О медных усах
Всем известно, как в течение десятилетий электронную промышленность беспокоил эффект оловянных усов. Сейчас наступило время медных усов, которые представляют собой извилистые нити, образующиеся при нанесении меди электроосаждением, и могут привести к таким дефектам, как разрушение зазора и короткое замыкание (см. фото).
Всем известно, как в течение десятилетий электронную промышленность беспокоил эффект оловянных усов. Сейчас наступило время медных усов, которые представляют собой извилистые нити, образующиеся при нанесении меди электроосаждением, и могут привести к таким дефектам, как разрушение зазора и короткое замыкание (см. фото).
В нескольких случаях рост медных усов был предотвращен благодаря регулированию концентрации ионов хлорида в ванне сернокислой меди или в очистителе до гальванического покрытия. Благодаря переходу от сульфатосодержащего предварительного очистителя к хлоридосодержащему рост медных усов практически прекращался. Действительно, применяя различные предварительные очистители и выявляя, происходит или нет рост медных усов, можно найти процесс, избавляющий от этой проблемы или смягчающий ее. Перед такой заменой химических реагентов производитель ПП должен проконсультироваться со своим поставщиком химикатов относительно отсутствия неприятных неожиданных побочных эффектов, таких например, как изменение скорости микротравления из-за добавки ионов хлорида. В настоящее время нет научного объяснения положительного воздействия ионов хлорида, но полагаем, что существует некоторое взаимодействие между компонентами в сухом пленочном резисте и хлоридом. Такое предположение возникло в силу того, что при использовании одного пленочного резиста медные усы не обнаруживались, а при пленке с другим составом этот эффект появлялся.
В другом случае наблюдалось шунтирование усами отдельных участков печатных плат. Усы были от 0,01 до 0,075 мм шириной и 0,05–1,5 мм длиной. Специалисты устранили их травлением в персульфате натрия и сделали вывод, что они не растут вокруг инородного вещества. Однако тщательное исследование поперечного сечения этих усов на энергодисперсионном рентгеновском спектрометре (EDX) установило внутри углеродистую нить. Позднее было обнаружено, что из-за ошибки автоматического анализатора, определяющего концентрацию хлорида в электролитической ванне, его концентрация в действительности составляла 0,002% вместо рекомендованной 0,006%. После устранения неполадки и поддержания концентрации хлорида на нужном уровне рост медных усов значительно снизился, но не прекратился полностью.
Еще в одном случае специалисты предположили, что рост усов связан с напряжением в медном покрытии. Измерения прочности на растяжение и относительного удлинения медного покрытия показали, что их значения находятся на нижней границе допустимого диапазона. После замены электролитического раствора на новый с концентрацией свежих органических добавок на верхнем рекомендованном уровне значения прочности на растяжение и относительного удлинения улучшились, и медные усы исчезли.
Кроме того, был еще случай, когда специалисты предположили, что сухой пленочный фоторезист наносится на медную поверхность, имеющую точечные дефекты, выступы, наросты, которые служат центрами последующего роста усов. После тщательной обработки поверхности повысилась производительность, но рост медных усов не снизился.
И наконец, мой любимый случай. Один наблюдательный специалист обнаружил "водоросли" в реагенте-осветлителе и, что примечательно, в линии его подачи. Они имели волокнистую структуру, в основном 0,07–0,2 мм в диаметре, и могли расти до 2,5 мм в длину. Когда эти волокнистые примеси попадали в электролитическую ванну при добавлении осветлителя, они становились центрами роста усов, по крайней мере по его теории. Таким образом, компании, которые периодически промывают линии подачи, возможно, задерживают эти загрязнители в фильтрах. По другому способу рекомендуется добавлять к осветлителю небольшое количество сульфата меди в качестве фунгицида.
О полностью аддитивном процессе, электроосаждении меди и прямой металлизации
Размышления о некоторых изменениях в технологии металлизации печатных плат, произошедших в последние 20 лет
Пересмотр прямой металлизации
Десять-пятнадцать лет назад процессы прямой металлизации широко освещались в печати. С тех пор наступило молчание вокруг этой технологии, однако она жива и в порядке. Итак, химическое осаждение меди! Инженерные решения снизили риски вреда здоровью рабочих, и теперь наблюдается приход новых, не содержащих формальдегид процессов химического осаждения меди. Современные линии химического осаждения меди зачастую объединяют все этапы химических процессов с помощью модулей с конвейерами.
Все три основные технологии явно выжили. Процессы на основе углерода и графита, на основе проводящих полимеров и на основе палладия – все нашли место в производстве ПП. Они также обусловили горизонтальную конвейерную обработку. Основанные на палладии и проводящих полимерах процессы, похоже, предпочтительнее углеродных.
Появились некоторые региональное различия в применении прямой металлизации. Если не обращать внимания на детали, можно сказать, что прямая металлизация доминирует в Европе. В Японии наблюдается нежелание широко использовать прямую металлизацию. Тайвань находится где-то посередине. В Китае я видел крупные конвейерные линии прямой металлизации, установленные в последнее время.
У меня нет сведений о каком-либо использовании прямой металлизации в полуаддитивных процессах. Химически осажденная медь служит затравочным слоем для полуаддитивного процесса, а я полагаю, что прямая металлизация на поверхности основания происходит слишком медленно, так что медное покрытие будет иметь неприемлемый профиль.
Полностью аддитивные процессы
Они мертвы? Нет, не совсем. Последнее предприятие в западном полушарии, которое использовало эту технологию, находилось в Бразилии, но не исключено, что оно закрыто.
Кто помнит, был процесс, по которому вначале просверливались отверстия в диэлектрическом основании, а затем трафаретной печатью наносился рисунок в виде затравочного слоя на обе поверхности основания. Затравочный слой представлял собою углерод в эпоксидной матрице. В электролитической ванне на затравочный слой каждой стороны осаждалась медь.
Далее был процесс фирмы AT&T. В соответствии с ним диэлектрическое основание покрывалось фоторезистом, который определенным образом экспонировался и проявлялся. Осаждение меди проводилось в ванне химического меднения.
Насколько мне известно, фирма Hitachi все еще применяет полностью аддитивную технологию для производства многослойных плат с очень большим числом слоев (свыше 40). Диэлектрическое основание проходит катализацию и покрывается адгезивом. После сверления и формирования рисунка из резиста следует химическое осаждение меди.
Отслаивание соседних слоев меди
Этот неприятный дефект возникает, когда два соседних медных слоя имеют недостаточную адгезию. В результате при воздействии какой-либо нагрузки, например температуры, может произойти их расслоение.
Во избежание такого дефекта необходимо, чтобы внешняя медная фольга была свободна от органических загрязнений. Микротравление, присущее процессу химического осаждения меди, способствует удалению легких органических примесей, но не устраняет тяжелые включения. Внутренний медный слой в сквозном отверстии в первую очередь надо обезжирить, т.е. удалить натеки пропиточной смолы на стенках отверстий, появляющиеся после их сверления, используя обычный раствор перманганата. Условия обезжиривания могут подбираться для эпоксидной смолы с высокой температурой стеклования и высококачественной неэпоксидной смолы для обеспечения надлежащего обезжиривания.
Сегодня рекомендуется перед химическим осаждением меди использовать для очистки поверхности платы плазму.
Потенциальный источник расслоения меди в переходных микроотверстиях – некачественное лазерное сверление. После сверления и операции очистки отверстия необходим автоматический оптический контроль.
Карл Дитц (Karl Dietz) – технический редактор CircuiTree. Он также является менеджером по развитию в лаборатории электронных материалов фирмы DuPont. В его обязанности входят прикладные исследования материалов печатных плат. Он имеет степень доктора наук в области органической химии, присвоенную Франкфуртским университетом, Германия.
Еще в одном случае специалисты предположили, что рост усов связан с напряжением в медном покрытии. Измерения прочности на растяжение и относительного удлинения медного покрытия показали, что их значения находятся на нижней границе допустимого диапазона. После замены электролитического раствора на новый с концентрацией свежих органических добавок на верхнем рекомендованном уровне значения прочности на растяжение и относительного удлинения улучшились, и медные усы исчезли.
Кроме того, был еще случай, когда специалисты предположили, что сухой пленочный фоторезист наносится на медную поверхность, имеющую точечные дефекты, выступы, наросты, которые служат центрами последующего роста усов. После тщательной обработки поверхности повысилась производительность, но рост медных усов не снизился.
И наконец, мой любимый случай. Один наблюдательный специалист обнаружил "водоросли" в реагенте-осветлителе и, что примечательно, в линии его подачи. Они имели волокнистую структуру, в основном 0,07–0,2 мм в диаметре, и могли расти до 2,5 мм в длину. Когда эти волокнистые примеси попадали в электролитическую ванну при добавлении осветлителя, они становились центрами роста усов, по крайней мере по его теории. Таким образом, компании, которые периодически промывают линии подачи, возможно, задерживают эти загрязнители в фильтрах. По другому способу рекомендуется добавлять к осветлителю небольшое количество сульфата меди в качестве фунгицида.
О полностью аддитивном процессе, электроосаждении меди и прямой металлизации
Размышления о некоторых изменениях в технологии металлизации печатных плат, произошедших в последние 20 лет
Пересмотр прямой металлизации
Десять-пятнадцать лет назад процессы прямой металлизации широко освещались в печати. С тех пор наступило молчание вокруг этой технологии, однако она жива и в порядке. Итак, химическое осаждение меди! Инженерные решения снизили риски вреда здоровью рабочих, и теперь наблюдается приход новых, не содержащих формальдегид процессов химического осаждения меди. Современные линии химического осаждения меди зачастую объединяют все этапы химических процессов с помощью модулей с конвейерами.
Все три основные технологии явно выжили. Процессы на основе углерода и графита, на основе проводящих полимеров и на основе палладия – все нашли место в производстве ПП. Они также обусловили горизонтальную конвейерную обработку. Основанные на палладии и проводящих полимерах процессы, похоже, предпочтительнее углеродных.
Появились некоторые региональное различия в применении прямой металлизации. Если не обращать внимания на детали, можно сказать, что прямая металлизация доминирует в Европе. В Японии наблюдается нежелание широко использовать прямую металлизацию. Тайвань находится где-то посередине. В Китае я видел крупные конвейерные линии прямой металлизации, установленные в последнее время.
У меня нет сведений о каком-либо использовании прямой металлизации в полуаддитивных процессах. Химически осажденная медь служит затравочным слоем для полуаддитивного процесса, а я полагаю, что прямая металлизация на поверхности основания происходит слишком медленно, так что медное покрытие будет иметь неприемлемый профиль.
Полностью аддитивные процессы
Они мертвы? Нет, не совсем. Последнее предприятие в западном полушарии, которое использовало эту технологию, находилось в Бразилии, но не исключено, что оно закрыто.
Кто помнит, был процесс, по которому вначале просверливались отверстия в диэлектрическом основании, а затем трафаретной печатью наносился рисунок в виде затравочного слоя на обе поверхности основания. Затравочный слой представлял собою углерод в эпоксидной матрице. В электролитической ванне на затравочный слой каждой стороны осаждалась медь.
Далее был процесс фирмы AT&T. В соответствии с ним диэлектрическое основание покрывалось фоторезистом, который определенным образом экспонировался и проявлялся. Осаждение меди проводилось в ванне химического меднения.
Насколько мне известно, фирма Hitachi все еще применяет полностью аддитивную технологию для производства многослойных плат с очень большим числом слоев (свыше 40). Диэлектрическое основание проходит катализацию и покрывается адгезивом. После сверления и формирования рисунка из резиста следует химическое осаждение меди.
Отслаивание соседних слоев меди
Этот неприятный дефект возникает, когда два соседних медных слоя имеют недостаточную адгезию. В результате при воздействии какой-либо нагрузки, например температуры, может произойти их расслоение.
Во избежание такого дефекта необходимо, чтобы внешняя медная фольга была свободна от органических загрязнений. Микротравление, присущее процессу химического осаждения меди, способствует удалению легких органических примесей, но не устраняет тяжелые включения. Внутренний медный слой в сквозном отверстии в первую очередь надо обезжирить, т.е. удалить натеки пропиточной смолы на стенках отверстий, появляющиеся после их сверления, используя обычный раствор перманганата. Условия обезжиривания могут подбираться для эпоксидной смолы с высокой температурой стеклования и высококачественной неэпоксидной смолы для обеспечения надлежащего обезжиривания.
Сегодня рекомендуется перед химическим осаждением меди использовать для очистки поверхности платы плазму.
Потенциальный источник расслоения меди в переходных микроотверстиях – некачественное лазерное сверление. После сверления и операции очистки отверстия необходим автоматический оптический контроль.
Карл Дитц (Karl Dietz) – технический редактор CircuiTree. Он также является менеджером по развитию в лаборатории электронных материалов фирмы DuPont. В его обязанности входят прикладные исследования материалов печатных плат. Он имеет степень доктора наук в области органической химии, присвоенную Франкфуртским университетом, Германия.
Отзывы читателей
