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