技术分享：SOC制程在微盲孔填镀中的缺陷及改善

SOC制程在微盲孔填镀中的缺陷及改善

刘彬云、肖亮、苏从严

（广东东硕科技有限公司，广东省  广州市 ，邮编 510288）

摘要(中文)：

       选择性有机导电聚合工艺（SOC, Selective Organic Conductive Polymerization）是一种绿色环保的工艺，代替传统PTH进行孔导通化，具有制程简单、环保节能的特点，但因其导电性不如PTH沉铜层好，且没有金属做铜生长的晶核，在电镀时往往存在镀层不连续或深镀能力差的现象，特别是盲孔玻纤处容易出现孔破的问题，需要通过改善SOC制程和预镀的工艺参数，加强生产过程中的品质控制，达到理想的电镀微盲孔品质，来满足生产的要求。

关键词（中文）：

选择性有机导电聚合、闪镀、盲孔填镀

       国务院印发《“十三五”节能减排综合工作方案》，要求各地区、各部门认真贯彻落实部署，把节能减排作为优化经济结构、推动绿色循环低碳发展、加快生态文明建设，降低化学需氧量、二氧化硫、氨氮、氮氧化物等主要污染物排放总量，环境改善。

       近年来，清洁生产的意识已被广大的制造业者认同，使用环保节能的新工艺和材料也是制造业的一大热门，选择性有机导电聚合工艺（SOC，Selective Organic Conductive Polymerization）工艺作为一种新工艺逐渐取代传统的化学沉铜工艺，它采用有机物单体原位聚合在绝缘的孔壁上，目前基本上都是采用聚噻吩作为导电层。

       相对于传统的化学沉铜工艺而言，SOC工艺具有诸多的优点：首先是流程短，生产效率高，使用原材料和排污量少，无甲醛无络合剂和重金属，废水也比较易处理，对环境和操作人员身体健康危害性小，同时还节水省电，成本相应的降低，生产可自动化，符合智能化生产的发展趋势，得到PCB制造业的初步认同和大力推广。

       另一方面，电子互联随着便携式可穿戴等设备的新要求，PCB朝着超薄、微小型和多功能的方向发展，微导通孔的发展成了当今的PCB发展的主要途径。SOC工艺虽然在PCB制造行业已经推广，但目前还只是应用于中低端印制电路板的制造，主要原因是它是一个新的工艺，一段时间内还未能得到广大PCB制造商的认同和接受，对于一种新的工艺是否能够完全替代传统的工艺，稳定性和可靠性怎样，怎样去更好地管控它的生产品质，都是业界比较关注的问题。

       当然，在微盲孔的生产制造过程中，SOC工艺确实出现过一些品质问题，特别是孔破这种不可接受的缺陷，给它的推广带来了严重的影响，需要我们对此流程进行改进和提高。下面就以SOC工序应用于微盲孔的制造过程中出现的问题进行分析和改善。

一、盲孔导通化中填镀制作的工艺流程

       传统PTH在做盲孔电镀时，通常有两种方式，即有闪镀和直接填镀两种，工艺流程如下：

A、 化学镀铜+盲孔填镀（PTH+VFP）工艺流程

       除油->微蚀预浸->活化->化铜->酸浸->电镀填孔

       这是一个比较方便快捷的流程，特别是对于需要做精细线路的电路板，需要控制面铜的厚度，如果直接在PTH后填孔，表面铜厚能得到有效地控制，特别是最新的高效填镀添加剂的应用，表面铜厚可控制在15μm以下，一般不需要再去减铜就可以直接做精细线路。

       当然，这种工艺对盲孔的钻孔质量要求较高，对PTH和填镀工艺的控制较为严苛，稍有不好就会出现填镀不良造成凹陷(Dimple)过大或漏填等问题（如下图一所示）。

图一、PTH盲孔填镀凹陷情况               

B、 化学镀铜+闪镀+盲孔填镀（PTH+FP+VFP）工艺流程

       除油->微蚀->预浸->活化->化铜->酸浸->闪镀->微蚀->酸浸->电镀填孔

       这个流程与A相比，就是多了一个闪镀。当然，如果工厂的流程设计合理，闪镀是可以放在PTH后或填孔前，对于操作层面来说没有增加实质性的动作，主要是在闪镀时孔铜和面铜同时在增长，这样在后续填孔电镀后，面铜比A流程会有所增加，如果需要做精细线路，需要精确计算完成填镀后面铜的厚度，必要时需要通过减铜来达到表面铜厚的要求。

       但是，这种工艺对盲孔的钻孔质量要求没有那么高，特别是对有孔口悬铜、孔内玻纤突出的不良盲孔，这个工艺流程是一个不错的选择。图二为PTH后有闪镀的填孔效果。

图二、完美的PTH盲孔填镀

C、 SOC后直接采用盲孔填镀（SOC+VFP）工艺流程

       调整->引发->聚合->酸浸->电镀填孔

       这是一个最方便快捷的流程，流程短、排污低、节能高效，表面铜厚能得到有效地控制，适合做精细线路的电路板。当然，这种工艺对盲孔的钻孔质量要求更高，最好是没有悬铜和孔壁突出的玻纤，而且SOC的制程控制较为严苛，对于盲孔而言，SOC导电性不如PTH沉铜层好，且没有金属做铜生长的晶核，填镀铜时首先铜会在孔口盲孔底部开始长铜，并双向向中间延伸到盲孔中部直至整个孔镀上一层铜，整个长铜过程仅需1min以内，其后电镀过程与PTH电镀过程一致。填镀药水也需要有一个好的上铜速率表现，不同的材料也会影响盲孔的填镀品质，比较容易出现填镀不良造成凹陷过大、空洞甚至漏填等问题（如下图三所示）。

图三、SOC盲孔填镀漏填情况               

D、 化学镀铜+闪镀+盲孔填镀（SOC+FP+VFP）工艺流程

       调整->引发->聚合->酸浸->闪镀->微蚀->酸浸->电镀填孔

       为了保证SOC做微盲孔有一个好的填镀品质，而且拥有流程短、排污低、节能高效的效益，选择上面的流程。当然，这种工艺对盲孔的钻孔质量要求不需要太苛刻，当然SOC的制程控制需要得到稳定良好地控制，闪镀药水也需要有一个好的上铜速率表现，并可以适应不同的材料，比较容易得到较好的闪镀层，从而保证填镀品质（如下图四所示）。如果配以新一代面铜较薄的填孔药水，表面铜厚能得到有效地控制，适合做精细线路的电路板。下面针对SOC在盲孔填镀应用方面的问题分析与改进措施。

图四、完美的SOC盲孔填镀

二、SOC在制作盲孔填镀过程中的问题分析与改进

       从以上分析，我们推荐采用D流程做为HDI盲孔的制作流程，本次生产的是二阶的盲孔，线宽间距在75μm以上，因此没有面铜厚度偏大的压力，采用的闪镀工艺上铜也好，一般在5mm/min以上（要求2-8mm/min）。因此重点探讨SOC制程的工艺控制。下面是初始的控制参数及要求：

      按正常的闪镀（6μm）和填孔流程进行后续填镀流程，我们对填孔后的板进行漏填检查，发现有漏填率在5%以上，主要表现在漏填、包芯、凹陷过大等几个方面，如下图示：

图五、SOC盲孔填镀漏填情况    

图六、SOC盲孔填镀漏填情况

图七、SOC盲孔填镀包芯情况    

图八、SOC盲孔填镀凹陷过大

       面对此缺陷，我们第一时间反应判断为可能为闪镀能力差，针对闪镀已经选择了比较好的添加剂系列，我们还是在闪镀后取切片进行分析确认，结果如下：

图九、SOC盲孔闪镀不良情况1      

图十、SOC盲孔闪镀不良情况2

图十一、SOC盲孔闪镀不良导致漏填

       由上图可以看出，部分闪镀层未能很好的覆盖盲孔中的玻纤，导致填孔失败，说明本次问题出现在SOC制程对玻纤的调整上。通过对调整剂的改进，使用新的调整剂，终于换得了良好的闪镀效果。

图十二、SOC盲孔闪镀良好1    

图十三、SOC盲孔闪镀良好2

       另外，随着SOC产量的增加，在槽液后期漏填的比例明显上升，我们不得不考虑槽液寿命问题，经过追踪SOC聚合槽的副产物，发现在聚合槽后期，随着副产物的升高，漏填率会升高。因此，建立聚合槽中的副产物的分析方法，规范副产物<1%是一个比较安全的范围。

       经过以上的分析与改善，SOC能够形成完美的盲孔电镀，保证生产品质稳定，满足下游客户的要求。我们总结后对SOC过程控制修正如下：

并依些条件批量生产，得到了满意的盲孔填镀品质。

图十四、SOC盲孔通盲孔在客户端的切片 

       由此可见，采用SOC工艺取代传统的PTH来做微盲孔的导通化是行之有效的选择。

三、结果与展望

       通过以上的分析与改善，可以看到单一SOC微盲孔制作不能得到极好的电镀效果，配有闪镀后可以得到理想的盲孔电镀质量。随着国家对环境资源的重视，在落实十三五规划的同时，我们PCB行业也将随着历史的朝流不断采用新型的环保低碳工艺，传统垂直的化学镀铜工艺由于工作环境的不友好，将逐步被水平的SOC等环保工艺所取代；如何快速的跟上社会发展的升级换代，是药水研究开发商们所面临的一个不可避免的挑战，SOC工艺将不断改进，达到理想的盲孔填镀质量。

       该论文得到广州市产学研协同创新重大专项“环保型高导电性PCB微孔导通化工艺及关键材料的开发与产业化”(No：201605121851268)  的资助。

参考文献

[1] 肖亮等，选择性有机导电聚合工艺研究，印制电路信息，2013.11

[2] 刘彬云，SOC制程在HDI盲孔金属化中的应用，第十届全国印制电路学术年会2016.10