Quy trình Kim loại hóa Trực tiếp cho Việc Sản xuất Via PCB

Khi vias và lỗ thông hồi được chế tạo trong một PCB, chúng đòi hỏi quá trình mạ kim loại và phủ để xây dựng lượng đồng cần thiết trên thành lỗ. Việc xây dựng lớp phim kim loại trên tường via được thực hiện với một quá trình được biết đến là mạ điện, nhưng trước khi quá trình này được thực hiện, một quá trình kim loại hóa sơ bộ là cần thiết để hình thành một lớp hạt giống cho việc ký gửi tiếp theo. Có các quá trình kim loại hóa sơ bộ có thể được sử dụng để hỗ trợ quá trình mạ đồng điện phân tiếp theo: đồng không điện và kim loại hóa trực tiếp.

Đồng không điện là quá trình kim loại hóa sơ bộ tiêu chuẩn lâu đời được sử dụng trong toàn ngành. Trong các thiết kế mật độ thấp, đồng không điện là một quá trình được sử dụng triệt để và không gặp vấn đề đáng kể về độ tin cậy miễn là nó được kiểm soát đúng cách. Trong các PCB mật độ cao, vấn đề độ tin cậy với quá trình mạ đồng không điện có thể trở nên rõ ràng hơn do kích thước nhỏ của các tính năng trong microvias.

Khi nhiều thiết bị tiếp tục thu nhỏ, chúng tôi kỳ vọng khả năng cho kim loại hóa trực tiếp sẽ tăng lên, và điều này sẽ đáp ứng nhu cầu về khả năng sản xuất và mạ đáng tin cậy cho thiết kế UHDI. Điều này phù hợp với sự tăng trưởng dự kiến trong nhu cầu về nền tảng IC và theo xu hướng hiện tại của việc onshoring khả năng sản xuất điện tử.

Tổng quan về Kim loại hóa Sơ bộ

Quy trình mạ kim loại chính trong sản xuất PCB được thực hiện sau khi khoan và làm sạch, và quy trình này được sử dụng để hình thành một lớp hạt giống bên trong lỗ khoan cần mạ. Lớp hạt giống hình thành dọc theo thành lỗ, như được minh họa bên dưới, và lớp hạt giống này tạo nền tảng cho quá trình mạ điện tiếp theo.

Manufacturing Made Easy

Send your product to manufacturing in a click without any email threads or confusion.

Learn More

Mạ kim loại chính và hình thành via bằng mạ điện.

Sau khi mạ lớp đồng bằng mạ điện đến độ dày tường lỗ cuối cùng (1 mil trong hầu hết các thiết kế), mạ lớp ngoài và áp dụng mặt nạ hàn, sau đó có thể áp dụng lớp mạ cuối cùng cho bất kỳ vias nào sẽ không được che. Một khi tường via được mạ, phân tích cấu trúc vi mô có thể được thực hiện để đánh giá độ dày đồng được mạ trên tường lỗ và đảm bảo đồng đều mạ dọc theo trục lỗ.

Ở đường kính lớn, bao gồm cả tỷ lệ khía cạnh lớn, lớp mạ thu được thường có chất lượng rất cao và được biết đến là rất đáng tin cậy. Khi chúng ta chuyển sang kích thước nhỏ hơn, đồng không điện giải bắt đầu thể hiện một số thách thức về độ tin cậy, điều này thúc đẩy việc sử dụng các quy trình kiểm soát chặt chẽ hơn, hoặc chuyển hoàn toàn sang quy trình mạ kim loại trực tiếp.

Đồng Không Điện Giải

Đồng không điện là quy trình mạ kim loại sơ bộ truyền thống được sử dụng trước khi mạ điện. Quy trình này lắng đọng một lớp đồng mỏng từ dung dịch với chất xúc tác palladium trực tiếp lên vật liệu điện mô của PCB. Sau khi lớp đồng mỏng được lắng đọng, đồng mạ điện được lắng đọng lên trên cho đến khi đạt được độ dày lớp mạ đồng cuối cùng. Quy trình này bao gồm phản ứng khử ion đồng sử dụng formaldehyde trong sự hiện diện của chất xúc tác palladium.

2HCHO + 2OH⁻ → 3H₂ (g) + 2CO₂ + 2e^-

Requirements Management Made Easy

Connect design data and requirements for faster design with fewer errors

Find Out More

Cu²⁺ + 2e^- → Cu (kim loại).

Việc lắng đọng một lớp phim đồng lên một lớp phim đồng khác mang lại khả năng cho nhiều thách thức về độ tin cậy trong đồng mạ điện trên tường lỗ. Trong quá trình mạ điện, đồng lắng đọng có thể có hệ số lấp đầy, cấu trúc hạt và độ đồng đều khác so với đồng không điện. Điều này tạo ra sức mạnh cơ học thấp hơn so với một lớp phim đồng hoàn chỉnh với cấu trúc hạt đồng đều. Giao diện giữa hai lớp phim đồng có thể được thấy trong hình ảnh SEM mẫu dưới đây.

Nguồn: Cobley, Andrew J., Bahaa Abbas và Azad Hussain. "Cải thiện độ phủ đồng không điện tại nồng độ xúc tác thấp và nhiệt độ mạ giảm nhờ sóng siêu âm tần số thấp." International Journal of Electrochemical Science 9, số 12 (2014): 7795-7804.

Quá trình này liên quan đến một phản ứng với axit, khí hydro sẽ hình thành như một trong những sản phẩm phản ứng. Vì đây là quá trình trong bể lỏng động, khí hydro cần thoát ra khỏi khu vực mạ để đảm bảo lớp đồng không điện đều. Điều này ít gặp vấn đề hơn ở đường kính lỗ lớn, nhưng mạ trong đường kính lỗ nhỏ có thể gặp phải khí hydro bị kẹt có thể làm ảnh hưởng đến lớp đồng không điện.

High-Speed PCB Design

Simple solutions to high-speed design challenges.

Learn More

Mạ Trực Tiếp

Quá trình này loại bỏ ba nguồn gây ra vấn đề đáng tin cậy chính trong việc mạ tường lỗ via. Đó là:

• Loại bỏ hydro như một sản phẩm phản ứng
• Loại bỏ giao diện phim đồng mạ không điện - mạ điện
• Ổn định bể mạ cho phép downtime mà không cần bổ sung

Bằng cách loại bỏ sản phẩm khí hydro và giao diện màng đồng-đồng, các màng được hình thành bởi quá trình tráng kim loại trực tiếp thường có độ đồng nhất cao hơn và độ bền cơ học cao hơn. Ngoài ra, vì quá trình này cũng bao gồm một bể hóa chất, nó có thể được sử dụng với các lỗ thông lớn hơn; nó không chỉ dành riêng cho việc hình thành microvia.

Hiện tại, phần lớn khả năng tráng kim loại trực tiếp nằm ở các nhà sản xuất đa quốc gia lớn, điều này có nghĩa là công nghệ chủ yếu được tìm thấy ở Châu Á hoặc với các công ty chế tạo mẫu tiên tiến. Khi khả năng sản xuất được mong đợi sẽ tăng lên, điều này sẽ mở rộng phạm vi các địa điểm mà các công ty có thể sản xuất.

Quy tắc Thiết kế PCB của Bạn Có Cần Thay Đổi?

Câu trả lời ở đây là một “không” chắc chắn, quy tắc thiết kế PCB cho thiết kế via không thay đổi nếu tráng kim loại trực tiếp được sử dụng cho việc hình thành via. Điều này áp dụng trong thiết kế PCB HDI nơi microvias được sử dụng, và trong các thiết kế lỗ thông truyền thống nơi đường kính lỗ lớn hơn. Tuy nhiên, nếu tráng kim loại trực tiếp là quá trình sản xuất mong muốn, hãy xem xét liên hệ với nhà máy chế tạo của bạn để hỏi về khả năng xử lý của họ. Bạn cũng có thể chỉ định sử dụng tráng kim loại trực tiếp là quá trình ưu tiên trong ghi chú chế tạo PCB của bạn.

Dù bạn cần xây dựng điện tử công suất đáng tin cậy hay hệ thống số tiên tiến, hãy sử dụng bộ tính năng thiết kế PCB đầy đủ và công cụ CAD hàng đầu thế giới trong Altium Designer^®. Để triển khai sự hợp tác trong môi trường đa ngành nghề ngày nay, các công ty đổi mới đang sử dụng nền tảng Altium 365™ để dễ dàng chia sẻ dữ liệu thiết kế và đưa dự án vào sản xuất.

Manufacturing Made Easy

Send your product to manufacturing in a click without any email threads or confusion.

Learn More

Chúng ta mới chỉ khám phá bề mặt của những gì có thể thực hiện với Altium Designer trên Altium 365. Bắt đầu dùng thử miễn phí Altium Designer + Altium 365 ngay hôm nay.