PTH化铜原理及现场管控（课堂PPT）

1、12一一. 前前 言言 PTHPTH全名為全名為PLATED THROUGH HOLEPLATED THROUGH HOLE，為鍍通孔之意，為鍍通孔之意. .在一般傳統在一般傳統的印刷電路板制作過程當中的印刷電路板制作過程當中, ,板材在鑽孔制程后板材在鑽孔制程后, ,及電鍍作業之前及電鍍作業之前, ,必須經過鍍通孔的處理必須經過鍍通孔的處理. .其目的是在板材的孔壁以及銅面上能夠生其目的是在板材的孔壁以及銅面上能夠生成极薄的導電銅層成极薄的導電銅層, ,以使得電路板的電氣性質得以互聯與導通以使得電路板的電氣性質得以互聯與導通. .而讓而讓後製程的板子不致發生後製程的板子不致發生OPENOPE

2、N的現象的現象. .而在貫孔制程當中而在貫孔制程當中, ,板材在經過板材在經過除膠除膠, ,整孔整孔, ,微蝕微蝕, ,酸洗酸洗, ,預浸預浸, ,活化與速化等前處理步驟之后活化與速化等前處理步驟之后, ,再利用再利用無電解銅的處理方法無電解銅的處理方法, ,在金屬與非金屬的表面部分在金屬與非金屬的表面部分, ,沉積生成均勻細沉積生成均勻細致的導電鍍層致的導電鍍層. .無電鍍銅是利用氧化還原的方式無電鍍銅是利用氧化還原的方式, ,不須施加外在電流不須施加外在電流, ,即可使金屬沉積在被鍍物質的表面上即可使金屬沉積在被鍍物質的表面上. .由於其為一種催化反應由於其為一種催化反應, ,一一旦開始發

3、生即可繼續不斷地進行下去旦開始發生即可繼續不斷地進行下去, ,直到反應物質全部被耗盡為直到反應物質全部被耗盡為止止 3二二 . . 流流 程程 表表整孔水洗微蝕水洗預浸活化水洗速化水洗化學銅水洗4清潔整孔目的目的 : : 清潔整孔劑是一微鹼性的化學品清潔整孔劑是一微鹼性的化學品 , , 它主要含有它主要含有陽離子界面活性劑陽離子界面活性劑, ,使得原本帶負電性的孔壁能形成帶正使得原本帶負電性的孔壁能形成帶正電性電性, ,以利於活化劑鈀的附著以利於活化劑鈀的附著; ;另一方面另一方面 , , 使槽浴的表面使槽浴的表面張力降低張力降低, ,原本不具親水性的板面及孔壁也能夠具有親水原本不具親水性的板

4、面及孔壁也能夠具有親水濕潤的效果濕潤的效果 , ,以利於後續的藥水更能發揮最好的效果以利於後續的藥水更能發揮最好的效果 . . 方法方法 :利用可溶於微鹼性溶液之特殊表面潤濕劑利用可溶於微鹼性溶液之特殊表面潤濕劑 ( 親水端親水端帶正電，疏水端帶負電帶正電，疏水端帶負電 ) ,在清除孔壁上油污的同時在清除孔壁上油污的同時,將孔將孔璧之電性變更為正電性璧之電性變更為正電性.5陽離子型界面活性劑例子陽離子型界面活性劑例子CH3 CH2.CH2 CH2N+CH3CH3CH3Cl-溶於水溶於水水水CH3 CH2.CH2 CH2N+CH3CH3CH3Cl-水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水

5、水水水水水水水水烷基三甲基氯化銨烷基三甲基氯化銨6汙汙垢垢清清潔潔整整孔孔劑劑+板板面面+清潔整孔劑清潔整孔劑清潔整孔劑清潔整孔劑汙汙垢垢汙汙垢垢親親水水基基疏疏水水基基清潔整孔作用機構清潔整孔作用機構板板面面板板面面7清潔整孔槽體管控清潔整孔槽體管控操操 作作 條條 件：件：1. 溫度 : 45 55 2. 時間 : 5 6 分鐘3.攪拌 : 過濾攪拌及機械攪拌 4.震蘯器 : 需要注注 意意 事事 項項 ：1.連續的過濾能減少槽低的於淤泥,提高清潔整孔的效果2.玻纖處背光不良可適量加入整孔劑 3.建浴或補加液位必須用純水因水中的雜質會同OH反映應形成 不溶的膠體,一但沈落在孔壁上將會造成孔

6、破8酸酸 浸浸 目的目的 : 酸浸一方面能去除板面的氧化物外酸浸一方面能去除板面的氧化物外 , 另一方面將另一方面將殘留於的殘留於的 孔壁上的銅鹽能徹底的清除孔壁上的銅鹽能徹底的清除 控制條件控制條件 : 1. 溫度溫度 : 室溫室溫 2. 時間時間 : 1 2 分鐘分鐘 3. 濃度濃度 : 2 % 5%9微微 蝕蝕 槽槽目的目的 : 微蝕劑是一種能將銅表面粗化的藥液微蝕劑是一種能將銅表面粗化的藥液 , 一方面能將板子銅面上一方面能將板子銅面上的氧化物、雜物及整孔劑一起咬掉的氧化物、雜物及整孔劑一起咬掉 , 使在金屬化的過程中使在金屬化的過程中 ,讓鈀膠體讓鈀膠體及化學銅能儘量鍍在孔內及化學銅

7、能儘量鍍在孔內 ; 另一方面是使板面粗化另一方面是使板面粗化,讓化學銅在粗化讓化學銅在粗化的板面上有更好的附著力的板面上有更好的附著力1.當天車故障或其他原因停機時當天車故障或其他原因停機時不可有板停留在微蝕槽中不可有板停留在微蝕槽中 2.嚴格控制槽液的濃度、溫度和作用時間嚴格控制槽液的濃度、溫度和作用時間蝕銅量太低將造成鍍銅層蝕銅量太低將造成鍍銅層附著力不良附著力不良蝕銅量太高將造成內層銅的縮退蝕銅量太高將造成內層銅的縮退,嚴重時會造成孔破嚴重時會造成孔破 注注 意意 事事 項項 ：10PTH 原理流程表原理流程表鑽孔後鑽孔後 - - - -整孔後整孔後+ + + + + + + + + +

8、 + + + + + +微蝕後微蝕後+ + + +11預預 浸浸 槽槽目的目的 : 預浸劑主要功用在保護活化劑鈀槽避免帶入太多的水份及雜預浸劑主要功用在保護活化劑鈀槽避免帶入太多的水份及雜 質質 , 並提供活化劑所需要的氯離子及酸度並提供活化劑所需要的氯離子及酸度 , 而做為犧牲溶液而做為犧牲溶液 , 維持鈀槽濃度的穩定維持鈀槽濃度的穩定控制條件控制條件 : 1. 溫度溫度 : 室溫室溫 2. 時間時間 : 1 2 分鐘分鐘12活活 化化 槽槽目的目的 : 活化劑活化劑 是一種帶有高電荷密度的鈀膠體是一種帶有高電荷密度的鈀膠體 , 它能提供孔內所需它能提供孔內所需的鈀觸媒的鈀觸媒 , 而能與化

9、學銅有良好且細緻的結合狀況而能與化學銅有良好且細緻的結合狀況 基本反應原理基本反應原理:PdPd2+2+ +Sn +Sn2+2+PdPd0 0+Sn+Sn4+4+ 存在方程式存在方程式: PdCl2+SnCl2PdSnCl4(中間態中間態) Pd7SnCl16Pd6Cl12 +SnCl2 +PdCl2 PdSnCl4+6 PdCl2Pd7SnCl16控制條件控制條件 : 1. 溫溫 度度 : 30 34 2. 時時 間間 : 5 78分鐘分鐘 3. 濃濃 度度 : SP.GR : 1.13 1.17 鈀鈀100-150ppm SnCl2 : 3-12 g/l 4. 換槽頻率換槽頻率 : 銅離子

10、濃度銅離子濃度1500ppm或半年或半年 5. 分析頻率分析頻率 : 每日二次每日二次13鈀膠體之結構示意圖：鈀膠體之結構示意圖：Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-鈀膠體之結構以下列之比例組成Pd2+：Sn2+：Cl- = 1：6：12 較為安定 鈀膠體之架構示意圖：鈀膠體之架構示意圖：PdSnClSnSnSnSnClClClPdSnSnSnSnSn當孔壁吸附了負離子團，即中和形成中和電性 14孔璧吸附鈀膠體之過程孔璧吸附鈀膠體之過程Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+

11、Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+

12、Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+

13、Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-15* 鈀槽必須避免帶入太多的水份鈀槽必須避免帶入太多的水份 , , 以防止鈀的沉澱反應式如下以防止鈀的沉澱反應式如下 : :PdPdPd+SnCl2PdH2OSnO2注注 意意 事事 項項 ： 1.1.不可使用空氣攪拌不可使用空氣攪拌 2. 2. 不可用純水

14、補加液位不可用純水補加液位當液位偏低時當液位偏低時, ,用預浸槽液補充用預浸槽液補充. . 3. 3. 當活化槽中氯化物當活化槽中氯化物N N值低時值低時, ,應從預浸槽補加應從預浸槽補加, ,活化槽不作氯化物的補加活化槽不作氯化物的補加 4. 4. 活化濃度太低或溫度太低或處理時間太短可能造成鈀層太鬆散、太薄而造活化濃度太低或溫度太低或處理時間太短可能造成鈀層太鬆散、太薄而造成背光不良成背光不良. . 16速速 化化 槽槽 目的目的 :剝掉鈀膠體的外殼剝掉鈀膠體的外殼露出膠體中心的鈀核露出膠體中心的鈀核而使孔壁上的鈀而使孔壁上的鈀具有催化作用具有催化作用, 能夠推動化銅槽的反應能夠推動化銅槽

15、的反應 反應式：反應式： 17Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+C

16、l-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+C

17、l-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-活化製程鈀膠體落在底材上PdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdHHHHHHH HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH

18、HHHHHHH速化製程則將鈀膠體之外殼剝掉，露出金屬鈀核.並出現氫氣的包圍速化過程速化過程18化化 學學 銅銅 槽槽目的目的 :在孔壁吸附之鈀上沉積銅，而得到孔內金屬化效果，使不導電在孔壁吸附之鈀上沉積銅，而得到孔內金屬化效果，使不導電之基材形成之基材形成 導電層，以利後續電鍍銅。導電層，以利後續電鍍銅。基本反應原理基本反應原理 鈀催化1. HCHO + OH- H2 + HCOO- ( 在金屬鈀的催化及鹼性條件下在金屬鈀的催化及鹼性條件下,甲醛會解離甲醛會解離(氧化氧化)而產生還原性的氫而產生還原性的氫. ) Cu2+ + H2 + 2OH- Cu + 2H2O( 此銅離子在鈀層上析出及著陸

19、 ) 3.鍍出的化學銅層又可作為自我催化的基地,使Cu2+在基地上繼續被還原成金屬銅 4.化銅反應的機理： O O O H C H + OH- H C H - H C OH + H- OH Cu2+ + 2H- Cu 19化學銅過程化學銅過程銅離子在鈀層上析出及著陸之示意圖：銅離子在鈀層上析出及著陸之示意圖：PdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdHCHO + OH -H2C(OH )O -HC(OH)O -+ HHC(OH)O -+ OH -HCOO - + H2OH -( e- )Cu2+ + 2H -Cu20化學銅銅槽管控規則化學銅銅槽管控規則1.穩定的空氧攪拌空

20、氧可算是另一種化學銅液的安定劑,因可以減少槽液當中Cu2+的含量,同時能降低鍍層的粗糙度,以及在槽壁上的沈積,也能減少化學藥品的耗損情形.同時空氣攪拌對槽液操作的質傳效果亦有所助益,且使得孔壁表面的沈積鍍層更加細緻.2.連續不斷的進行過濾 利用濾袋來對槽液進行連續不斷的過濾處理,以聚丙烯塑膠制成的濾袋,其濾網的孔徑大約是以1015um最佳.3.經常定期清洗銅槽無電解銅的槽液在經過一段時間的操作與置放之后,槽內壁面上通常會有金屬的顆粒沈積出來,此種情形無論使用任何過濾系統,均無法將其清除乾淨.此時必須先將槽液抽出,然後再進行清除銅渣的工作.常見蝕銅液以過硫酸銨的效果最佳.4.經常定期的清洗挂架5.槽液的配制必須使用去離子水配製槽液所用的水質當中,若含有微量的雜質,會使得沈積鍍層生出許多問題,以Ca,Mg,Fe與可溶性的有機雜物為最嚴重.為了避免此種雜技的滲入,最好