抗蚀剂在去膜时去掉，化学铜被蚀刻掉。

一般显影后很难发现孔内的抗蚀剂，空洞所在的位置和缺陷宽度是判断孔口和孔边空洞的主要依据。抗蚀剂为何流入孔中?被抗蚀剂覆盖的孔中气压比大气压低20%，贴膜时孔中空气热，空气冷到室温时气压降低。气压导致抗蚀剂慢慢流入孔中，直至显影。

主要有三种因素导致抗蚀剂流动的速度深度，即：

(1〕贴膜前孔里有水或水汽。

(2)高厚径比小孔，以0.5mm孔为例。

(3)贴膜与显影时间太长。

水汽停在孔中的主要原因，水分可以降低抗蚀剂粘度，使其较快流入孔中。高厚径比小孔较易发生空洞问题，这是由于这种孔较难干燥。小孔中的抗蚀也较难显影。显影前时间较长也使更多的抗蚀剂流入孔中。表面处理与自动贴膜连线，更易发生问题。

C.避免孔口或孔边空洞

避免孔口或孔边空洞最佳及简单的办法是在表面处理后增加烘干的程度。孔若干燥，不会发生孔口或孔边空洞。再长的放置时间和显影不佳也不会造成孔口或孔边空洞。增加烘干后，尽可能使贴膜与显影间的放置时间短，但要考虑稳定问题，若发生以下情况，孔口或孔边空洞可能会发生(以前没有)：

(1)新的表面处理设备及干燥设备安装后。

(2)表面处理设备及干燥段功能失常。

(3)生产高厚径比小孔板。

(4)抗蚀剂变化或换厚的干膜。

(5)真空贴膜机使用。

最坏的也是少有的情形是，抗蚀剂在孔中形成掩盖层。表现为掩膜层被推入孔中50-70微米深，由于掩膜会阻碍溶液进入，在孔的一端表现为一般的边缘空洞，空洞会延伸到大部分孔中，从孔的另一端起，镀层厚度越接近孔中央越薄。

许多印制板厂已转为直接电镀工艺，它有时与贴膜机连线，若后段烘干不充分，可能会发生孔口和孔边空洞。要使小孔充分干燥，烘干段需十分充分。

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