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七镀通孔7.1制程目的双面板以上完成钻孔后即进行镀通孔(PlatedThroughHole,PTH)步骤，其目的使孔壁上之非导体部份之树脂及玻纤束进行金属化(metalization),以进行后来之电镀铜制程,完成足够导电及焊接之金属孔壁。1986年，美国有一家化学公司Hunt宣布PTH不再需要传统的贵金属及无电铜的金属化制程,可用碳粉的涂布成为通电的媒介，商名为Blackhole。之后陆续有其它不同base产品上市,国内使用者非常多.除传统PTH外,直接电镀(directplating)本章节也会述及.7.2制造流程去毛头→除胶渣→PTHa一次铜7.2.1.去巴里(deburr)钻完孔后,若是钻孔条件不适当,孔边缘有1.未切断铜丝2.未切断玻纤的残留,称为burr.因其要断不断,而且粗糙,若不将之去除,可能造成通孔不良及孔小,因此钻孔后会有de-burr制程.也有de-burr是放在Desmear之后才作业.一般de-burr是用机器刷磨,且会加入超音波及高压冲洗的应用.可参考表4.1.7.2.2.除胶渣(Desmear)A.目的:a.Desmearb.CreateMicro-rough增加adhesionB.Smear产生的原因:由于钻孔时造成的高温Resin超过Tg值，而形成融熔状，终致产生胶渣。此胶渣生于内层铜边缘及孔壁区，会造成P.I.(Poorlnterconnection)C.Desmear的四种方法:硫酸法(SulfericAcid)、电浆法(Plasma)、铬酸法(CromicAcid)、高锰酸钾法(Permanganate).a.硫酸法必须保持高浓度，但硫酸本身为脱水剂很难保持高浓度，且咬蚀出的孔面光滑无微孔，并不适用。b.电浆法效率慢且多为批次生产，而处理后大多仍必须配合其它湿制程处理，因此除非生产特殊板大多不予采用。c.铬酸法咬蚀速度快，但微孔的产生并不理想，且废水不易处理又有致癌的潜在风险，故渐被淘汰。d.高锰酸钾法因配合溶剂制程，可以产生微孔。同时由于还原电极的推出，使槽液安定性获得较佳控制，因此目前较被普遍使用。7.2.2.1高锰酸钾法(KMnO4Process):A.膨松剂(Sweller):a.功能:软化膨松Epoxy，降低Polymer间的键结能，使KMnO4更易咬蚀形成Micro-rough速率作用Concentrationb.影响因素:见图7.1c.安全:不可和KMnO4直接混合，以免产生强烈氧化还原，发生火灾。d.原理解释:(1)见图7.2初期溶出可降低较弱的键结，使其键结间有了明显的差异。若浸泡过长，强的链接也渐次降低，终致整块成为低链接能的表面。如果达到如此状态，将无法形成不同强度结面。若浸泡过短，则无法形成低键结及键结差异，如此将使KMnO4咬蚀难以形成蜂窝面，终致影响到PTH的效果。(2)SurfaceTension的问题:无论大小孔皆有可能有气泡残留，而表面力对孔内Wetting也影响颇大。故采用较高温操作有助于降低SurfaceTension及去除气泡。至于浓度的问题，为使Dragout降低减少消耗而使用略低浓度，事实上较高浓度也可操作且速度较快。在制程中必须先Wetting孔内壁，以后才能使药液进入作用，否则有空气残留后续制程更不易进入孔内，其Smear将不可能去除。B.除胶剂(KMnO4):a.使用KMnO4的原因:选KMnO4而未选NaMnO4是因为KMnO4溶解度较佳,单价也较低。b.反应原理:4MnO4-+C+4OH-→MnO4=+CO2+2H2O(此为主反应式)2MnO4-+2OH-→2MnO4=+1/2O2+H2O(此为高PH值时自发性分解反应)MnO4-+H2O→MnO2+2OH-+1/2O2(此为自然反应会造成Mn+4沉淀)c.作业方式:早期采氧化添加剂的方式，目前多用电极还原的方式操作，不稳定的问题已获解决。d.过程中其化学成份状况皆以分析得知，但Mn+7为紫色,Mn+6为绿色,Mn+4为黑色，可由直观的色度来直接判断大略状态。若有不正常发生，则可能是电极效率出了问题须注意。e.咬蚀速率的影响因素:见图7.3f.电极的好处:(1).使槽液寿命增长(2).质量稳定且无By-product，其两者比较如图7.4:g.KMnO4形成Micro-rough的原因:由于Sweller造成膨松，且有结合力之强弱，如此使咬蚀时产生选择性，而形成所谓的Micro-rough。但如因过度咬蚀，将再度平滑。h.咬蚀能力也会随基材之不同而有所改变i.电极必须留心保养，电极效率较难定出绝对标准，且也很难确认是否足够应付实际需要。故平时所得经验及厂商所提供数据，可加一系数做计算，以为电极需求参考。C.中和剂(Neutralizer):a.NaHSO3是可用的Neutralizer之一，其原理皆类似Mn+7orMm+6orMn+4(Neutralizer)-Mn+2(Soluable)b.为免于PinkRing，在选择Acidbase必须考虑。HCl及H2SO4系列都有，但Cl易攻击OxideLayer，所以用H2SO4为Base的酸较佳。c.药液使用消耗分别以H2SO4及Neutralizer，用Auto-dosing来补充，维护。7.2.2.2.整条生产线的考虑:A.Cycletime：每Rack(Basket)进出某类槽的频率(时间)B.产能计算:(Workinghours/Cycletime)*(FIightBar/Hoist)*(Racks/FlightBar)*(SF/Rack)=SF/MonC.除胶渣前Pre-baking对板子的影响:见图7.5a.由于2.在压合后己经过两次Cure，结构会比1,3Cure更完全，故Baking会使结构均一，压板不足处得以补偿。b.多量的氧，氧化了Resin间的Bonding，使咬蚀速率加剧2~3倍。且使1,2,3区较均一。c.释放Stress，减少产生Void的机会.7.2.2.3.制程内主要反应及化学名称:A．化学反应:a.主要反应4MnO4-+4OH-+Epoxy→4MnO4=+CO2↑+2H2Ob.副反应：2MnO4-+2OH-←→2MnO4=+1/2O2+H2O(Sidereaction)MnO4=+H2O(CI-/SO4=/CatalizeRx.)→MnO2↓+2OH-+1/2O2(Precipitationformation)2MnO4=+NaOCI+H2O→2MnO4-+2OH-+NaCI4MnO4=+NaS2O8+H2SO4→4MnO4-+2OH-+2Na2SO44MnO4=+K2S2O8+H2SO4→4MnO4-+2OH-+2K2SO4(ForChemicalregenerationtypeprocessreaction)2MnO4=+1/2O2+H2O←→2MnO4-+2OH-(Electrolyticreaction:NeedreplenishairforOxgenconsumption)B.化学品名称：MnO4-PermanganateNaS2O8SodiumPersulfateMnO4=ManganateS2O4-SulfateOH-Hydroxide(Caustic)CO2CarbonDioxideNaOCISodiumHydrochlorideMnO2ManganeseDioxide7.2.2.4.典型的DesmearProcess:见表7.2.2.5.PocketVoid的解释:A.说法一:Sweller残留在Glassfiber中，在Thermalcycle时爆开。B.说法二:见图7.6a．压板过程不良Stress积存，上钖过程中力量释出所致b．在膨涨中如果铜结合力强，而Resin释出Stress方向呈Z轴方向，当Curing不良而Stress过大时则易形成a之断裂，如果孔铜结合力弱则易形成B之Resinrecession，结合力好而内部树脂不够强轫则出现c之PocketvoidC﹒如果爆开而形成铜凸出者称为Pullaway7.2.3化学铜(PTH)PTH系统概分为酸性及碱性系统，特性依基本观念而有不同。7.2.3.1酸性系统：A.基本制程：Conditioner→Microetch→Catalpretreatment→Cataldeposit→Accelerator→ElectrolessDepositB.单一步骤功能说明：a.整孔Conditioner：1.Desmear后孔内呈现Bipolar现象，其中Cu呈现高电位正电，Glassfiber、Epoxy呈负电2.为使孔内呈现适当状态，Conditioner具有两种基本功能(1)Cleaner：清洁表面(2)Conditioner：使孔壁呈正电性，以利Pd/SnColloid负电离子团吸附3.一般而言粒子间作用力大小如表因而此类药液系统会有吸附过多或Colloid过多的吸附是否可洗去之顾虑4.Conditioner若DragIn至Activator槽，会使Pd+离子团降低b.微蚀Microetch1.Microetching旨在清除表面之Conditioner所形成的Film2.此同时亦可清洗铜面残留的氧化物c.预活化Catalpretreatment1.为避免Microetch形成的铜离子带入Pd/Sn槽，预浸以减少带入2.降低孔壁的SurfaceTensiond.活化Cataldeposit1.一般Pd胶体皆以以下结构存在：见图7.72.Pd2+：Sn2+：Cl-=1：6：12较安定3.一般胶体的架构方式是以以下方式结合：见图7.8当吸附时由于Cl会产生架桥作用，且其半径较大使其吸附不易良好，尤其如果孔内的Roughness不适当更可能造成问题。4.孔壁吸附了负离子团，即中和形成中和电性e.速化Accelerator1.Pd胶体吸附后必须去除Sn，使Pd2+曝露，如此才能在未来无电解铜中产生催化作用形成化学铜2.基本化学反应为：Pd+2/Sn+2(HF)→Pd+2(ad)+Sn+2(aq)Pd+2(ad)(HCHO)→Pd(s)3.一般而言Sn与Pd特性不同，Pd为贵金属而Sn则不然，因此其主反应可如下：Sn+2aSn+4+6F-→SnF6-2orSn+2+4F-→SnF4-2而Pd则有两种情形：PH=4Pd+2+2(OH)-→Pd(OH)2PH4Pd+2+6F-→PdF6-44.Pd吸附在本系统中本身就不易均匀，故速化所能发挥的效果就极受限制。除去不足时会产生P.I.，而过长时则可能因为过份去除产生破洞，这也是何以Back_light观察时会有缺点的原因5.活化后水洗不足或浸泡太久会形成Sn+2aSn(OH)2或Sn(OH)4，此易形成胶体膜.而Sn+4过高也会形成Sn(OH)4，尤其在Pd吸太多时易呈PTH粗糙6.液中悬浮粒子多，易形成PTH粗糙f.化学铜沉积ElectrolessDeposit1.利用孔内沉积的Pd催化无电解铜与HCHO作用,使化学铜沉积2.Pd在化学铜槽的功能有二：(1)作为Catalyst吸附H-之主体，加速HCHO的反应(2)作为Conductor，以利e-转移至Cu+2上形成Cu沉积3.其基本反应及Mechanism见图7.9a;7.9b：4.由于槽液在操作开始时缺少H2含量，故其活性可能不够，而且改变温度也易使槽液不稳定。故在操作前一般先以Dummyboards先行提升活性再作生产，才能达到操作要求5.Bathloading也因上述要求而有极大的影响，太高的Bathloading会造成过度的活化而使槽液不安定。相反若太低则会因H2的流失而形成沉积速率过低。故其Max与Min值应与厂商确认做出建议值6.如果温度过高，[NaOH],[HCHO]浓度不当或者Pd+2累积过高都可能造成P.I.或PTH粗糙的问题g.整个反应状态见图7.10所示7.2.3.2、碱性系统：A.基本制程：Conditioner→EtchCleaner→Catalpretreatment→Activator→Reduc