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镀覆孔质量控制和检测方法
                        伴随微电子技术飞速发展，多层和积层印制电路板在电子工业中取得广泛应用，而且对可靠性要求越来越高。而镀覆孔作为贯穿连接多层和积层式印制电路板各层电路导体，其质量优劣对印制电路板可靠性有着很大影响。所以，在印制电路板生产过程中对镀覆孔质量控制和质量检测，对镀覆孔质量确保起着很关键作用。
  在印制电路板制造程序中，对镀覆孔质量影响较大工序关键是数控钻孔、化学沉铜和电镀等。要实施质量跟踪和检测，就必需依据不一样工序特点，制订和建立控制关键点和设置控制点，并采取不一样工艺方法和检测手段，实现随机质量控制。为愈加深刻地了解各工序工艺特征，就需分别加以研究和讨论。

                         一．钻孔质量控制
  钻孔是印制电路板制造关键工序之一。对于钻孔工序而言，影响孔壁质量关键原因是钻头转速和进刀速度。要设定正确钻孔工艺参数，就必需了解所采取基板材料性质和特点。不然所设定工艺参数：转速、进刀速度等所钻孔就达不到技术要求，严重就会造成孔壁环氧钻污或拉伤，以致在后工序沉铜或电镀过程中产生空洞、镀瘤等缺点。依据这种情况，就必需采取工艺试验法，也就是将进厂基板材料进行试验，设定不一样进刀速度和转速进行组合钻孔，再经化学沉铜后，采取金相剖切法对切片展现孔镀层图像和实物进行评定，确定最隹工艺参数范围，方便 在生产过程中依据不一样厂家供给基板材料调整工艺参数。
  当然，在钻孔工序中其它影响孔壁质量有原因也必需给予重视和控制。如钻头质量及钻孔过程所使用上盖板下垫板材料、钻孔过程吸尘系统和叠层数量等。
                       二．沉铜工序质量控制
  化学沉铜是镀覆孔过程第一步，它质量优劣直接影响电镀质量。所以确保化学沉铜层质量，是确保通孔电镀质量基础。为此，必需严格地对化学沉铜槽液进行有效控制和检测。这因为化学沉铜溶液在生产过程中溶液多种成份会有很大改变，除了实现自动控制系统作用外，还应采取定时定时抽查分析溶液中多种成份含量是否符合工艺规范要求，以确保溶液正常工作。依据化学沉铜机理关键控制其沉积速率及沉积层密实性。化学沉铜沉积效果检测关键项目是沉积速率和背光试验来进行。
 （1）沉铜速率控制和检测
  依据化学沉铜反应化学原理，对化学沉铜速率关键影响原因有二价铜离子浓度、甲醛浓度、PH值、添加剂、温度和溶液搅拌等。所以，每当溶液工作一段时间（时间长短由溶液负载量来决定），就采取一块试验板（带有孔）随产品流过沉铜生产线，以测试其沉铜速度是否符合工艺技术指标和要求。如符合工艺要求，产品板还必需使用检孔镜对产品板进行检验后转入下道工序。如未符合工艺要求，就必需进行背光试验作深入测试和判定。测试沉铜沉积速率和背光试验具体工艺方法以下：
 1．沉积速率测定：
  首先将剥掉铜基板，剪裁成尺寸为100×100mm（即1dm2）在试验板上一排小孔，留着背光试验用。测定沉积速率板沉铜前后均在120℃下烘1小时再称重。沉铜速率可经过下式计算：
                    S＝［（W2－W1）/t］×5.580
式中：S－沉铜速率（(m/min）
      W1－沉铜前试验板重量（g）
      W2－沉铜后试验板重量（g）
      T－沉铜时间（min）
      5.580－每沉积1克铜新增加铜层厚度（(m）
 2．背光试验检测：
  关键检测沉铜层致密度。评定标准要依据所采取供给商提供标准而定。德国先灵企业将沉铜层致密度分为12个背光等级，最高为5 级，最低为0.5级；其它企业所提供等级标准各有不一样，全部有评定合格标准，如背光等级低于合格标准，就说明沉铜层致密度差，其最终电镀质量也就无法确保。其具体方法就是将试验板切一块带有孔基板材料作试样，经过锯切或磨制到孔中心位置（即中心线上）。测试时利用光从底面射入，然后使用100倍放大镜进行检验即可。
  经过上述两种控制沉铜质量工艺方法，就能够深入确定孔壁质量可靠性，当转入下道工序－进行电镀铜时，只要能够严格控制电镀工艺参数就能够达成最终技术标准和技术要求。

                       三．电镀铜层质量控制
  通孔电镀铜层质量控制是很关键，因为多层或积层板向高密度、高精度、多功效化方向发展，对镀铜层结协力、均匀细致性、抗张强度及延伸率等要求越来越严，也越来越高，所以对通孔电镀质量控制就显得尤其关键。为确保通孔电镀铜层均匀性和一致性，在高纵横比印制电路板电镀铜工艺中，大多全部是在优质添加剂辅助作用下，配适宜度空气搅拌和阴极移动，在相对较低电流密度条件下进行，使孔内电极反应控制区加大，电镀添加剂作用才能显示出来，再加上阴极移动很有利于镀液深镀能力提升，镀件极化度加大，镀层电结晶过程中晶核形成速度和晶粒长大速度相互赔偿，从而取得高韧性铜层。
  当然，电流密度设定是依据被镀印制电路板实际电镀面积而定。从电镀原了解度分析，电流密度取值还必需依据高酸低铜电解液主盐浓度、溶液温度、添加剂含量、搅拌程度等原因相关。总而言之，要严格控制电镀铜工艺参数和工艺条件，才能更能确保孔内镀铜层厚度符合技术标准要求。但必需经过评定，做法以下：
 （1）孔壁镀铜层厚度测定
  依据标准要求，孔壁镀铜层厚度应(25微米。镀铜层过薄会造成孔电阻超标，而且还有可能经红外热熔或热风整平过程中出现孔壁铜层破裂。
  具体测定方法就是利用金相切片，选择孔壁镀层内最薄部位不一样位置三个测点，进行测试，将其测试结果取平均值。
（2）孔壁铜层热应力测试
  孔壁在电镀过程中，镀层会有应力产生。尤其当电镀液洁净度不高情况下，孔壁镀铜层应力就大，经过热应力试验 ，孔口处会因为应力集中而产生开裂；假如电镀质量高话，其产生应力就很小，经过热应力试验后，其金相部切结果，孔口未开裂。经过测试结果就能够确定其生产还是停产。
  上述所谈及相关镀覆孔质量控制问题，是最普遍采取工艺方法和方法。伴随高科技发展，新控制系统就会出现，尤其全封闭式水平生产流水线上采取“反脉冲技术” 供电方法逐步替换直流供电形式，达成处理深导通孔和深盲孔电镀问题已取得愈加显著经济和技术效果。
                          高纵横比导通孔电镀技术  
  印制电路板制造业越来越需要高纵横比、小孔印制电路板电镀工艺。它是推进高层数多层印制电路板制造技术发展动力。因为孔镀层可靠性，对印制电路板利用起到了关键性作用。怎样确保高纵横比深孔电镀问题，是全部印制电路工作者科技任务，是必需面临最关键问题。为此，很多研究部门着手进行有计划研制和开发。从目前科技资料报导推芨方法很多，其中有脉冲电镀技术、化学气相沉积技术、溶液冲击电镀技术、全化学镀铜技术和改善型（高酸低铜）空气搅拌技术等。现将这部分技术分别介绍以下：
  一．脉冲电镀工艺技术
  脉冲电镀技术，早已利用于电铸成型工艺中，是比较成熟技术。但利用在高纵横比小孔电镀还必需进行大量工艺试验。因脉冲电源不一样于通常直流电源，它是经过一个开关元件使整流器以US速度开/关，向阴极提供脉冲信号，当整流器处于关状态时，它比直流电更有效地向孔内边界层补充铜离子，从而使高纵横比印制电路板沉积层愈加均匀。现在已研制脉冲整流器利用在全封闭式水平电镀生产流水线上，使用效果取得极为显著经济和技术成效。
  采取了“定时反脉冲”根据时间使电流在供电方法上忽而正镀忽而反镀（即阳极溶解）根据时间百分比交替进行，使电度铜沉主动难在常规供电方法取得对应铜层厚度而得以处理。当阴极上印制电路板处于反电流时，就能够将孔口高电流密度区铜层快速得到快速溶解，因为添加剂作用，对低电流密度区影响却很微，所以将逐步使得孔内铜层厚度和板面铜厚度趋向于均等。
  反脉冲技术应用到印制电路板生产中，很好处理了多层板和积层板上面深孔或深盲孔（纵横比为1:1以上－指盲孔而言）电镀难题。它和常规供电方法电镀铜进行比较，其数据列表以下：
            表4   直流和脉冲对深孔镀铜比较
 样板
 孔长
(板厚)
 (mm)
 孔径
 (mm)
纵横比
电流密
  度
 ASD
   脉   冲   电   镀    铜
  直流电镀铜
反波/正
波电流比(%)
正反时
间比
 (ms)
分布力
 (%)
全程时
  间
 (分)
分布力
 (%)
全程时
  间
 (分)
  A
  2.4
  0.3

  8:1
 3.3
 310
 20/1.0
  92
 58
 75
 113
  D
  3.2
  0.3
 10.7:1
 3.0
 250
 20/1.0
  78
 45
 70-75
  70
  二．化学气相沉积技术
  化学气相沉积是沉铜工艺方法之－，它是将气相中一个组份或多个组份聚积于基体上，并在基体上发生反应，产生固相沉积层。而化学气相沉积属于原子沉积类，其基础原理是沉积物以原子、离子、分子等原子尺度形态在材料表面沉积，形成外加覆盖层，假如覆盖层是经过化学反应形成，则称为化学气相沉积（CVD），其过程包含三个阶段即：物料气化、运到基材周围空间和在基体上形成覆盖层。该技术发展很快，它所得以快速发展，是和它本身特点分不开，其特点是：沉积物众多，它能够沉积金属；能均匀涂覆几何形状复杂零件，这是它含有高度分散性；涂层和基体结合牢靠；设备简单操作方便。采取CVD新技术目标在于处理高纵横比小孔电镀问题，提升生产效率和镀层均匀性和物化性能及使用帮命。最常见CVD新技术有脉冲CVD法、超声波CVD等。
  化学气相法沉积技术应用，还必需做大量工艺试验，使该项新技术，能在处理高纵横比深孔或积层式深盲孔电镀上起到应有作用。
  三．溶液冲击电镀铜工艺技术
  它是和电镀金生产线高速流动金液冲击印制电路板插头表面进行电镀原理一样工艺方法。其具体实施方法就是在电镀槽中安装2个5马力马达，迫使阴极周围溶液以0.56－1.12kg/cm2压力喷出管道上孔径为12.7mm孔，射向印制电路板一边，然后从印制电路板另一边流出，电镀通孔进出口压力不一样，两管道平行放置，溶液以150－250克/分钟流速循环经过管道，这提升板面镀层均匀性，阴极并以50.8MM半径旋转，而不是平行往返移动，冲击电镀和常规空气搅拌电镀相类似，全部依靠于化学特征和电气特征。这一个类型工艺方法，给槽体系统制造带来部分系列因难，因为要适应这种工艺方法需要，还必需设计一套复杂专用泵、特殊夹具和电镀槽结构形式，能否很快地利用四处理高纵横比小孔电镀铜问题，这需很长一段时间，但从原理分析，应是可行，但需要作很大改善。
  四．全化学镀铜工艺技术
  全化学镀铜工艺方法处理深孔电镀问题以是一个路径，它是利用化学催化作用，而不是电气作用来沉积铜，因为不需要施加电流，所以也就不存在因为电流分布不均匀而造成镀层分布不均匀问题。全化学镀铜沉积速率为1.78－2.03(m/hr，根据这个速率沉积30(m铜层需要18小时以上，生产效率很低，但它工作负载高达0.25－0.5平方英尺/4.5升（0.05－0.10平方米/升）而电化学方法工作负载只有0.002平方米/升，其化学组份采取自动分析仪来控制，在生产过程中沉积速度能够采取沉积速度试验板来定时监控。如把此种类型工艺技术用生产自动流水线上，仅需要在现有化学沉铜线上增加一个10％弱腐蚀槽和一个全化学沉铜槽就能够了。但从试验汇报中获知，此种类型工艺方法，对通孔电镀能力很强，表面和孔镀层厚度比靠近1:1，但它最大缺点就铜层最关键物性－延伸率只有2－3％，离标准差距较大，而且镀层脆，尤其是经热冲击后铜镀层轻易产生破裂。
  五．改善型空气搅拌电镀技术
  空气搅拌电镀体系，此种类型工艺方法已被很多厂家利用于生产流水线上，取得较显著技术效果。该工艺体系是采取印制电路板往返移动搅拌溶液，使孔内溶液得到立即交换，同时又采取高酸低铜电解液，经过提升酸浓度增加溶液电导率，降低铜浓度达成减小孔内溶液欧姆电阻，并借助优良添加剂配合，确保高纵横比印制电路板电镀可靠性和稳定性。依据电解液特征，要使得深孔电镀达成技术要求，就必限制电流密度取值，原因是因为欧姆电阻直接影响，而不是物质传输。关键是确保孔内要有足够电流，使电极反应控制区扩大到整个孔内表面，使铜离子很快转化成金属铜，为此应把常规使用电流密度值降低到50％ 使电镀通孔内过电位比高电流密度电镀时，孔内能够取得足够电流。
  以上所介绍工艺方法，其中有些技术现已经利用在生产高纵横比印制电路板电镀铜上，取得很好效果。现在较为成熟脉冲电镀技术，经过研制和开发，采取“定时反脉冲”工艺技术利用到多层和积层多层印制电路板深孔或深盲孔电镀铜上，制造出适应脉冲电镀反脉冲整流器，使此种类型工艺方法定会处到普遍应用。

               全板镀金镀层起层和色变原因分析及控制

  在型号研制生产过程中，其控制系统中四层板需全板镀金，该板特点是密度高，导线细、间距窄（只有0.05mm）导线宽度0.30 mm。为确保金－镍－铜层结协力，对所经过工序全部进行分析和处理，使多种类型处理溶液处于最隹状态，首先排除各类溶液对三者之间结合强度直接影响。但稍为不慎就会产生镍层从铜层上分离开来或金镀层从镍镀层表面脱落，其原因经过数次试验，有以下三个方面：
（一）镀层分层原因分析
  1．经光亮镀铜后，没有进行根当地清除表面膜，所以清洗后直接转入镍镀槽内进行电镀作业。所以镀后镍层从铜表面分离。为何会产生微薄膜呢？因为光亮镀铜溶液含有一定量添加剂如光亮剂、整平剂、润湿剂等，也就指少许添加剂，它在电解液内不会显著地改变镀液性质，但会显著改善镀层性质，但镀层表面会吸附有这类添加剂等有机物质，这些有机物质在经过镀铜表面吸附很牢，极难使用通常流动清洗水除去，必需配有专用处理溶液进行一定时间清除处理，方能达成满意表面效果。就是因为这些看不见透明薄膜，直接影响镍镀层和铜表面结合强度。
  2．铜表面还必需进行微粗化处理，使铜表面形成微粗糙表面，以增加铜层和镍层结合强度因为镍镀层含有一定应力，这种应力尤其在光亮铜表面就会形成拉应力，而从铜表面分离，微粗化目标就是增加和镍镀层结协力。因为粗化处理不妥，造成铜层表面不均匀状态，使镍镀层分布一致性受到直接影响，造成局部结协力好，星星点点部位差，而发生镍层从铜表面上分层。
  3．铜表面经过处理后，清洗时间不易过长，因为清洗水也含有一定酸性物质尽管其含量微弱，但对铜表面影响不能掉以轻心，应严格根据工艺规范要求时间进行清洗作业。
  4．金层从镍层表面脱洛关键原因，就是镍表面处理问题。镍金属表面活性差极难取处令人满意效果。镍镀层表面易在空气中产生钝化膜，如处理不妥，就会使金层从镍层表面分离。如活化不妥就会在进电镀金时，金层就会从镍层表面脱离即起皮脱落。第二方面原因是因为活后，清洗时间过长，造成镍表面从新生成钝化膜层，然后再去进行镀金，肯定会产生镀层脱落疵。
  以上分析了三种镀层间产生质量缺点关键原因。处理此种类型质量问题，就必需针对其表面特点，采取不一样工艺方法进行处理。
  依据光亮镀铜表面特征分析，要取得高质量镀层品质，就必需采取镀后进行弱腐蚀处理，以除去表面因为添加剂造成表面膜，使用稀硫酸水溶液进行处理，使铜表面展现激化状态，立即带电转入镍槽内，依据被镀面积选择合适电流密度进行电镀。镀镍后立即经过新盐酸活化处理，经清洗后立即进行金槽内进行镀金。经过这么处理后，三者镀层之间结协力才能达成要求工艺技术指标。
（二）金层颜色不正或变色原因分析
  酸性镀硬金所使用电流密度很小，控制不好镀层就会发黑或发红，这就说明使电流密度不妥，当电流设定值确定后，金层表面仍然显示不出金本色，这关键原因是溶液温度选择不妥。这是控制方面选择不妥所造成镀层颜色不正常。其次因为柠檬酸盐镀其溶液粘度增高，镀金后回收槽清洗后，再用流动水冲洗表面没有冲洗洁净，当暴露于空气中而变色。所以，镀金后表面清洗要严格根据工艺规范进行，以确保镀层质量可靠性和稳定性。
（三）镀金工艺规范中要求电流密度很窄，所以控制时要很严格，稍为电流密度控制失灵，金层质量就无法确保。依据这种工艺特征，最好采取“面积测定法”即进行严格而又正确计算圆面积，安装导电挂具，将不需要镀部位用绝缘物保护起来，只留下要求电流密度抽需电镀面积，使电流密度保持在要求工艺范围内。采取此种工艺方法就能确保镀金部位所需要电流，使金层质量有很大提升。
  所以，不管是全板镀金或局部镀金，首先要确保表面无沾污、金层表面处于激活状态和严格地控制工艺规范所提供工艺参数及槽液成份正常情况下，才能镀出高质量光亮金黄色金层。