PCB 비아 제작을 위한 직접 금속화 공정

PCB에 비아(via)와 도금된 관통 홀이 제작될 때, 홀 벽에 필요한 구리를 쌓기 위해 금속 증착 및 도금 과정이 필요합니다. 비아 벽에 금속 필름을 쌓는 작업은 전기도금이라는 과정을 통해 수행되지만, 이 과정을 수행하기 전에 추가 증착을 위한 시드층을 형성하기 위한 기본 금속화 과정이 필요합니다. 후속 전기도금 구리 공정을 지원할 수 있는 기본 금속화 공정에는 무전해 구리와 직접 금속화가 있습니다.

무전해 구리는 업계 전반에 걸쳐 사용되는 표준적인 기본 금속화 공정입니다. 저밀도 설계에서 무전해 구리는 철저히 사용되는 공정이며, 제대로 관리되는 한 신뢰성 문제를 일으키지 않습니다. 고밀도 PCB에서는 마이크로비아의 작은 특징 크기로 인해 무전해 구리 도금의 신뢰성 문제가 더 명확해질 수 있습니다.

더 많은 장치들이 미니어처화됨에 따라, 직접 금속화의 용량이 증가할 것으로 예상되며, 이는 UHDI 디자인의 신뢰할 수 있는 제작 및 도금 용량에 대한 필요성을 해결할 것입니다. 이는 IC 기판 수요의 예상 성장과 전자 제조 용량의 국내화 현재 추세를 따릅니다.

기본 금속화 개요

PCB 제조에서의 기본 금속화 공정은 드릴링과 디스미어 이후에 수행되며, 이 공정은 도금이 필요한 드릴 구멍 내부에 시드층을 형성하는 데 사용됩니다. 시드층은 아래와 같이 구멍 벽을 따라 형성되며, 이 시드층은 이후의 전기도금을 위한 기초를 형성합니다.

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전기도금을 이용한 기본 금속화 및 비아 형성.

최종 구멍 벽 두께(대부분의 설계에서 1mil)까지 전기도금을 이용해 구리층을 증착한 후, 외부 층 도금 및 솔더 마스크가 적용되며, 이는 어떤 비아에도 최종 도금층을 적용할 수 있게 합니다. 비아 벽이 도금되면, 구멍 벽 내에 증착된 구리 두께를 평가하고 구멍 축을 따라 도금의 균일성을 보장하기 위해 미세구조 분석이 수행될 수 있습니다.

큰 직경에서, 큰 종횡비를 포함하여, 결과적인 도금은 일반적으로 매우 높은 품질이며 매우 신뢰할 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 우리가 더 작은 크기로 축소함에 따라, 무전해 구리는 일부 신뢰성 문제를 나타내기 시작하며, 이는 더 엄격한 공정 제어의 사용이나 직접 금속화 공정으로의 완전한 전환을 동기 부여합니다.

무전해 구리

무전해 동은 전기도금 전에 사용되는 전통적인 기본 금속화 공정입니다. 이 과정은 팔라듐 촉매를 사용하여 용액으로부터 PCB 절연 재료에 직접 얇은 동층을 증착합니다. 얇은 동층이 증착되면, 최종 동 도금 두께에 도달할 때까지 전기도금된 동이 위에 증착됩니다. 이 과정은 팔라듐 촉매의 존재하에서 포름알데히드를 사용한 동 이온의 환원 반응을 포함합니다.

2HCHO + 2OH⁻ → 3H₂ (g) + 2CO₂ + 2e^-

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Cu²⁺ + 2e^- → Cu (금속).

한 동 필름을 다른 동 필름 위에 증착하는 것은 구멍 벽에 있는 전기도금된 동에서 여러 가지 신뢰성 문제의 가능성을 가져옵니다. 전기도금 중에 증착된 동은 무전해 동에 비해 채움 요소, 입자 구조, 그리고 균일성이 다를 수 있습니다. 이는 균일한 입자 구조를 가진 완전한 동 필름에 비해 낮은 기계적 강도를 만듭니다. 두 동 필름 사이의 인터페이스는 아래 SEM 이미지 예에서 볼 수 있습니다.

원문: Cobley, Andrew J., Bahaa Abbas, Azad Hussain. "저주파 초음파를 이용한 저촉매 농도 및 저온 도금에서의 개선된 무전해 동 도금 커버리지." 국제 전기화학 과학 저널 9, 12호 (2014): 7795-7804.

이 과정은 산을 포함하는 반응을 포함하기 때문에, 반응 생성물로 수소 가스가 형성됩니다. 이것은 동적 액체 목욕 과정이기 때문에, 무전해 동층이 균일하게 되기 위해서는 수소 가스가 도금 영역에서 탈출해야 합니다. 이는 큰 구멍 직경에서는 문제가 덜하지만, 작은 구멍 직경에서 도금할 때는 무전해 동층을 손상시킬 수 있는 갇힌 수소 가스가 발생할 수 있습니다.

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직접 금속화

이 과정은 비아 홀 벽 도금에서 신뢰성 문제의 주요 원인 세 가지를 제거합니다. 이들은 다음과 같습니다:

• 반응 생성물로서의 수소 제거
• 무전해-전기 도금된 동 필름 인터페이스 제거
• 보충 없이도 다운타임을 허용하는 도금 욕의 안정화

수소 가스 생성물과 구리-구리 필름 인터페이스를 제거함으로써, 직접 금속화를 통해 형성된 필름은 더 높은 균일성과 더 높은 기계적 강도를 가지는 경향이 있습니다. 또한, 이 과정은 화학 목욕을 포함하기 때문에, 더 큰 도금된 관통 홀에 사용될 수 있으며, 마이크로비아 형성에만 국한되지 않습니다.

현재, 직접 금속화 능력의 대부분은 대규모 다국적 제조업체에 있으며, 이는 기술이 주로 아시아나 고급 프로토타이핑 회사에서 발견된다는 것을 의미합니다. 더 많은 용량이 온라인으로 제공될 것으로 예상됨에 따라, 회사가 생산할 수 있는 위치의 범위가 넓어질 것입니다.

PCB 설계 규칙을 변경해야 할까요?

여기서의 대답은 확실한 "아니오"입니다. 직접 금속화가 비아 형성에 사용될 경우에도 PCB 설계 규칙은 변경되지 않습니다. 이는 마이크로비아가 사용되는 HDI PCB 설계와 구멍 직경이 더 큰 전통적인 관통 홀 디자인 모두에 적용됩니다. 그러나, 직접 금속화가 원하는 제조 공정이라면, 제조업체에 연락하여 그들의 처리 능력에 대해 문의하는 것을 고려해보세요. 또한 PCB 제작 노트에서 직접 금속화를 선호하는 공정으로 명시할 수도 있습니다.

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