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1、镀通孔7.1製程目的 雙面板以上完成鑽孔後即進行鍍通孔(Plated Through Hole , PTH)步驟，其目的使孔壁上之非導體部份之樹脂及玻纖束進行金屬化( metalization ), 以進行後來之電鍍銅製程,完成足夠導電及焊接之金屬孔壁。1986年，美國有一家化學公司Hunt 宣佈PTH不再需要傳統的貴金屬及無電銅的金屬化製程,可用碳粉的塗佈成為通電的媒介，商名為Black hole。之後陸續有其他不同base產品上市, 國內使用者非常多. 除傳統PTH外, 直接電鍍(direct plating)本章節也會述及. 7.2製造流程 去毛頭除膠渣PTHa一次銅 7.2.1. 去巴
2、里 (deburr) 鑽完孔後,若是鑽孔條件不適當,孔邊緣有1.未切斷銅絲2.未切斷玻纖的殘留,稱為burr.因其要斷不斷,而且粗糙,若不將之去除,可能造成通孔不良及孔小,因此鑽孔後會有de-burr製程.也有de-burr是放在Desmear之後才作業.一般de-burr是用機器刷磨,且會加入超音波及高壓沖洗的應用.可參考表4.1. 7.2.2. 除膠渣 (Desmear) A.目的: a. Desmear b. Create Micro-rough增加adhesion B. Smear產生的原因: 由於鑽孔時造成的高溫Resin超過Tg值，而形成融熔狀，終致產生膠渣。 此膠渣生於內層銅邊緣
3、及孔壁區，會造成P.I.(Poor lnterconnection) C. Desmear的四種方法: 硫酸法(Sulferic Acid) 、電漿法(Plasma)、鉻酸法(Cromic Acid)、 高錳酸鉀法(Permanganate). a. 硫酸法必須保持高濃度，但硫酸本身為脫水劑很難保持高濃度，且咬蝕出的孔面光滑無微孔，並不適用。 b. 電漿法效率慢且多為批次生產，而處理後大多仍必須配合其他濕製程處理，因此除非生產特殊板大多不予採用。 c. 鉻酸法咬蝕速度快，但微孔的產生並不理想，且廢水不易處理又有致癌的潛在風險，故漸被淘汰。 d. 高錳酸鉀法因配合溶劑製程，可以產生微孔。同時由於
4、還原電極的推出，使槽液安定性獲得較佳控制，因此目前較被普遍使用。7.2.2.1 高錳酸鉀法(KMnO4 Process): A.膨鬆劑(Sweller): a. 功能:軟化膨鬆Epoxy，降低 Polymer 間的鍵結能，使KMnO4 更易咬蝕形成 Micro-rough 速 率 作 用 Concentration b. 影響因素: 見圖7.1 c. 安全:不可和KMnO4 直接混合，以免產生強烈氧化還原，發生火災。 d. 原理解釋: (1) 見圖7.2 初期溶出可降低較弱的鍵結，使其鍵結間有了明顯的差異。若浸泡過長，強 的鏈結也漸次降低，終致整塊成為低鏈結能的表面。如果達到如此狀態，將無法形
5、成不同強度結面。若浸泡過短，則無法形成低鍵結及鍵結差異，如此 將使KMnO4咬蝕難以形成蜂窩面，終致影響到PTH的效果。 (2) Surface Tension的問題: 無論大小孔皆有可能有氣泡殘留，而表面力對孔內Wetting也影響頗大。故 採用較高溫操作有助於降低Surface Tension及去除氣泡。至於濃度的問題， 為使Drag out降低減少消耗而使用略低濃度，事實上較高濃度也可操作且速 度較快。 在製程中必須先Wetting孔內壁，以後才能使藥液進入作用，否則有空氣殘 留後續製程更不易進入孔內，其Smear將不可能去除。 B. 除膠劑 (KMnO4 ): a. 使用KMnO4的原
6、因:選KMnO4而未選NaMnO4是因為KMnO4溶解度較佳,單 價也較低。 b. 反應原理: 4MnO4- + C + 4OH- MnO4= + CO2 + 2H2O (此為主反應式) 2MnO4- + 2OH- 2MnO4= + 1/2 O2 + H2O (此為高PH值時自發性分解反應) MnO4- + H2O MnO2 + 2OH- + 1/2 O2 (此為自然反應會造成Mn+4沉澱) c. 作業方式:早期採氧化添加劑的方式，目前多用電極還原的方式操作，不穩 定的問題已獲解決。 d. 過程中其化學成份狀況皆以分析得知，但Mn+7為紫色, Mn+6為綠色,Mn+4 為黑色，可由直觀的色度來
7、直接判斷大略狀態。若有不正常發生，則可能 是電極效率出了問題須注意。 e. 咬蝕速率的影響因素: 見圖7.3f. 電極的好處: (1).使槽液壽命增長 (2).品質穩定且無By-product，其兩者比較如圖7.4: g. KMnO4形成Micro-rough的原因: 由於Sweller造成膨鬆，且有結合力之強弱，如此使咬蝕時產生選擇性， 而形成所謂的Micro-rough。但如因過度咬蝕，將再度平滑。 h. 咬蝕能力也會隨基材之不同而有所改變 i. 電極必須留心保養，電極效率較難定出絕對標準，且也很難確認是否足夠 應付實際需要。故平時所得經驗及廠商所提供資料，可加一係數做計算， 以為電極需求
8、參考。 C. 中和劑(Neutralizer): a. NaHSO3是可用的Neutralizer之一，其原理皆類似Mn+7 or Mm+6 or Mn+4(Neutralizer)-Mn+2 (Soluable) b. 為免於Pink Ring，在選擇Acid base必須考慮。HCl及 H2SO4系列都 有，但Cl易攻擊 Oxide Layer，所以用H2SO4為Base 的酸較佳。 c .藥液使用消耗分別以H2SO4及Neutralizer，用Auto-dosing 來補充，維 護。 7.2.2.2 .整條生產線的考慮: A.Cycle time：每Rack(Basket)進出某類槽的頻
9、率(時間) B.產能計算: (Working hours / Cycle time)*( FIight Bar / Hoist)*(Racks/Flight Bar)*(SF/Rack)= SF/Mon C.除膠渣前Pre-baking對板子的影響:見圖7.5 a.由於2.在壓合後己經過兩次Cure，結構會比1,3 Cure更完全，故Baking 會使結構均一，壓板不足處得以補償。 b.多量的氧，氧化了Resin間的Bonding，使咬蝕速率加劇23倍。且使1,2,3 區較均一。 c.釋放Stress，減少產生Void的機會. 7.2.2.3. 製程內主要反應及化學名稱: A化學反應: a .
10、主要反應 4MnO4- + 4OH- + Epoxy 4MnO4= + CO2 + 2H2O b. 副反應： 2MnO4- + 2OH- 2MnO4= + 1/2O2 + H2O (Side reaction) MnO4= + H2O (CI-/SO4= /Catalize Rx.) MnO2 + 2OH- + 1/2 O2 (Precipitation formation) 2MnO4= + NaOCI + H2O 2MnO4- + 2OH- + NaCI 4MnO4= + NaS2O8 + H2SO4 4MnO4- + 2OH- + 2Na2SO4 4MnO4= + K2S2O8 + H2
11、SO4 4MnO4- + 2OH- + 2K2SO4 (For Chemical regeneration type process reaction) 2MnO4= + 1/2 O2 + H2O 2MnO4- + 2 OH- (Electrolytic reaction: Need replenish air for Oxgen consumption) B.化學品名稱： MnO4-Permanganate NaS2O8 Sodium Persulfate MnO4=Manganate S2O4- Sulfate OH- Hydroxide(Caustic) CO2 Carbon Dioxi
12、de NaOCI Sodium Hydrochloride MnO2 Manganese Dioxide 7.2.2.4.典型的Desmear Process: 見表 7.2.2.5. Pocket Void的解釋: A.說法一:Sweller殘留在Glass fiber中，在Thermal cycle時爆開。 B.說法二: 見圖7.6 a壓板過程不良Stress積存，上鍚過程中力量釋出所致 b在膨漲中如果銅結合力強，而Resin釋出Stress方向呈Z軸方向，當Curing 不良而Stress過大時則易形成a之斷裂，如果孔銅結合力弱則易形成B 之Resinrecession，結合力好而內部樹
13、脂不夠強軔則出現c之Pocket void C如果爆開而形成銅凸出者稱為Pull away 7.2.3 化學銅(PTH) PTH系統概分為酸性及鹼性系統，特性依基本觀念而有不同。 7.2.3.1 酸性系統： A.基本製程： Conditioner Microetch Catalpretreatment Cataldeposit Accelerator Electroless Deposit B.單一步驟功能說明： a. 整孔 Conditioner： 1. Desmear後孔內呈現Bipolar現象，其中Cu呈現高電位正電，Glass fiber、Epoxy呈負電 2. 為使孔內呈現適當狀態，
14、Conditioner具有兩種基本功能 (1)Cleaner： 清潔表面 (2)Conditioner： 使孔壁呈正電性，以利Pd/Sn Colloid負電離子團吸附 3. 一般而言粒子間作用力大小如表 因而此類藥液系統會有吸附過多或Colloid過多的吸附是否可洗去之顧慮 4. Conditioner若Drag In 至 Activator槽，會使Pd+離子團降低 b. 微蝕 Microetch 1. Microetching旨在清除表面之Conditioner所形成的Film 2. 此同時亦可清洗銅面殘留的氧化物 c. 預活化 Catalpretreatment 1. 為避免Microetch形成的銅離子帶入Pd/Sn槽，預浸以減少帶入 2. 降低孔壁的Surface Tension d. 活化 Cataldeposit 1. 一般Pd膠體皆以以下結構存在：
