Análise de Causa Raiz de Falhas em Vias Cegas no Preenchimento de Cobre em PCB Cavidade Vazia

Nos últimos anos, com o rápido desenvolvimento de produtos eletrônicos referentes a vídeo digital e comunicações móveis digitais, o desenvolvimento neste tipo de produtos está empurrando PCBs em direção ao desenvolvimento em termos de leveza, finura, miniaturização, múltiplas funções e alta densidade e confiabilidade. O espaço de roteamento limitado em PCBs leva ao limite próximo entre vias, trilhas, trilhas e vias e o advento do processo de preenchimento de cobre em vias, fazendo a densidade de PCBs melhorar em aproximadamente 10% a 30%. A Figura 1 mostra uma placa HDI (Interconexão de Alta Densidade) baseada em preenchimento de cobre em vias.

Como o design de via é capaz de economizar espaço de roteamento em grande medida e vias cegas preenchidas com cobre apresentam alta confiabilidade, vias cegas com enchimento de cobre por galvanoplastia têm muitas vantagens. Além disso, este processo é relativamente simples, economiza custos e mantém procedimento simplificado. Devido a esses méritos mencionados acima, via cega com enchimento de cobre por galvanoplastia será massivamente aplicada na fabricação de PCB HDI, considerada como uma tendência futura no campo de PCB. No entanto, alguns problemas ainda ocorrem com a aplicação de via cega com enchimento de cobre por galvanoplastia, incluindo covinha extremamente grande, vazamento e cavidade vazia dentro das vias. Como dor de cabeça para fabricantes de PCB, muitos elementos complicados contribuem para cavidade vazia dentro das vias. Este artigo discutirá as causas para cavidade vazia dentro das vias e trará medidas correspondentes para lidar com elas, a fim de resolver a falha e aumentar o rendimento dos produtos.

Análise de Falha

Muitos elementos causam cavidade vazia em vias cegas com enchimento de cobre por galvanoplastia e cada elemento deve ser analisado das perspectivas de características e mecanismo de formação para que o efeito seja otimizado.

• Bolhas em vias cegas

As fontes de bolhas derivam de trazimento externo e auto-reativo. Geralmente, galvanoplastia flash é requerida para ser processada em PCBs antes do enchimento de cobre por galvanoplastia, a fim de fortalecer a condutividade da via e ser conveniente para armazenamento. Oxidação séria de via tende a ser causada se as placas ficarem expostas ao ar por muito tempo, então o tempo de permanência não deve ser muito longo. De outra forma, pré-processamento ruim levará à não eliminação de bolhas nas vias e plano de oxidação, aumentando grandemente a taxa de cavidade vazia em vias cegas, o que é indicado na Figura 2.

O advento de bolhas também reside na reação anódica no tanque de cobre e a reação H₂O → ½O₂ + 2e⁻ + 2H⁺ ocorrerá no ânodo quando ânodo insolúvel for aplicado. Baseado nesta reação, pode ser concluído que oxigênio escapará do ânodo insolúvel, levando a alta compensação de aditivo e escalada de vida útil do ânodo ou até passivação do ânodo e defeito de PCB. Portanto, para resolver este problema, sulfato ferroso moderado é adicionado à solução de galvanoplastia para eliminar o oxigênio escapando do ânodo quando a reação anódica segue estas duas reações: Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻, Fe³⁺ + Cu → Fe²⁺ + e⁻.

Para garantir implementação suave da reação, Cu deve ser constantemente adicionado à solução de galvanoplastia, geralmente pó de óxido cúprico. Simultaneamente, para reduzir a reação parasita no cátodo, requisitos mais altos devem ser definidos em termos de fluxo na solução de galvanoplastia e material do cátodo deve ser melhorado.

Este tipo de falha causada por cavidade vazia geralmente ocorre no fundo de vias cegas, exibindo formas simétricas e regulares. Para a melhoria deste problema, medidas podem ser realizadas dos seguintes aspectos:

a. Tempo de permanência e ambiente de armazenamento devem ser bem controlados antes do enchimento de cobre por galvanoplastia. Comumente, para placas sem galvanoplastia flash, o enchimento de cobre por galvanoplastia deve ser finalizado em 4 horas, enquanto para placas com galvanoplastia flash concluída, deve ser finalizado em 12 horas. As placas devem ser armazenadas longe de ambiente ácido e, se possível, é melhor armazená-las em salas com ar condicionado capazes de controlar temperatura e umidade do ambiente.

b. O efeito do pré-processamento deve ser melhorado e dispositivos necessários de eliminação de bolhas devem ser adicionados. O pré-processamento é extremamente significativo, pois o pré-processamento de enchimento de cobre por galvanoplastia está diretamente relacionado com o efeito de enchimento. Para garantir o efeito do pré-processamento, agente desengordurante ácido é aconselhado a ser escolhido e a quantidade de fluxo de água é aumentada adequadamente. Além disso, no inverno, quando a temperatura da água é relativamente baixa (menos de 15°C), um pouco de ácido sulfúrico deve ser adicionado para lavagem com água após a aplicação de desengordurante ou dispositivos de aquecimento podem ser adicionados para garantir o efeito de lavagem. Além disso, vibração e válvula de ar podem ser montadas no tanque de pré-processamento para eliminar bolhas nas vias.

c. Seleção do material do ânodo do tanque de cobre e controle nos parâmetros de corrente. Baseado na segunda fonte de bolhas, é muito importante selecionar material adequado do ânodo do tanque de cobre. O material do ânodo deve ser útil para a melhoria do desempenho do ânodo e diminuição do consumo de aditivo. Quando os parâmetros de corrente são muito grandes, as reações no ânodo serão aceleradas, de modo que o número de bolhas será aumentado. Sob tal condição, bolhas entrarão em vias cegas conforme fluem para fora e não poderão ser eliminadas das vias. Portanto, além da seleção do material do ânodo e controle dos parâmetros de corrente, bolsa de ânodo ou camada de proteção são requeridas para serem adicionadas ao exterior da rede de ânodo, a fim de prevenir bolhas geradas pelo ânodo entrando diretamente na solução de galvanoplastia.

• Desequilíbrio de componentes aditivos

Os componentes da solução de galvanoplastia de enchimento de cobre incluem sulfato de cobre, ácido sulfúrico, íon cloreto e aditivo e o efeito de enchimento dentro de vias cegas é implementado através do mecanismo de ação entre componentes na solução de galvanoplastia. Aditivos desempenham seus próprios papéis no processo de galvanoplastia mutuamente e independentemente. O agente brilhante desempenha um papel em características de absorção ou características elétricas na interface do eletrodo e mudando a forma e propriedade dos sedimentos para obter o plano de galvanoplastia prospectivo requerido. O agente de entrega é capaz de empurrar o agente brilhante a mover-se para frente em cada distribuição de covinha do cátodo. No entanto, não funcionará a menos que íons cloreto ajudem. O agente de entrega é responsável por tornar a distribuição desigual uniforme devido às suas capacidades de capacidade de nivelamento e galvanoplastia uniforme. O agente nivelador tende a ser absorvido por posições com eletronegatividade relativamente forte porque apresenta forte eletropositividade em solução ácida. Então, torna íons de cobre difíceis de depositar sem a influência do depósito de cobre na área de densidade com nível baixo como resultado de competição com íons de cobre com eletricidade positiva.

É bastante importante controlar componentes e quantidade de aditivos e a falha do controle de componentes leva a mau enchimento de cobre de vias cegas ou cavidade vazia, como mostrado na Figura 3.

A resolução para a falha de cavidade vazia causada por esta razão reside no controle em termos de componentes aditivos e quantidade de aditivo, incluindo:
a. A vazão de aditivo deve ser periodicamente calibrada para garantir vazão precisa, de modo que controle efetivo possa ser obtido.
b. Tratamento com carbono deve ser periodicamente realizado na solução com base na condição de poluição da solução de galvanoplastia.
c. Componentes do agente são analisados periodicamente e conteúdo de aditivo e efeito de galvanoplastia devem ser estimados pelo experimento de Hull Cell para verificar se o efeito de galvanoplastia está dentro da categoria normal e o ajuste correspondente deve ser feito a tempo.

• Causa de matéria estranha

O ambiente de linhas de procedimento de enchimento de cobre por galvanoplastia, suprimentos aplicados e atividades de produção diárias todos levarão a poluições com diferentes graus de poluição. Todos os tipos de matérias estranhas ou contaminantes são inevitáveis. Para micro matérias estranhas, elas não podem ser vistas por nossos olhos e é extremamente difícil eliminá-las. Uma vez que entram em vias cegas, cavidade vazia tende a ser feita, como mostrado na Figura 4 abaixo.

Para esta falha de cavidade vazia em vias cegas, a causa para ela é fácil de ser encontrada. Através de MEV, a forma da cavidade vazia em vias cegas pode ser observada. Portanto, as medidas para encontrar a fonte de matérias estranhas incluem:
a. Matérias estranhas externas são impedidas de entrar na solução de galvanoplastia e linha de procedimento fechada é sugerida.
b. Estimar se materiais aplicados ou pureza do agente atingem o padrão e se atendem ao requisito de fabricação de PCB.
c. Filtragem periódica e pureza devem ser implementadas no agente de galvanoplastia para garantir vivacidade e cor clara.

Conclusão

Naturalmente, as causas para falha de cavidade vazia em vias cegas são muito mais do que as listadas e há muitas causas para isso, incluindo classificação de material de constante dielétrica, espessura, tipo de via cega e parâmetros de corrente de galvanoplastia.

Em conclusão, a chave é descobrir a razão para falha de cavidade vazia em vias cegas confrontadas com falha de via vazia. Enquanto isso, é uma boa ideia observar a forma da falha de cavidade vazia e resumir experiência, para encontrar regras concernentes e implementar pesquisa com todos os tipos de métodos de análise. Além disso, baseado no mecanismo de falha de cavidade vazia, diretrizes de operação científicas devem ser promulgadas e regras de melhoria e prevenção devem ser estritamente realizadas, para que problemas possam ser resolvidos para aumentar constantemente o rendimento e a confiabilidade dos produtos.

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