专利名称：一种减少或去除孔口悬铜的方法
技术领域：
本发明涉及电路板加工工艺技术领域，尤其是涉及一种减小或去除印制电路板和封装基板制作中在钻孔后孔口悬铜的方法。
背景技术：
现有技术中，在印制电路板和封装基板的制作工艺中，为了实现层间的互联，一般先进行钻孔，然后去胶渣，再进行化学镀和电镀。通常钻孔包括机械钻孔和激光钻孔。激光钻孔通常采用以下几种方法进行方法一开大铜窗+ 二氧化碳激光钻孔,一般称为large window方法。开大铜窗 是用化学蚀刻的方法将需要进行激光钻孔的区域的表层的铜层蚀刻掉，蚀刻掉的区域的直径比需要钻孔的孔径大，然后在露出的基材上用激光进行钻孔，激光钻孔的光斑直径与需要钻孔的孔径一样大。其一般步骤为芯板制作一层压介质层和铜箔一贴干膜一曝光——显影——蚀刻开大铜窗——激光钻孔——去胶渣——电镀。这种方法由于激光不接触到表层的铜，因此没有孔口悬铜的问题，但是由于激光钻孔之前需要进行图形转移和蚀刻等，有层间对位的问题，而且由于开铜窗区域和未开铜窗区域的铜层的高度差，孔的焊盘必须做到比铜窗大，限制了布线密度的提高。而随着电子产品的功能不断增强，电子产品向轻薄短小的方向发展，对产品精细化程度的要求也越来越高，孔的直径和焊盘的直径越来越小，因此，此方法在高端精细线路产品上应用很少。另外该工艺工序复杂，增加了加工时间和成本。方法二 开等大铜窗+ 二氧化碳激光钻孔，一般称为conformal mask方法,是用化学蚀刻的方法将需要进行激光钻孔的区域的表层的铜层蚀刻掉，蚀刻掉的区域的直径与需要钻孔的孔径一样大，然后再露出的基材上用激光进行钻孔，但是激光钻孔的光斑直径比铜窗直径大，其一般步骤为芯板制作一层压介质层和铜箔一贴干膜一曝光一显影——蚀刻开等大铜窗——激光钻孔——去胶渣——电镀。这种方法可以避免焊盘必须做得很大的缺陷，但是由于激光钻孔的光圈直径比铜窗直径大，在孔口会产生孔口悬铜问题。在采用conformal mask进行盲孔加工时，盲孔孔径主要取决于铜窗开口制作，因为干膜价格、DES蚀刻条件以及激光能力的限制，采用conformal mask进行加工时,可加工最小盲孔孔径一般为3mil是符合竞争成本的,若盲孔的孔径再小，则conformal mask成本将大幅提升,且产品良率不高。方法三二氧化碳激光直接钻孔。二氧化碳激光直接钻孔过程与conformal mask盲孔加工工艺不同，首先对层压后的铜箔进行减薄以及棕化或粗化处理，以增加铜箔对激光的吸收，然后用二氧化碳激光进行烧蚀，在铜面形成一定的孔径的铜窗，然后继续对介质层进行烧蚀。激光直接钻孔的能量一般比conformal mask的盲孔加工工艺高。二氧化碳激光直接钻孔一般步骤为芯板制作一层压介质层和铜箔一铜表面处理一激光直接钻孔——去胶渣——电镀。这种方法不需要进行干膜和蚀刻开铜窗处理，简化了工艺并节省了成本，但是激光直接钻孔中对介质层进行烧蚀时，激光钻孔的光圈直径比预先烧蚀出的铜窗直径大，在孔口也会产生孔口悬铜问题。方法四:uv激光钻孔。UV激光直接打孔一般步骤为芯板制作一层压介质层和铜箔——铜表面处理——UV激光钻孔——去胶渣——电镀。UV激光直接钻孔中对外层铜进行烧蚀时，内层基材也会受热，因此也可能会在孔口产生孔口悬铜问题。孔口悬铜的定义为孔口悬铜I是外层铜箔2在孔口处，下方没有基材3支撑而悬
空的部分。参见图1和图2。对机械钻孔而言，机械钻孔后通常需要对通孔进行去胶渣处理，去胶渣处理后孔内孔径变大，而孔口铜箔直径不变，导致铜箔悬于孔口形成孔口悬铜。另外不当的机械钻孔参数也会导致铜箔悬于孔口形成孔口悬铜。对激光钻孔而言，除方法一外，方法二，方法三，方法四中激光都会接触到表层的铜层，由于激光光圈边缘处由于能量偏低，其接触的铜层不一定能被完全烧蚀掉，而这些位置铜层下方的基材却由于受热会烧蚀掉，从而使得这些位置的铜层变成孔口悬铜。此外钻孔工序后的去胶渣清除孔内的树脂时，铜的腐蚀是很小的，因此孔口悬铜的尺寸将增加。已经出现孔口悬铜的孔经过去胶渣后，孔口悬铜会更加严重。另外不当的激光钻孔也会导致孔口过量的树脂缺失而形成孔口悬铜。孔口悬铜的出现，将使得孔口的直径和面积减小，去胶渣，化学镀铜，电镀等工序的药水在孔内部不能充分交换，从而出现以下问题。在去胶渣工序中，孔内部药水不能充分交换，将导致孔内胶渣去除不干净，通孔出现树脂残留导致的内层互联面分离14，参见图3，盲孔出现孔底树脂残留导致的孔底裂缝12，，参见图4。在化学铜工序中，孔内部药水交换不充分，将使通孔和盲孔的孔壁部分位置出现无化学铜沉积，从而导致电镀时形成孔壁镀层空洞7，参见图3和图4。在电镀工序中，孔口悬铜的屏蔽作用将影响孔内的电镀，孔口悬铜一方面阻挡了电镀药水进入孔内进行交换，可能造成电镀铜层5在孔内的孔壁镀层铜薄6，参见图3和图4。另一方面由于孔口悬铜处的电力线集中效应，悬铜处的沉积速度快，使孔口镀层铜厚8，严重时会将孔口完全封闭9，参见图5，增加了孔口对药水阻挡，使得孔内孔壁镀层铜薄6，参见图5，对需要填铜的盲孔而言会造成填铜中间的填孔空洞10，参见图5。目前减小或去除孔口悬铜的解决方法有两种。一种方法是减少孔口悬铜的产生。钻孔对基材的影响和去胶渣工序对基材的咬蚀是导致孔口悬铜的主要原因。印制线路板和封装基板的厂家可以通过改进钻孔前铜面表面处理方式、调整钻孔参数、调整去胶渣参数，使孔口悬铜下降。这些方法在一定程度上是有效的。但是，当孔径进一步下降时，这种方法有其局限性，孔径已经到了设备及药水的极限，无论怎么调整，还是有孔口悬铜的问题，而且孔径越小，孔口悬铜的影响越大，这是让许多印制线路板和封装基板厂家头疼的问题。另外，如CN101372071中提到的采用双光圈的激光直接钻孔方法，这种方法对75um以上的孔径和一般FR4基材比较有效，但是对于75um以下或更小的孔径，以及其他一些比FR4基材更容易被激光烧蚀的基材则改善效果不大。另一种方法是在产生孔口悬铜后将孔口悬铜减小或去除。化学药水的公司应印制线路板和封装基板的厂家的要求开发化学药水，如采用硫酸与过氧化氢体系或其他药水体系将孔口的悬铜进行化学腐蚀，将孔口悬铜减小，但是这种方法有一个明显的缺陷，即由于化学药水是各项同性的，化学腐蚀的方法在去除部分孔口悬铜的同时，会对表层铜和孔底底盘铜或内层铜有同样程度的腐蚀，对通孔而言，可能会对内层铜4造成较大的凹蚀13，参见图6，对激光盲孔而言，这不仅仅会导致盲孔孔底内层铜4的孔底铜薄15，参见图7，造成可靠性下降，而且还由于底部铜面的腐蚀而形成盲孔孔底小角11，参见图7，盲孔孔底小角11处的药水交换不良，容易出现化学铜不良，最终导致产品的长期可靠性受到影响。由于上述问题的存在，化学药水供应商又努力开发对孔口悬铜蚀刻快，而对盲孔底部的铜蚀刻速度慢的药水，但是其结果是导致成本的增加，而且到目前为止，还不能完全解决盲孔底部铜被腐蚀的情况。另外，采用化学药水处理孔口悬铜的另一个缺点是必须有专门的设备进行印制线路板和封装基板的操作，这无疑是一个比较高的成本投资。
综上所述，随着孔径的下降，孔口悬铜的问题越来越突出，而孔口悬铜又会导致产品品质、良率和可靠性的下降，因此必须解决孔口悬铜的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种减少或去除孔口悬铜的方法，简单、经济、有效。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是一种减少或去除孔口悬铜的方法，包括以下步骤步骤1、将待减小或去除孔口悬铜的印制电路板和封装基板置于电解槽的电解液中，并将其连接到电解槽的电解电源的正极，作为电解的阳极；步骤2、另取一导体置于电解槽的电解液中，并将导体连接到电解槽的电解电源的负极，作为电解的阴极；步骤3、印制电路板和封装基板、导体阴极与电解槽的电解液一起形成回路；步骤4、印制电路板和封装基板在电解槽中进行电解，孔口悬铜由于电力线集中，电流密度大而优先电解，通过本步骤将孔口悬铜通过电解减小或去除；步骤5、将减小或去除钻孔后孔口悬铜后的印制电路板和封装基板从电解槽中取出，进行清洗和干燥；完成加工。进一步地，所述步骤4中，电解电源使用直流电源或者脉冲直流电源。进一步地，所述步骤4中，电解液的温度为5摄氏度-80摄氏度，电解时间为0. 001秒-30分钟，电解电压为0.01V-100V，电解时印制电路板上的电流密度为O.01ASD-20ASD。进一步地，所述步骤4中，电解液的温度为25摄氏度，电解时间为30秒，电解电压为0.1V，电解时印制电路板上的电流密度为0. 8ASD。进一步地，所述电解液使用以下酸和盐溶液中的一种或两种以上硫酸、硫酸盐、磷酸、磷酸盐、硝酸、硝酸盐、盐酸、盐酸盐、铬酸、铬酸盐、高氯酸、高氯酸盐、甲酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸、草酸、乳酸。进一步地，电解槽是垂直式或者水平式。
进一步地，所述步骤1-5在钻孔工序完成后立即进行，或者在去胶渣工序后进行，或者在机械钻孔和激光钻孔两种钻孔工序之间进行。进一步地，进行步骤I之前，对印制电路板和封装基板进行物理或化学的表面处理，包括但不限于高压水洗、磨刷或化学腐蚀。根据法拉第定律，电流通过电解质溶液时，在电极上析出或溶解的物质的量与通过的电量成正比。对阴极来说，阴极表面不同部位镀层的薄厚，均匀性与否就决定于电流在阴极表面上的分布是否均匀。电流密度越大，镀层越厚，反之，电流密度越小，镀层越薄。从这一点上讲，金属在阴极表面上的沉积量取决于电流在阴极表面上的分布。而对阳极来说，阳极表面不同部位溶解的铜的厚度也取决于电流在阳极表面上的分布，阳极表面尖端处的电流密度比较高，因此溶解的铜的厚度也越大。本发明利用法拉第定律和孔口悬铜与远离孔口的表面铜和盲孔底部的表面形状差异而导致的电解时的电流密度的差异，采用电解的方法减少或去除孔口悬铜，不同于现 有机械或者化学药水处理的方法，有效避免了远离孔口的表面铜和内层其他不需要去除的铜的去除或腐蚀，通过本发明的方法可以减小或消除孔口悬铜，进而改善钻孔后的后续工序对孔的处理的效果，提升产品的质量和可靠性。本发明是采用电解的原理，将待去除钻孔后孔口悬铜的印制电路板和封装基板置于电解液中，并连接到电解电源的正极，作为电解的阳极，另取其他导体连接到电解电源的负极，作为电解的阴极，在一定电压、电流密度和温度下进行一定时间的电解。当印制线路板或封装基板作为阳极时，在孔口悬铜处电力线比较集中，电流密度比较大，因此，电解时，孔口悬铜处的铜被溶解得比较多；而表面上其他位置的铜由于表面平整，电力线相对比较稀疏，电流密度比较小，因此电解时，铜被溶解得比较少，这样就可以产生差异性的溶解铜的速度。而这种差异性的溶铜速度在化学药水蚀刻中是很难实现的。另外盲孔孔底铜或通孔内层铜由于不与电解回路连接，因此不参加电解反应，基本上没有溶解从而得到保护。本发明与现常用的其他化学腐蚀的方法比较，可以大大减少对远离孔口的表面铜和内层其他不需要去除的铜的腐蚀。本发明提供一种简单、经济、有效的方法来减少和消除孔口悬铜的问题，本发明区别于线路板行业内通常采用化学药水处理孔口悬铜的方法，提出了采用电解的方法，即将印制线路板或封装基板作为阳极，用辅助电极做阴极，导电溶液做电解液，形成回路进行电解，以减小或消除孔口悬铜。本发明可以采用现有电镀设备，不论是垂直电镀设备还是水平电镀设备，只需要更改电流的方向即可，不需要增加新的设备，因此也节约了成本。对于印制线路板和封装基板厂来讲，本发明有工艺简单，设备投资少，处理时间短的优点。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1是机械钻孔后形成孔口悬铜的结构示意图。图2是激光钻孔后形成另一种孔口悬铜的结构示意图。图3是通孔因孔口悬铜而导致的缺陷示意图。图4是盲孔因孔口悬铜而导致的缺陷示意图。图5是盲孔因孔口悬铜而导致孔口完全封闭缺陷的示意图。
图6是通孔采用化学腐蚀的方法去除孔口悬铜而导致的缺陷示意图。图7是盲孔采用化学腐蚀的方法去除孔口悬铜而导致的缺陷示意图。图中标示1、孔口悬铜，2、外层铜箔，3、基材，4、内层铜，5、电镀铜层，6、孔壁镀层铜薄，7、孔壁镀层空洞，8、孔口镀层铜厚，9、孔口完全封闭，10、填孔空洞，11、孔底小角，12、孔底裂缝，13、凹蚀，14、互联面分离，15、孔底铜薄。
具体实施例方式以下所述仅为本发明的较佳实 施例，并不因此而限定本发明的保护范围。实施例，一种减少或去除孔口悬铜的方法，包括以下步骤预加工步骤，将激光钻孔后需要去除孔口悬铜的印制电路板经过去毛刺工序预处理。激光钻孔孔径为150um。步骤1、将待减小或去除钻孔后形成有孔口悬铜的印制电路板置于电解槽的电解液中，并将其连接到电解槽的电解电源的正极，作为电解的阳极。步骤2、另取不锈钢板置于电解槽的电解液中，并将导体连接到电解槽的电解电源的负极，作为电解的阴极，电解槽为垂直式电解槽。步骤3、印制电路板、阴极与电解槽的电解质溶液一起形成回路。步骤4、印制电路板在电解槽中进行电解，电解电压为直流电压O.1V，电流密度为O. 8ASD，电解液温度为25摄氏度，电解时间为30S。电解槽的电解液为25%磷酸溶液。步骤5、将减小或去除钻孔后孔口悬铜后的印制电路板从电解槽中取出，进行清洗和干燥。完成加工。实施之前印制电路板的盲孔孔口直径约为125um，表面铜厚度约为6. 5um，孔底铜厚约为17um，实施之后印制电路板的盲孔孔口直径约为155um，表面铜厚度为约为5. 5um,孔底铜厚约为17um。以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种减少或去除孔口悬铜的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、将待减小或去除孔口悬铜的印制电路板和封装基板置于电解槽的电解液中，并将其连接到电解槽的电解电源的正极，作为电解的阳极；步骤2、另取一导体置于电解槽的电解液中，并将导体连接到电解槽的电解电源的负极，作为电解的阴极；步骤3、印制电路板和封装基板、导体阴极与电解槽的电解液一起形成回路；步骤4、印制电路板和封装基板在电解槽中进行电解，孔口悬铜由于电力线集中，电流密度大而优先电解，通过本步骤将孔口悬铜通过电解减小或去除；步骤5、将减小或去除孔口悬铜后的印制电路板和封装基板从电解槽中取出，进行清洗和干燥；完成加工。
2.根据权利要求1所述的一种减少或去除孔口悬铜的方法，其特征在于所述步骤4 中，电解电源使用直流电源或者脉冲直流电源。
3.根据权利要求1所述的一种减少或去除孔口悬铜的方法，其特征在于所述步骤4 中，电解液的温度为5摄氏度-80摄氏度，电解时间为0. 001秒-30分钟，电解电压为O.01V-100V,电解时印制电路板上的电流密度为0. 01ASD-20ASD。
4.根据权利要求1所述的一种减少或去除孔口悬铜的方法，其特征在于所述步骤4 中，电解液的温度为25摄氏度，电解时间为30秒，电解电压为0.1V，电解时印制电路板上的电流密度为0. 8ASD。
5.根据权利要求1所述的一种减少或去除孔口悬铜的方法，其特征在于所述电解液使用以下酸和盐溶液中的一种或两种以上硫酸、硫酸盐、磷酸、磷酸盐、硝酸、硝酸盐、盐酸、盐酸盐、铬酸、铬酸盐、高氯酸、高氯酸盐、甲酸、乙酸、柠檬酸、酒石酸、草酸、乳酸。
6.根据权利要求1所述的一种减少或去除孔口悬铜的方法，其特征在于电解槽是垂直式或者水平式。
7.根据权利要求1所述的一种减少或去除孔口悬铜的方法，其特征在于所述步骤1-5 在钻孔工序完成后立即进行，或者在去胶渣工序后进行，或者在机械钻孔和激光钻孔两种钻孔工序之间进行。
8.根据权利要求1所述的一种减少或去除孔口悬铜的方法，其特征在于进行步骤I 之前，对印制电路板和封装基板进行物理或化学的表面处理，包括但不限于高压水洗、磨刷或化学腐蚀。
全文摘要
本发明公开了一种减少或去除孔口悬铜的方法，本方法采用电解的原理，将待去除钻孔后孔口悬铜的印制电路板和封装基板置于电解液中，并连接到电解电源的正极，作为电解的阳极，另取其他导体连接到电解电源的负极，作为电解的阴极，在一定电压、电流密度和温度下进行一定时间的电解，利用孔口悬铜的电力线集中，电流密度大而优先电解的原理，将孔口悬铜通过电解减小或去除，而对远离孔口的表面铜和内层铜的影响很小。
文档编号C25F3/02GK103014825SQ20121053369
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者傅本友 申请人:傅本友