1、一、电镀铜的历史沿革 1.1 焦磷酸铜1985 年以前全球电路板业之电镀铜，几乎全部采用 60高温操作的焦磷酸铜(Copper Pyrophosphate；Cu2P2O7)制程，是利用焦磷酸之错合剂(Complexing Agent)做为基本配方。当时最流行的商业制程就是 MT 的添加剂 PY61H 。但由于高温槽液及 PH 值又在 8.0 以上，对于长时间二次铜所用到的碱性水溶油墨或干膜等阻剂，都不免会造成伤害。不但对板面之线路镀铜(Pattern Plating)品质不利。且槽液本身也容易水解而成为反效果正磷酸(H3PO4)，再加上阻剂难以避免被溶解所累积的有机污染等因素，导致焦磷酸铜的管
2、理困难，而被业者们视为畏途。然而新亮相非错合剂式的低温 (15oC20oC)硫酸铜制程，当年则因其成熟度不够也使得用户们吃足了苦头。直到 1988 年以后硫酸铜才逐渐正式取代了先前的焦磷酸铜，而成为唯一的基本配方。1.2 硫酸铜与反脉冲十年后(1995)的电路板开始采孔径 0.35mm 或 14mil 以下的小孔，在板厚不变或板厚增加下，常使得待镀之通孔出现 41 至 101 高纵横比的困难境界。为了增加深孔镀铜的分布力(Throwing Power)起见，首先即调高槽液基本配方的酸铜比(拉高至 10l 以上)，并也另在添加剂配方上着手变化。而且还将固有垂直挂镀的设备中，更换其传统直流(DC)
3、供电，转型为变化电流(广义的 AC)式反脉冲电流(Reverse Pulse)的革新方式。在其反咬电流密度很大但时间却很短的情况下，亦能将两端孔口附近较厚的镀铜层予以减薄，但又不致影响深孔中心铜层应有的厚度，于是各种脉冲供电方式也进入了镀铜的领域。1.3 水平镀铜随后为了方便薄板的操作与深孔穿透以及自动化能力起见，板面一次铜(全板镀铜)的操作，又曾改变为水平自走方式的电镀铜。在其阴阳极距离大幅拉近而降低电阻下，可用之电流密度遂得以提高 2-4 倍，而使量产能力为之大增。此种新式密闭水平镀铜之阳极起先还沿用可溶的铜球,但为了减少量产中频繁拆机，一再补充铜球的麻烦起见，后来又改采非溶解性的钛网阳极
4、。而且另在反脉冲电源的协助下，不但对高纵横比小径深孔的量产如虎添翼，更对 2001 年兴起的 HDI 雷射微盲孔(Microvia)也极有助益。不过也由于非溶阳极已不再出现溶铜之主反应，而将所有能量集中于“产生氧气”之不良副反应，久之难免会对添加剂与 Ir/Ti 式 DSA(商标名称为“ 尺寸安定式阳极“)昂贵的非溶阳极造成伤害，甚至还影响到镀铜层的物理性质。至于 2002 年新冒出二阶深微盲孔所需的填孔镀铜，已使得水平镀铜出现了力犹未逮的窘境。对于此种困难，势必又将是另一番新的挑战。1.4 垂直自走的挂镀铜1999 初日本上村公司曾推出一种 UCON 制程，即属精密扰流喷流之槽液，与恢复两侧
5、铜阳极的垂直自走挂镀；但由于成本及售价都极为昂贵，故目前台湾业界只有少数生产线而尚待后续流行。三年来量产的水平电镀铜几乎已发展到了极限，于是恢复铜阳极的自正式挂镀又开始受到重视。目前国产设备供货商已有造利公司推出新机，其品质与成效如何仍有待长期量产的考验。图 1.此为首次亮相国产之垂直自走挂镀式恢复铜阳极联线机组，为造利公司之成熟产品，每支挂架可上下夹镀两片大板(24 寸见方)，槽长近 3m,宽0.86m，槽液深度为 1m, 整体槽项尚可加装透明的抽风罩，操作电流在 2 - 5ASD之间以 3.5ASD 的均匀性最好，行进速度在 0.5 - 1.2m/min 之间，镀速0.127 0.22mi
6、l/min，3mil 以下微盲孔可填平到 80%以上。二、最新挑战的背景BGA 球脚之承焊铜垫内设微盲孔(Micro Via in Pad)，不但可节省板面用地，而且一改旧有哑铃式(Dog Boning)层间通孔较长的间接互连(Interconnection)，而成为直上直下较短的盲孔互连；既可减短线长与孔长而得以压制高频中的寄生杂讯外(Parasitics)，又能避免了内层 GndVcc 大铜面遭到通孔的刺破，而使得归途(Return Path)之回轨免于受损，对于高频讯号完整性(Signal Integrity)总体方面的效益将会更好。然而此种做法在下游印刷锡膏与后续熔焊(Reflow)
7、球脚时，众多垫内微盲孔中免不了会吸引若干锡膏的不当流入。此种负面效应；一则会因锡量流失而造成焊点(Solder joint)强度的不足，二则可能会引发盲孔内锡膏助焊剂的气化而吹涨出讨厌的空洞(Voids), 两者均使得焊点可靠度为之隐忧不已。图 2.通常 222 式两次增层的 HDI 板类(绝大多数用于手机板)，其中BGA 焊垫内一阶盲孔系用于两次增层间讯号线之互连用途。但垫内之二阶深盲孔则系针对核板(Core) 之 Vcc 层或 Gnd 层进行连接用途。为了降低深盲孔镀铜的困难，目前对付此种两阶深盲孔者，多半采两次加工的钻孔及镀孔而完成的。图 3.左图为 4mil 盲孔,中图为 6mil 盲
8、孔；右图则为此盲孔未镀前之俯视放大图。二者填孔镀铜的水平连线皆为国产者，由于皆属空气中之阴极导电滚输而须通过一小段无槽液之干区，故整体铜层是许多薄层所叠积而成。图 4.左二图均为不同孔径的 BGA 垫内一阶盲孔，于组装焊接时锡膏未填满或被助焊所吹胀的空洞，此种经常出现的缺失已成为焊点强度上的隐忧。右图则系镀铜已填平之微盲孔其良好焊点之切片情形。而且设计者为了追求高频传输的品质起见，01 年以前“1+4+1”增层一次的做法，又已逐渐改变为现行“2+2+2”增层二次更新的面貌。此种“增二式”的最新规矩，使得内层之传统双面板(core),只扮演了 VccGnd 等大铜面的参考角色而已；所有传输资料的
9、讯号线(Signal Line),几乎都已全数布局在后续无玻纤(Dk 较低，讯号品质较好)的各次增层中。如此一来外层中某些必须接地或按电源的二阶盲孔，甚至还会坐落在已填塞埋通孔之顶环或底环上。此等高难度的制程均已在 BGA 球垫之中多量出现。不幸是此种二阶盲孔在凹陷与孔径变大的情形下，其镀铜之空虚不足自必更甚于一阶者，使得原已棘手的小型焊点问题，变得更为严重凄惨。于是手机板的客户们不得不一再要求电镀铜能够对盲孔的尽量填平，以维持整体功能于不坠。截至目前为止，现役酸性镀铜的本事只能说填多少算多少，微盲孔之孔径在 3mi 以下之浅小而多用于封装载板者，实填的问题还不算严重，某几种商业镀铜制程也还颇能让人满意。然而增二式手机板其 BGA 球脚垫内的二阶盲孔，不但口径大到 68mil 之间，且其漏斗形深度也接近 3mil。加以最新亮相超难密距(0.5mm 或 20milPitch)的拉近与挤压垫面空间，使得垫径又被紧迫缩小到只剩下 1214mil 左右，逼得盲孔表面的环宽竟只剩下 3mil 而已。如此局限又险恶地形之锡膏承焊，安得不令人频捏大把冷汗？是故填孔镀铜几乎已经成为势在必行的工艺了。
