PCB制造中，即使是经验最丰富的工程师和生产人员也很容易被良率降低和成本高企的缺陷所困扰。本文将研究铜镀层空洞及其在镀前工艺步骤中的成因。

经验丰富的工程师常说，许多工艺步骤和变量将会决定在孔中获得连续无空洞沉积的成功或失败。对于整个金属化工艺的成功，工艺中的每一件事都至关重要。

令人惊讶的是，许多人认为镀覆工艺应该能够弥补这种缺陷。但很难用化学镀铜工艺中的钯基活化剂催化图中所示的表面。

空洞或至少铜覆盖不足的明显原因之一是钻孔质量差。图1显示了粗糙的孔壁和撕裂的玻纤束。仔细观察这一部分，可以发现钻孔壁非常糟糕，玻纤束也从树脂中凸出。这是导致形成空洞的潜在原因。很难通过化学镀铜金属化有破碎玻纤的粗糙孔壁。结果通常是镀层空洞或金属沉积显著变薄。随后，这可能会导致在电解镀铜之前，微蚀步骤会蚀刻去除化学镀铜。

图1：粗糙的孔壁，玻纤束被撕裂，露出树脂中的深凹痕

应立即研究钻孔操作，并检查以下内容：

•钻头质量：

已钻孔多少次，钻具的整体状况如何？

•主轴进给和速度：

钻具是否穿过叠层？

进给速度减慢导致玻纤束撕裂：进给速度应为横进给速度的2倍。

•检查进刀量：

通过不同的进刀量做实验以改善质量。

•叠层高度：

钻孔叠层中有多少PCB？考虑减少数量以提高质量。

图2显示了镀通孔（PTH）的水平剖面。再次注意孔壁的质量不良及其对镀覆工艺的影响。

图2：显示粗糙孔壁和有空洞区域的水平剖面图

去钻污操作是PTH空洞的另一个潜在原因。目前最有效的去钻污工艺是基于碱性过锰酸盐。尽管随着用于高频/低损耗领域的新材料和用于提高长期可靠性的材料的发展，可能需要对去钻污操作进行调整。这将包括使用等离子去钻污或等离子与高锰酸盐的组合。我将在后续的专栏中详细介绍这个主题。

用于多层电路板的碱性高锰酸盐对镀通孔中的铜覆盖率和附着力有显著影响。而且，如果不加以控制，该工艺可能是空洞的主要原因。首先，该工艺包括4个主要化学工艺步骤：

溶剂调节剂，旨在渗透树脂体系的聚合物基质并削弱交联链的聚合物-聚合物键。

由高锰酸钠或钾及其相应的氢氧化物盐组成的碱性高锰酸盐溶液。

用于去除锰残留物的中和剂（可能与玻璃蚀刻结合使用）。

玻纤蚀刻是单独的步骤，可以轻微粗化（磨砂）或更主动地去除由于凹蚀而可能突出到孔中的玻纤。

在4个步骤中，如果任何一个步骤不受控制，都可能导致空洞。如果产生空洞，即使是最强大的化学镀铜工艺，也无法弥补。

如图3所示，有效的碱性高锰酸盐工艺不仅可以去除钻孔污物，还可以使树脂微粗化。这种纹理通常被称为蜂窝状外观。这种外观是令人满意的，有以下两个原因：

粗化表面促进钯催化剂的吸附，进而促进化学镀铜沉积和覆盖。

表面可提高铜附着力。

图3：用高锰酸盐处理后树脂的优选表面纹理

这样可通过最大限度地减少或消除波峰焊操作中出现的吹孔缺陷来提高可焊性。我将在后续的专栏文章中阐释更多关于吹孔缺陷的内容。

无论如何，如果粗化不足，则存在空洞的可能性。由于通孔壁上任何地方的催化剂不足，化学铜沉积将无法启动，就会导致该区域出现空洞。化学镀铜工艺要求孔壁上有足够量的催化剂，以促进化学镀铜沉积。头脑风暴会议中要问的关键问题：

01

溶剂调节剂（膨胀剂）是否能充分渗透到树脂基质中，溶剂体系是否与树脂相容？注意，一些较高Tg树脂的反应与标准FR-4不同。聚合物树脂的交联程度越高，溶剂越难渗透，从而削弱了树脂中的聚合物-聚合物键。这反过来又降低了高锰酸盐溶液在树脂去除和纹理化方面的作用。

02

检查碱性高锰酸盐溶液的工作温度，以及氢氧化物和实际高锰酸盐含量。氢氧化物含量有助于增强高锰酸钾对树脂的侵蚀性。氧化态的高锰酸盐将对树脂进行实际的氧化和分解。锰酸盐（+4）是该反应的副产物，不会参与树脂氧化。锰酸盐残留物应控制在20~25克/升以下。否则，随着锰酸盐的累积，树脂去除和纹理化的速度会降低。如果溶剂相容性和渗透程度足够，则考虑使用更高浓度的高锰酸盐。高锰酸钠会使溶液中的实际高锰酸盐含量超过相应的钾盐。

最后，回顾中和剂和玻纤蚀刻。空洞的主要原因是孔壁树脂和玻纤上残留的锰酸盐残留物。应该经常更新这种溶液，以确保新的有效化学物质。同时，检查酸浓度。较低的浓度会降低中和效果。通常，为了减少工艺步骤，制造商会将中和剂和玻纤蚀刻剂组合在同一个工艺槽中。（我更喜欢单独的步骤，因为这样的工艺更有效）。随着玻纤蚀刻液因持续使用而减弱，玻璃蚀刻使玻纤粗化（称为“磨砂”）的能力降低。因此降低了催化剂附着在玻璃上的能力。当这种情况发生时，就会产生空洞。

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