Processo di Metallizzazione Diretta per la Fabbricazione di Via su PCB

Quando vengono fabbricati i via e i fori passanti metallizzati in un PCB, è necessario un processo di deposizione e placcatura metallica per costruire il rame richiesto sulla parete del foro. La costruzione del film metallico su una parete del via viene eseguita con un processo noto come elettroplaccatura, ma prima di questo processo è necessario un processo di metallizzazione primaria per formare uno strato di base per ulteriori deposizioni. Esistono processi di metallizzazione primaria che possono essere utilizzati per supportare il successivo processo di rame elettroplaccato: rame elettroless e metallizzazione diretta.

Il rame elettroless è il processo di metallizzazione primaria standard e di lunga data che viene utilizzato in tutta l'industria. Nei disegni a bassa densità, il rame elettroless è un processo ampiamente utilizzato e non presenta significativi problemi di affidabilità a patto che sia controllato adeguatamente. Nei PCB ad alta densità, i problemi di affidabilità con la placcatura di rame elettroless possono diventare più evidenti a causa delle piccole dimensioni delle caratteristiche nei microvia.

Man mano che più dispositivi continuano a miniaturizzarsi, ci aspettiamo un aumento della capacità per la metallizzazione diretta, e ciò affronterà la necessità di una capacità di fabbricazione e placcatura affidabile per i design UHDI. Ciò coincide con la crescita prevista nella domanda di substrati IC e segue l'attuale tendenza all'onshoring della capacità di produzione elettronica.

Panoramica della Metallizzazione Primaria

I processi di metallizzazione primaria nella fabbricazione dei PCB vengono eseguiti dopo la foratura e la desmear, e il processo viene utilizzato per formare uno strato di base all'interno di un foro forato che richiede placcatura. Lo strato di base si forma lungo la parete del foro, come illustrato di seguito, e questo strato di base costituisce la base per la successiva elettroplaccatura.

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Metallizzazione primaria e formazione di via con elettroplaccatura.

Dopo il deposito dello strato di rame con elettroplaccatura fino allo spessore finale della parete del foro (1 mil nella maggior parte dei progetti), vengono applicati la placcatura dello strato esterno e la maschera di saldatura, che possono poi applicare lo strato finale di placcatura a qualsiasi via che sarà non protetto. Una volta che le pareti della via sono placcate, potrebbe essere eseguita un'analisi microstrutturale per valutare lo spessore del rame depositato sulla parete del foro e garantire l'uniformità della placcatura lungo l'asse del foro.

Con diametri grandi, inclusi quelli con rapporti di aspetto elevati, la placcatura risultante è generalmente di altissima qualità ed è nota per essere molto affidabile. Man mano che riduciamo le dimensioni, il rame elettroless inizia a mostrare alcune sfide di affidabilità che motivano l'uso di controlli di processo più rigorosi, o un completo passaggio al processo di metallizzazione diretta.

Rame Elettroless

Il rame chimico è il tradizionale processo di metallizzazione primaria utilizzato prima della galvanostegia. Il processo deposita uno strato sottile di rame dalla soluzione con un catalizzatore di palladio direttamente sul materiale dielettrico del PCB. Una volta depositato lo strato sottile di rame, il rame elettrodepositato viene depositato sopra fino a raggiungere lo spessore finale della placcatura di rame. Il processo coinvolge una reazione di riduzione degli ioni di rame utilizzando formaldeide in presenza di un catalizzatore di palladio.

2HCHO + 2OH⁻ → 3H₂ (g) + 2CO₂ + 2e^-

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Cu²⁺ + 2e^- → Cu (metallo).

La deposizione di un film di rame su un altro film di rame porta al potenziale per diverse sfide di affidabilità nel rame elettrodepositato sulla parete del foro. Durante la galvanostegia, il rame depositato può avere un diverso fattore di riempimento, struttura granulare e uniformità rispetto al rame chimico. Questo crea una resistenza meccanica inferiore rispetto a un film completo di rame con struttura granulare uniforme. L'interfaccia tra i due film di rame può essere vista nell'esempio di immagine SEM qui sotto.

Fonte: Cobley, Andrew J., Bahaa Abbas e Azad Hussain. "Miglioramento della copertura del rame elettroless a basse concentrazioni di catalizzatore e ridotte temperature di placcatura abilitato dall'ultrasuono a bassa frequenza." International Journal of Electrochemical Science 9, n. 12 (2014): 7795-7804.

Poiché il processo coinvolge una reazione che implica un acido, l'idrogeno si formerà come uno dei prodotti della reazione. Essendo questo un processo dinamico in bagno liquido, l'idrogeno deve poter sfuggire dalla regione di placcatura per garantire l'uniformità dello strato di rame elettroless. Questo rappresenta un problema minore per diametri di foro più grandi, ma la placcatura in diametri di foro più piccoli può sperimentare gas di idrogeno intrappolato che può compromettere lo strato di rame elettroless.

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Metallizzazione Diretta

Il processo elimina tre delle principali fonti di problemi di affidabilità nella placcatura della parete del foro via. Questi sono:

• Eliminazione dell'idrogeno come prodotto della reazione
• Eliminazione dell'interfaccia tra film di rame elettroless-elettroplaccato
• Stabilizzazione del bagno di placcatura che permette tempi di inattività senza necessità di reintegro

Eliminando il prodotto del gas idrogeno e l'interfaccia del film di rame, i film formati tramite metallizzazione diretta tendono ad avere una maggiore uniformità e una maggiore resistenza meccanica. Inoltre, poiché questo processo coinvolge anche un bagno chimico, può essere utilizzato con fori passanti più grandi; non è esclusivo per la formazione di microvia.

Attualmente, gran parte della capacità di metallizzazione diretta è in possesso di grandi produttori multinazionali, il che significa che la tecnologia si trova principalmente in Asia o presso aziende avanzate di prototipazione. Con l'attesa di un aumento della capacità, ciò amplierà la gamma di luoghi in cui le aziende possono produrre.

Le regole di progettazione del tuo PCB devono cambiare?

La risposta qui è un solido "no", le regole di progettazione del PCB per la progettazione dei via non cambiano se si intende utilizzare la metallizzazione diretta per la formazione dei via. Questo si applica nella progettazione di PCB HDI dove si utilizzano microvia, e nei disegni tradizionali con fori passanti dove i diametri dei fori sono più grandi. Tuttavia, se la metallizzazione diretta è il processo di fabbricazione desiderato, considera di contattare la tua casa di fabbricazione per informarti sulle loro capacità di processo. Puoi anche specificare l'uso della metallizzazione diretta come processo preferito nelle tue note di fabbricazione PCB.

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