PCB鍍通孔、化學(xué)銅和直接電鍍制程
1、Acceleration 速化反應(yīng)
廣義指各種化學(xué)反應(yīng)中,若添加某些加速劑后,使其反應(yīng)得以加快之謂。狹義是指鍍通孔(PTH)制程中,經(jīng)活化反應(yīng)后在速化槽液中,以酸類(如硫酸或含氟之酸類等)剝?nèi)ニ解Z膠體的外殼,使露出活性的鈀金屬再與銅離子直接接觸,而得到化學(xué)銅層之前處理反應(yīng)。
2、Accelerator 加速劑,速化劑
指能促使化學(xué)反應(yīng)加速進(jìn)行之添加物而言,電路板用語有時可與 Promotor互相通用。又待含浸的樹脂,其 A-stage 中也有某種加速劑的參與。另在 PTH 制程中,當(dāng)錫鈀膠體著落在底材孔壁上后,需以酸類溶去外面的錫殼,使鈀直接與化學(xué)銅反應(yīng),這種剝殼的酸液也稱為"速化劑"。
3、Activation 活化
通常泛指化學(xué)反應(yīng)之初所需出現(xiàn)之激動狀態(tài)。狹義則指 PTH 制程中鈀膠體著落在非導(dǎo)體孔壁上的過程,而這種槽液則稱為活化劑(Activator)。另有Activity之近似詞,是指"活性度"而言。
4、Activator 活化劑
在PCB工業(yè)中常指助焊劑中的活化成份,如無機的氯化鋅或氯化銨,及有機性氫鹵化胺類或有機酸類等,皆能在高溫中協(xié)助"松脂酸"對待焊金屬表面進(jìn)行清潔的工作。此等添加劑皆稱為 Activator 。
5、Back Light(Back Lighting) 背光法
是一種檢查鍍通孔銅壁完好與否的放大目測法。其做法是將孔壁外的基材,自某一方向小心予以磨薄逼近孔壁,再利用樹脂半透明的原理,自背后薄基材處射入光線。假若化學(xué)銅孔壁品質(zhì)完好并無任何破洞或針孔時,則該銅層必能阻絕光線而在顯微中呈現(xiàn)黑暗。一旦銅壁有破洞時,則必定有光點出現(xiàn)而被觀察到,并可加以放大攝影存證,稱為"背光檢查法",亦稱之為Through Light Method ,但只能看到半個孔壁。
6、Barrel 孔壁,滾鍍
在電路板上常用以表示 PTH 的孔壁,如 Barrel Crack 即表銅孔壁的斷裂。但在電鍍制程中卻用以表示"滾鍍",是將許多待鍍的小零件,集體堆放在可轉(zhuǎn)動的滾鍍桶中,以互相碰觸搭接的方式,與藏在其內(nèi)的軟性陰極導(dǎo)電桿連通。操作時可令各小件在垂直上下滾動中進(jìn)行電鍍,這種滾鍍所用的電壓比正常電鍍約高出三倍。
7、Catalyzing 催化
"催化"是一般化學(xué)反應(yīng)前,在各反應(yīng)物中所額外加入的"介紹人",令所需的反應(yīng)能順利展開。在電路板業(yè)中則是專指 PTH 制程中,其"氯化鈀"槽液對非導(dǎo)體板材進(jìn)行的"活化催化",對化學(xué)銅鍍層先埋下成長的種子。不過此學(xué)術(shù)性的用語現(xiàn)已更通俗的說成"活化"(Activation)或"核化"(Nucleating),或下種"(Seeding)了。另有Catalyst,其正確譯名是"催化劑"。
8、Chelate 螯合
某些有機化合物中,其部份相鄰原子上,互有多余的"電子對",可與外來的二價金屬離子(例如Ni2+,Co2+,Cu2+ 等)共同組成環(huán)狀(Ring),類似螃蟹的兩支大螯般共同夾住外物一樣,稱之為螫合作用。具有這種功能的化合物者,稱為Chelating Agent。如EDTA(乙二胺基四醋酸),ETA等都是常見的螯合劑。
9、Circumferential Separation 環(huán)狀斷孔
電路板的鍍通孔銅壁,有提供插焊及層間互相連通(Interconnection)的功能,其孔壁完整的重要性自不待言。環(huán)狀斷孔的成因可能有 PTH 的缺失,鍍錫鉛的不良造成孔中覆蓋不足,以致又被蝕斷等,此種整圈性孔壁的斷開稱為環(huán)狀斷孔,是一項品質(zhì)上的嚴(yán)重缺點。
10、Colloid 膠體
是物質(zhì)分類中的一種流體,如牛奶、泥水等即是膠體溶液。是由許多巨分子或小分子聚集在一起,在液中呈現(xiàn)懸浮狀態(tài),與糖水鹽水等真溶液不同。PTH制程其活化槽液中的"鈀",在供貨商配制的初期是呈現(xiàn)真溶液,但經(jīng)老化后到達(dá)現(xiàn)場操作時,卻另顯現(xiàn)出膠體溶液狀態(tài),也唯有在膠體槽液中,板子才能完成活化化反應(yīng)。
11、Direct Plating 直接電鍍,直接鍍板
這是近年來所興起的一種新制程,欲將傳統(tǒng)有害人體含甲醛的化學(xué)銅從 PTH 中排除,而對孔壁先做金屬化的準(zhǔn)備工作(如黑孔法、導(dǎo)電高分子法、電鍍化學(xué)銅法等),再直接進(jìn)行電鍍銅以完成孔壁,現(xiàn)已有多種商用制程正在推廣中。
12、EDTA乙胺四醋酸
是Ethylene-Diamine-Tetra-Acetic Acid的縮寫,為一種重要的有機螫合劑,無色結(jié)晶稍溶于水。其分子式中的四個能解離的氫原子,可被鈉原子取代而成二鈉、三鈉或四鈉鹽,使水中溶度大為提高。其水解后空出兩個負(fù)端,可補捉水中的二價金屬離子,如螃蟹的兩把螯夾一般稱為"螯合"。EDTA用途極廣,如各種清潔劑、洗發(fā)精、化學(xué)銅及電鍍、抗氧化劑、重金屬解毒劑,及其它藥品類,是一種極重要的添加助劑。
13、Electroless-deposition無電鍍
在能夠進(jìn)行自我催化(Autocatalytic)而還原的金屬離子(如銅或鎳)槽液中,其中所設(shè)置負(fù)電性較強的金屬或非金屬表面,在無需外加電流下,即能連續(xù)不斷沉積出金屬的制程稱為"無電鍍"。電路板工業(yè)中以"無電銅"為主,另有同義字"化學(xué)銅",大陸業(yè)界則稱為"沉銅"。
14、Feed Through Hole 導(dǎo)通孔
即Plated Through Hole的另一說法。通孔原本目的有二,即插件及做為各層間的互連(Interconnect)通電,目前SMT比例增大,插裝零件很少。故通常為了節(jié)省板面的面積,這種不插件的通孔,其直徑很小(20mil以下),而且不一定是全板貫孔。各種Vias中凡全板貫通者稱為"貫通孔",局部貫通兩端無出口者,稱為埋通孔或埋孔(Buried Hole),局部貫通而有一端口者,稱為盲孔(Blind Hole)。
15、Hole preparation 通孔準(zhǔn)備
指完成鉆孔的裸材孔壁,在進(jìn)行化學(xué)銅鍍著之前,先要對其非導(dǎo)體孔壁進(jìn)行清潔,及使帶"正靜電"之處理,并完成隨后之微蝕處理與各站之水洗。使孔壁先能沉積上一層"帶負(fù)電"的鈀膠囊團(tuán),稱為"活化處理"。再續(xù)做"速化"處理,將鈀膠囊外圍的錫殼剝掉以便接受化學(xué)銅層的登陸。上述一系列槽液對底材孔壁的前處理,總稱之為"通孔準(zhǔn)備"。
16、Metallization 金屬化
此字的用途極廣,施工法也種類眾多不一而足。在電路板上多指鍍通孔化學(xué)銅制程,使在非導(dǎo)體的孔壁上,先得到可導(dǎo)電的銅層,謂之"金屬化"。當(dāng)然能夠派用在孔壁上做為金屬化目的者,并非僅只有銅層一項而已。例如德國著名電鍍品供貨商 Schlotter 之 SLOTOPOSIT 制程,即另以"化學(xué)鎳"來進(jìn)行金屬化制程。目前所流行的"Direct Plating",更是以各種可導(dǎo)電的非金屬化學(xué)品,如碳粉、Pyrrole,或其它"導(dǎo)電性高分子"等。由是可知在科技的進(jìn)步下,連原有的"金屬化"名詞也應(yīng)改做"導(dǎo)電化"才更符合生產(chǎn)線上的實際情況。
17、Nucleation,Nucleating 核化
這是較老的術(shù)語,是指非導(dǎo)體的板材表面接受到鈀膠體的吸附,而能進(jìn)一步使化學(xué)銅層得以牢固的附著,這種先期的預(yù)備動作,現(xiàn)在最常見的說法便是活化(Activation),早期亦另有Nucleating 、Seeding ,或 Catalyzing 等。
18、Outgassing 出氣,吹氣
電路板在進(jìn)行鍍通孔制程時,若因鉆孔不良造成孔壁坑洞太多,而無法讓化學(xué)銅層均勻的鋪滿,以致存在著曝露底材的"破洞"(Voids)時,則可能自各濕制程吸藏水份,而在后來高溫焊接制程中形成水蒸氣向外噴出。吹入孔內(nèi)尚處在高溫液態(tài)的焊錫中,將在后來冷卻固化的錫柱中便形成空洞。這種自底材銅壁破洞向外噴出水蒸氣的現(xiàn)象稱為"Out-gassing"。而發(fā)生"吹氣"的不良鍍通孔,則稱"吹孔" (Blow Hole) 。注意,若出氣量很多時,會常往板子"焊錫面"尚未固化的錫柱沖出并噴向板外,呈現(xiàn)如火山口般的噴口。故當(dāng)板子完成焊接后,若欲檢查品質(zhì)上是否有"吹孔"時,則可在板子的焊錫面去找,至于組件面因處于錫池的背面會提前冷卻,致使出現(xiàn)"噴口"的機會并不多。
19、Palladium鈀
是白金的貴金屬之一,在電路板工業(yè)中是以氯化鈀的膠體離子團(tuán),做為PTH制程中的活化劑(Activator),當(dāng)做化學(xué)銅層生長的前鋒部隊。數(shù)十年來一直居于無可取代的地位,連最新發(fā)展中"直接電鍍"(Direct Plating)法的佼佼者Crimson,也是以"硫化鈀"做為導(dǎo)電的基層。
20、Plated Through Hole,PTH鍍通孔
是指雙面板以上,用以當(dāng)成各層導(dǎo)體互連的管道,也是早期零件在板子上插裝焊接的基地,一般規(guī)范即要求銅孔壁之厚度至少應(yīng)在1mil以上。近年來零件之表面黏裝盛行,PTH多數(shù)已不再用于插裝零件。因而為節(jié)省板面表面積起見,都盡量將其孔徑予以縮小(20 mil以下),只做為"互連"(Interconnection)的用途,特稱為"導(dǎo)通孔"(Via Hole)。
21、Pull Away拉離
指鍍通孔制程之前處理清潔不足,致使后來在底材上所完成的銅孔壁(化學(xué)銅加電鍍銅)固著力欠佳,以致根基不穩(wěn)容易脫離。例如當(dāng)雙面板在進(jìn)行PTH前,并未做過除膠渣(Smear Removal)處理,其銅壁雖也能順利的生長,但當(dāng)膠渣太多或遭遇到漂錫與焊接之強熱考驗時,其銅壁與底材之間將出現(xiàn)可能分離的現(xiàn)象,稱為"Pull Away"。
22、Seeding下種
即PTH之活化處理 (Activation)制程;"下種"是早期不甚妥當(dāng)?shù)男g(shù)語。
23、Sensitizing敏化
早期PTH的制程中,在進(jìn)行化學(xué)銅處理之前,必須對非導(dǎo)體底材進(jìn)行雙槽式的活化處理,并非如現(xiàn)行完善的單槽處理。昔時是先在氯化亞錫槽液中,令非導(dǎo)體表面先帶有"二價錫"的沉積物,再進(jìn)入氯化鈀槽使"二價鈀"進(jìn)行沉積(即Activation)。亦即讓其兩種金屬離子,在板面上或孔壁上進(jìn)行相互間的氧化還原,使非導(dǎo)體表面上有金屬鈀附著及出現(xiàn)氫氣,以完成其初步之金屬化,并具有很強的還原性,吸引后來銅原子的積附。此種雙槽式處理前一槽的亞錫處理,稱為"敏化"。不過目前業(yè)界已將Sensitizing 與 Activation 兩者視為同義字,且已統(tǒng)稱為"活化",敏化之定義已逐漸消失。
24、Sequestering Agent螫合劑
若在水溶液中加入某些化學(xué)品(如磷酸鹽類),促使其能"捉住"該水溶液中的金屬離子,而將之轉(zhuǎn)變成為錯離子(Complex Ion),阻止其發(fā)生沉淀或其它反應(yīng)。但其與金屬之間卻未發(fā)生化學(xué)變化,此種只呈現(xiàn)"捕捉"的作用稱為"Seauestering 螫合"。具有此等性質(zhì)且又能壓抑某些金屬離子在水中活性之化學(xué)品者,稱為"螫合劑 Sequestering Agent"。Sequestering 與 Chelate 二者雖皆為"螫合",但亦稍有不同。后者是一種配位(Coordination)化合物(以EDTA為例,見下圖之結(jié)構(gòu)式),一旦與水溶液中某些金屬離子形成"雜環(huán)狀"化合物后,即不易再讓該金屬離子離開。此類螫合劑分子如有兩個位置可供結(jié)合者,稱為雙鉤物(Bidentate),如提供三個配位者則稱為三鉤物(Tridentate)。
25、Thermal Zone感熱區(qū)
指多層板的鍍通孔壁,及套接的各層孔環(huán),其在板材 Z 軸所占據(jù)的區(qū)域,很容易感受到通孔傳來的高熱,故稱為"感熱區(qū)"。如鍍通孔在高溫中受強熱后(如焊接),其"感熱區(qū)"的受熱,遠(yuǎn)比無通孔區(qū)更快也更多。其詳細(xì)內(nèi)容請見附圖之說明。
26、Void破洞,空洞
此詞常用于電路板的通孔銅壁上,是指已見底的穿孔或局部銅厚低于允收下限的區(qū)域,皆謂之"破洞"。另在組裝焊接板上,若系插孔焊接的錫柱中(Solder Plug),局部發(fā)生"出氣" (Outgassing)而形成空洞;或表面黏裝錫膏接點的"填錫"(Solder Fillets)中,因水份或溶劑的氣化而形成另一種空洞,此二種缺點皆稱為"空洞"。
27、Wicking燈芯效應(yīng)
質(zhì)地疏松的燈芯或燭心,對油液會發(fā)生抽吸的毛細(xì)現(xiàn)象,稱為Wicking。電路板之板材經(jīng)鉆孔后,其玻璃紗束切斷處常呈現(xiàn)疏松狀,也會吸入PTH的各種槽液,以致造成一小段化學(xué)銅層存留其中,此種滲銅也稱為"燈芯效應(yīng)"。這類Wicking在技術(shù)高明的垂直剖孔"微切片"上,幾乎是隨處可見。 IPC-RB-276在3.9.1.1中規(guī)定,Class 1的板級其滲銅深度不可超過5 mil; Class 2不可超過 4 mil;Class 3更不可超過 3 mil。另外在銅絲編線或銅絲線束中,在沾錫時也會Wicking發(fā)生。PTH Plated Through Hole;鍍通孔。
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