lắng đọng đồnghay còn gọi là mạ đồng hóa học viết tắt là PTH. Mục đích chính của nó là lắng đọng một lớp đồng mỏng và đồng nhất trên các bề mặt không{1}}dẫn điện của bảng mạch in, chẳng hạn như tường lỗ cách điện và một số khu vực lá đồng không chứa đồng cụ thể, thông qua các phản ứng hóa học, mang lại khả năng dẫn điện cho các bộ phận không-dẫn điện ban đầu, đặt nền tảng cho các quy trình mạ điện tiếp theo bằng đồng và cuối cùng đạt được kết nối điện giữa các lớp của bảng mạch in.
Lấy bảng mạch in nhiều lớp làm ví dụ, các kết nối điện giữa các lớp cần phải được thực hiện thông qua vias. Sau khi khoan, tường lỗ được cách nhiệt và không được xử lý ngâm bằng đồng, dòng điện không thể đi qua lỗ để đạt được sự dẫn điện giữa các lớp. Lớp đồng giống như việc xây dựng một “cây cầu”, cho phép dòng điện chạy trơn tru giữa các lớp, đảm bảo tính toàn vẹn và chức năng của toàn bộ hệ thống bảng mạch điện. Nếu có vấn đề trong quá trình lắng đọng đồng, chẳng hạn như lắng đọng lớp đồng không đồng đều, độ dày không đủ hoặc các khuyết tật như lỗ rỗng, có thể dẫn đến truyền tín hiệu không ổn định, đoản mạch hoặc hở mạch, ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất và tuổi thọ của bảng mạch in.
Dòng quá trình lắng đọng đồng
tiền xử lý
Làm mờ: Sau khi khoan, các lỗ trên bảng mạch in có thể tạo ra các vệt và các mảnh vụn khoan có thể vẫn còn bên trong các lỗ. Loại bỏ các gờ này và phoi khoan bằng cách chải và mài cơ học để đảm bảo quá trình xử lý tiếp theo diễn ra suôn sẻ, tránh làm hỏng thành và bề mặt lỗ cũng như ảnh hưởng đến hiệu ứng lắng đọng đồng.
Sưng tấy: Đối với ván nhiều lớp, nhựa epoxy ở lớp bên trong có thể bị hỏng trong quá trình khoan. Sử dụng các chất trương nở cụ thể, chẳng hạn như các hợp chất hữu cơ gốc ete, để làm mềm và trương nở nhựa epoxy, chuẩn bị cho các bước khoan tiếp theo để đảm bảo loại bỏ hiệu quả các mảnh vụn khoan và tăng cường độ bám dính giữa thành lỗ rỗng và lớp đồng.
Loại bỏ keo và mảnh vụn khoan: Tận dụng đặc tính oxy hóa mạnh của thuốc tím, trong điều kiện nhiệt độ cao và kiềm mạnh, nó trải qua phản ứng nứt oxy hóa với các mảnh vụn khoan nhựa epoxy trương nở và mềm để loại bỏ nó. Ví dụ, ở nhiệt độ và môi trường kiềm nhất định, thuốc tím phản ứng với chuỗi carbon trong nhựa epoxy, khiến chúng bị vỡ và phân hủy, từ đó đạt được mục tiêu làm sạch thành lỗ chân lông.
Trung hòa: Loại bỏ các chất dư như thuốc tím, thuốc tím, mangan dioxide khỏi quá trình sử dụng thuốc tím để loại bỏ cặn khoan. Do ion mangan thuộc ion kim loại nặng nên chúng có thể gây "ngộ độc paladi" ở các bước kích hoạt tiếp theo, khiến ion hoặc nguyên tử palladium mất hoạt tính kích hoạt, từ đó ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình kim loại hóa lỗ chân lông. Vì vậy, chúng phải được loại bỏ triệt để.
Tẩy dầu/làm sạch lỗ: Sử dụng chất tẩy dầu chuyên dụng để loại bỏ vết dầu và các tạp chất khác trên bề mặt ván. Đồng thời, thông qua hoạt động của chất tạo lỗ chân lông, tính chất điện tích của thành lỗ rỗng được điều chỉnh để làm cho bề mặt của nó tích điện dương, thúc đẩy quá trình hấp phụ xúc tác đồng đều sau đó.
Khắc vi mô: Sử dụng dung dịch khắc vi mô để loại bỏ oxit và các tạp chất khác trên bề mặt đồng, đồng thời làm nhám bề mặt đồng. Điều này không chỉ giúp tăng cường khả năng liên kết giữa bề mặt đồng và đồng điện phân tiếp theo mà còn cung cấp môi trường bề mặt phù hợp hơn cho quá trình hấp phụ của chất xúc tác.
Ngâm axit: Làm sạch bột đồng bám trên bề mặt đồng sau khi khắc vi mô để đảm bảo độ tinh khiết của bề mặt đồng và tạo điều kiện thuận lợi cho các bước kích hoạt tiếp theo.
xúc tác
Ngâm trước: ngăn chặn quá trình làm sạch không hoàn toàn của quy trình trước đó và các tạp chất xâm nhập vào bể chứa palladium đắt tiền, đồng thời làm ướt thành lỗ rỗng của nhựa epoxy để thúc đẩy sự hấp phụ của chất xúc tác trên bề mặt tấm. Bể ngâm trước và bể kích hoạt tiếp theo về cơ bản có thành phần giống nhau ngoại trừ việc không có palladium.
Kích hoạt: Bước này thường sử dụng các chất xúc tác như Pd/Sn hoặc Pd/Cu để cho phép các mixen palladium tích điện âm trên bề mặt bám dính vào thành lỗ rỗng do tác động của polyme trung tính. Thông qua xử lý kích hoạt, các vị trí hoạt động xúc tác được cung cấp cho quá trình lắng đọng đồng hóa học tiếp theo, cho phép các ion đồng trải qua các phản ứng khử tại các vị trí hoạt động này.
Tăng tốc: Loại bỏ phần keo của lớp ngoài của các hạt palađi dạng keo, để lộ lõi palađi xúc tác, đảm bảo độ bám dính tốt giữa lớp mạ đồng điện phân và thành lỗ rỗng. Ví dụ, các mixen palladium bám vào bảng và sau khi rửa và sục khí bằng nước, lớp vỏ Sn (OH) 4 được hình thành bên ngoài các hạt Pd, lớp vỏ này được loại bỏ bằng máy gia tốc loại HBF4 để lộ ra lõi paladi.
Lắng đọng đồng hóa học: Đặt bảng mạch in đã qua xử lý xúc tác vào bể lắng đọng đồng hóa học có chứa muối đồng (như đồng sunfat) và chất khử (như formaldehyd). Dưới tác dụng xúc tác của lõi palladium, các ion đồng bị khử bởi formaldehyde và lắng đọng trên các thành lỗ rỗng của bảng mạch in và các bề mặt không có lá đồng cần tính dẫn điện, dần dần hình thành một lớp đồng mỏng. Khi phản ứng diễn ra, đồng hóa học mới được tạo ra và sản phẩm phụ của phản ứng hydro có thể đóng vai trò là chất xúc tác phản ứng, thúc đẩy hơn nữa tiến trình phản ứng liên tục và tăng độ dày của lớp đồng. Các loại lắng đọng đồng hóa học có thể được chia thành đồng mỏng (0,25-0,5 μm), đồng trung bình (1-1,5 μm) và đồng dày (2-2,5 μm) theo nhu cầu.
xử lý hậu kỳ
Rửa bằng nước: Sau khi quá trình lắng đọng đồng hoàn tất, các hóa chất còn sót lại trên bề mặt bảng mạch in sẽ được loại bỏ hoàn toàn thông qua quá trình rửa bằng nước nhiều{0}}giai đoạn để ngăn chặn tác động bất lợi của các chất còn sót lại trong các quy trình tiếp theo.
Sấy khô: Sử dụng các phương pháp như sấy khô bằng không khí nóng để loại bỏ hơi ẩm trên bề mặt bảng mạch in, giữ bảng mạch in ở trạng thái khô ráo để bảo quản và xử lý tiếp theo.
kiểm tra chất lượng
Kiểm tra mức độ ngược sáng: Thực hiện các lát cắt trên thành lỗ và quan sát độ phủ của lớp đồng lắng đọng trên thành lỗ bằng kính hiển vi kim loại. Mức độ đèn nền thường được chia thành 10 cấp độ, mức độ càng cao thì độ che phủ của đồng đọng trên thành lỗ càng tốt. Thông thường, các tiêu chuẩn ngành yêu cầu xếp hạng Lớn hơn hoặc bằng 8,5. Thông qua kiểm tra mức độ đèn nền, có thể hiểu được tính đồng nhất và tính toàn vẹn của lớp đồng lắng đọng trên thành lỗ bằng trực giác và chất lượng của đồng lắng đọng có thể được đánh giá là đáp ứng yêu cầu.
Phát hiện độ dày lớp đồng: Sử dụng thiết bị chuyên nghiệp như máy đo độ dày tia X{0}} để đo độ dày của lớp đồng lắng đọng, đảm bảo rằng nó đáp ứng phạm vi độ dày mà thiết kế yêu cầu. Các kịch bản ứng dụng và yêu cầu sản phẩm khác nhau có các tiêu chuẩn khác nhau về độ dày của lớp lắng đọng đồng.
Kiểm tra độ bám dính: Sử dụng các phương pháp như kiểm tra băng để kiểm tra độ bám dính giữa lớp đồng và bề mặt bảng mạch in. Ví dụ, dùng băng dính chuyên dụng dán lên bề mặt lớp đồng, sau đó nhanh chóng bóc ra và quan sát xem lớp đồng đã bong ra chưa, nhằm đánh giá độ bám dính có đạt tiêu chuẩn hay không. Độ bám dính tốt là một chỉ số quan trọng để đảm bảo độ ổn định và độ tin cậy của lớp đồng lắng đọng.
Kiểm tra thành lỗ: Sử dụng kính hiển vi hoặc các dụng cụ khác, kiểm tra cẩn thận lớp đồng trên thành lỗ xem có liên tục không, các khuyết tật như lỗ rỗng và vết nứt, để đảm bảo chất lượng của lớp đồng trên thành lỗ đáp ứng yêu cầu về độ tin cậy của mạch.
Những điểm chính của kiểm soát quá trình lắng đọng đồng
Kiểm soát nhiệt độ: Tốc độ phản ứng trong quá trình lắng đọng đồng hóa học rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nhiệt độ quá cao và tốc độ phản ứng nhanh có thể dẫn đến sự lắng đọng không đồng đều của lớp đồng, dẫn đến các khuyết tật như độ nhám và lỗ rỗng; Nhiệt độ quá thấp, tốc độ phản ứng chậm, hiệu suất lắng đọng đồng thấp và độ dày của lớp đồng khó đáp ứng yêu cầu. Ví dụ, nhiệt độ của bể mạ đồng hóa học thường cần được kiểm soát chính xác trong khoảng 25-35 độ, tùy thuộc vào công thức của dung dịch hóa chất được sử dụng và yêu cầu của quy trình.
Kiểm soát PH: Giá trị pH của dung dịch có thể ảnh hưởng đến dạng ion đồng và hoạt động của chất khử. Giá trị pH không phù hợp có thể ngăn phản ứng diễn ra bình thường hoặc dẫn đến giảm chất lượng của lớp đồng. Trong quá trình lắng đọng đồng, thường cần kiểm soát giá trị pH trong phạm vi kiềm 11-13 và duy trì giá trị pH ổn định bằng cách thêm chất điều chỉnh pH.
Kiểm soát nồng độ dung dịch: Nồng độ muối đồng, chất khử, chất chelat và các thành phần khác của dung dịch phải được kiểm soát chặt chẽ trong phạm vi quy định. Nồng độ quá mức hoặc không đủ có thể ảnh hưởng đến tốc độ và chất lượng lắng đọng đồng. Ví dụ, nồng độ muối đồng thấp có thể dẫn đến tốc độ lắng đọng đồng chậm và độ dày lớp đồng không đủ; Nồng độ chất khử quá cao có thể gây ra phản ứng quá mức và ảnh hưởng đến tính đồng nhất của lớp đồng. Cần thường xuyên kiểm tra, điều chỉnh nồng độ của thuốc để đảm bảo thuốc ở trạng thái quy trình tốt nhất.
Kiểm soát thời gian phản ứng: Thời gian lắng đọng đồng quyết định độ dày cuối cùng của lớp đồng. Thời gian quá ngắn, độ dày lớp đồng không đáp ứng yêu cầu thiết kế; Quá nhiều thời gian không chỉ lãng phí tài nguyên mà còn có thể dẫn đến lớp đồng dày, dẫn đến kết tinh thô và giảm độ bám dính. Theo các loại yêu cầu quy trình và lắng đọng đồng khác nhau, thời gian lắng đọng đồng phải được kiểm soát chính xác. Ví dụ, thời gian lắng đọng đồng đối với đồng mỏng thường là 10-15 phút, trong khi đối với đồng vừa và dày thì thời gian lắng đọng tương ứng phải được kéo dài.