1、PTH簡介,一.何謂PTH 二.PTH的原理 三.PTH製程 四.PTH系統簡介 五.PTH的未來與展望,何謂PTH,PTH(Plated Through Hole)，鍍通孔 其目的為在非導體的孔壁上，建立一層密實牢固的銅金屬作為導體，成為後來鍍銅的基地,PTH的原理,PTH的通用製程:整孔:清潔板面油脂，除去孔內雜質，使孔壁內環氧樹脂及玻璃纖維上附上一層正電薄膜微蝕:除去銅面上的氧化物並咬蝕銅面使之粗糙預浸:防止酸性物質及水份進入活化槽污染槽液活化:使錫鈀膠體附著於孔壁速化:剝除板面及孔內之錫膠體層使鈀膠體層裸露，以利化學銅附著 化學銅:利用甲醛當還原劑，鈀當催化劑，在鹼性藥液中將銅離子還原
2、成金屬銅附著於孔壁,活化的化應式,基本反應Pd2+ +Sn2+ PdO +Sn4+ Pd的存在方式PdCl2 + SnCl2 PdSnCl4PdSnCl4 + 6PdCl2 SnPd7Cl16SnPd7Cl16 Pd6Cl12 + SnCl2 + PdCl2,化學銅的反應式,主反應 Cu2+2HCHO+4OH- CuO +H2 +H2O + 2HCOO- 副反應2HCHO+4OH- H2 +2e- +H2O+2HCOO-2HCHO+NaOH CH3OH + HCOONaCO2 + OH- HCO3-2Cu2+ HCHO + 5OH- Cu2O+3H2O+CHOO-Cu2O + H2O CuO+
3、Cu2 +2OH-Cu2O + HCHO + OH- 2CuO+H2O+HCOO-,PTH製程,清潔整孔水洗酸洗水洗微蝕水洗預浸活化水洗速化水洗化學銅水洗酸洗鍍銅水洗抗氧化水洗烘乾下板掛架蝕銅熱水洗上板區,PTH系統簡介,概述:世界現存之PTH系統概分為酸性及鹼性系統，特性依基本觀念而有不同。因膠體設計之不同，Lea Ronal開發了另一銅膠體而成為另一支PTH系統 甲.酸性系統:目前較具代表性的供應商為E.C、Shipley及Macdermid 乙.鹼性:目前較具代表性的供應商為Autotech及Hitachi,甲.酸性系統:,A.基本製程:(以Shipley為藍本231(Condition
4、er) 746(Microetch) 404(Catalpretreatment) 44(Cataldeposit) 19(Accelerator) 328(Electroless Deposit),B.單一步驟功能說明: a.231(Conditioner):1.Desmear後孔內呈現Bipolar現象，其中Cu 呈現高電位正電，Glass fiber 、Epoxy呈負電 2.為使孔內面呈現適當狀態，Conditioner具有兩種基本功能:2-1.Cleaner:利用液中之 R- -(O CH2CH2)XOH Group 促使Surface low down 同時清潔表面2-2.Condi
5、tioner:O利用 C17H35-C-N-(CH2)3-N-(CH2)2-OH+=NO3- GroupH的吸附使孔壁呈正電性，以利Pd/Sn Colloid負電離子團吸附,甲.酸性系統,甲.酸性系統,3.一般而言粒子間作用力大小如下:4.因而此類藥液系統會有吸附過多或Colloid過多的吸附是否可洗去之顧慮5.Conditioner若Drag In至Activator槽，會使Pd+離子團降低,甲.酸性系統,b.746(Microetching)1.Microetching旨在清除表面之Conditioner所形成的Film2.此同時亦可清洗銅面殘留的氧化物3.如果反應不足會形成殘留造成的P.
6、I.4.如果反應過度會形成Reverse Etch 或Pink Ring c.404(Catalpretreatment)1.為避免Microetch形成的銅離子帶入Pd/Sn槽，故先以相類似的404先做預浸以減少帶入2.進一步降低其孔面的Surface Tension,甲.酸性系統,d.44(Cataldeposit)1.一般Pd膠體皆以以下結構存在：,甲.酸性系統,2.Pd2+ : Sn2+ : CI- = 1 : 6 : 12 較安定3.一般膠體的架構方式是以以下方式結合： 當吸附時由於CI會產生架橋作用，且其半徑較大使得其吸附不 易良好，尤其如果孔內的Roughness不適當更可能造成
7、問題,甲.酸性系統,4.孔壁吸附了負離子團，即中和形成中和電性e.19(Accelerator):1.Pd膠體吸附後必須去除Sn，使Pd2+曝露，如此才能在未來無電解銅中產生催化作用形成化學銅2.基本化學反應為：Pd+2/Sn+2 (HF) Pd+2+Sn+2(aq)Pd+2(ad) (HCHO) Pd(s)3.一般而言Sn與Pn特性不同，Pd為貴金屬而Sn則不然，因此其主反應可如下:Sn+2 Sn+4 +6F- SnF6-2 or Sn+2 +4F- SnF4-2,甲.酸性系統,而Pd則有兩種情形:PH=4 Pd+2 (OH-) Pd(OH)2PH 4 Pd+2 + 6F- PdF6-4 4
8、.因44的Pd吸附在本系統中本身就不易均勻，故19所能發揮的效果就極受限制。除去不足時會產生P.I.，而過長時則可能因為過份去除產生破洞，還也是以Back_light觀察時會有缺點的原因5.44後水洗不足或浸泡太久會形成Sn+2 Sn(OH)2或Sn(OH)4，此易形成膠體膜。而其本身Sn+4過高也會形成Sn(OH)4，尤其在Pd吸太多時易呈PTH粗糙 6.液中懸浮粒子多，易形成PTH粗糙,甲.酸性系統,f.328(Electroless Copper):1.利用孔內沉積的Pd催化無電解銅與HCHO作用使化學銅沉積2.Pd在化學銅槽的功能有二:1作為Catalyst吸附H-之主體，加速HCHO
9、的反應2作為Conductor，以利e-轉移至Cu+2上形成Cu沉積3.其基本反應為:,4.其反應之Mechanism可以圖示如下:,甲.酸性系統,甲.酸性系統,5.由於槽液在操作開始缺少H2含量，故其活性可能不夠，而 且改變溫度也易使槽液不穩定。故在操作前一般先以 Dummy boards先行提升活性再作生產，才能達到操作要求6.Bath loading也因上述要求而有極大的影響，太高的Bath loading會造成過度的活化而使槽液不安定。相反的若太低則會因H2的流失而形成沉積速率過低。故其Max與Min值應與廠商確認做出建議值7.如果溫度過高，NaOH HCHO濃度不當或者Pd+2累積過
10、高都可能造成P.I. 或PTH粗糙的問題,甲.酸性系統,Shipley反應狀態圖示:,乙.鹼性系統,A.基本製程:(以Autotech為籃本)HCF45(Conditioner) HS(Etch Cleaner) VT(Catalpretreatment) 834(Activator) WA(Reducer) TW(Electroless Copper) B.單一步驟功能說明:a.HC-F45(Conditioner):Wetting agent + 10 g/l NaOH (A)1.以Wetting agent的觀念，而非電性中和，如此可形成較薄的Film約300A，且均勻而不致有附著不上或
11、太厚之虞2.其基本方式係以親水基與疏水基之特有Dipol特性使Wetting agent被水排擠 ，快速吸附至孔壁。因其形成之單 層膜不易再附上其他Conditioner而與Cleaner共同作用洗去 多餘雜質,乙.鹼性系統,3.其設計是以一道酸一道鹼的藥液浸泡，使各種不同來源的板子皆有良好的wetting作用HCF45(B)的Formula: Wetting agent +10ml/l H2SO44.其基本化學結構大致如下:(800100 g/Mol)5.若水質不潔而含M+2(如:Ca+2、Mg+2、Fe+2等)則Amine及Wetting agent易與之結合而形成沉澱，故水質硬度應特別留
12、意,乙.鹼性系統,6.當板子浸入水中，Cu正電迅速與OH-中和而呈負電。而Dipol靜電力有限，不致形成多層覆蓋，故無Over conditioner的顧慮 b.HS(Etch cleaner):(SPS與H2SO4/H2O2兩種設計)基本功能與Shipley相似(SPS:10g/l) c.VT(Catalpretreatment):同於Activator但少Comples d.834(activator):Activator+Pd(Amine) complex1.基本上Autotech的Pd系，是由Amine類形成的Complex ，其基本結構如圖:,乙.鹼性系統,2.其特點如下:1Pd(A
13、mine)+2呈正電荷，可吸附在Conditioner上而甚少吸附在銅上，少有P.I.問題,乙.鹼性系統,2沒Sn形成的Colloid，其粒子較小，結晶較密且少有Sn(OH)2、Sn(OH)4析出問題。也沒有:Sn+2+Fe+2 Sn+4+Fe 或 Sn+2 +Cu+2 Sn+4+Cu作用3無Cl-在外圍，由於Cl-會與Polyimide材料產生作用，故無Cl-會有較廣的適用性4由於Pd(Amine)+2 Pd+2+Amine為一平衡反應，吸附反應十分快，且由於粒子小空隙低因而緻密性佳5Impurity少有殘留，且吸附Pd+2少，故能有較少P.I.機會,乙.鹼性系統,6由於無Cl-對Black
14、-Oxide的attack相對減少，故Pink Ring較輕微7由於吸附較密，將來作無電解銅時Coverage 也會較密較好，其意如下:,乙.鹼性系統,8Solution首次Marke up須先加溫反應兩小時，再以Boric Acid調PH至11，此後添加則不須再執行 e.WA(Reducer):(RNH2BH3)1.可能與HITACHOI的DMAB相同或相似,全稱為(Dimethylamine Borane)2.Reducer為Autotech特有製程,可將Pd2+在末進無電解銅前還原成Pd ,但會生成H2須注意小孔3.可得到的好處為:1可免除Pd 溶出,但有Microvoid的危險2其有兩
15、道的設計,而使少量稀薄的Reducing agent帶入無電解銅槽中,有助於其Activity,乙.鹼性系統,3免除Pd溶出,可降低Pd content過高帶來的催化作及銅粗的危機 f.HC or TW:(Electroless Copper); HCHO+Cu(EDTA) or Cu(Tartrate) + NaOH + Stabilize1.Autotech有EDTA的HC系列及Tartrate的TW系列。其中以TW系列的Stabilizer無汞，且廢液也較好處理2.由於基本製程與Shipley的Tartrate系列相似，但四項藥液都採單一控制，對品質控制更精密但也更繁瑣3.由於此系列除了Microetch及Conditioner(A)是酸系外，其他多以鹼性為base，故對Pink Ring的改善及對Wicking現象較有利,乙.鹼性系統,g.Autotech反應狀態圖示:,PTH的未來與展望,以浸沾導電性高分子之方法取代活化步驟，減少製程之複雜性 發展無甲醛之PTH法，以因應日趨嚴格的環保要求,
