當(dāng)導(dǎo)通孔直徑越來越小，厚徑比越來越高時，要保證孔中的金屬覆蓋良好變得更加困難。而保證孔中金屬的均勻一致性，保護(hù)孔中金屬在圖形電鍍及以后的掩膜及蝕刻過程中不被蝕刻掉，也變得極具挑戰(zhàn)性。本文列出了導(dǎo)致通孔銅層空洞的許多誘因，并對如何識別根本問題加以討輪，對生產(chǎn)工藝提出一些建議以避免這些問題。

通孔中導(dǎo)電層空洞因不同原因引起，表現(xiàn)出不同特征，但有一點(diǎn)是共同的，即孔中導(dǎo)電層的金屬覆蓋不充分或沒有金屬覆蓋。從理論上講，該問題由兩種情況引起：沉積的金屬不足，或在充分足量的金屬沉積后，又因某種原因，失掉部分金屬。不充分的金屬沉積可能是由于電鍍參數(shù)不當(dāng)引起，如槽液的化學(xué)組成，陰極移動，電流，電流密度分布，或電鍍時間等等。這也可能是因?yàn)榭妆诒砻嬗挟愇锓恋K金屬沉積造成，如氣泡，灰塵，棉質(zhì)纖維或有機(jī)膜，粘污等。若孔壁表面未經(jīng)適當(dāng)處理，不利于鍍液沉積，也有可能導(dǎo)致金屬沉積不好，例如：鉆孔粗糙，形成裂紋，或有“粉紅圈”。

從通孔中將銅：吃掉“有可能是化學(xué)因素，如蝕刻造成，也可能是機(jī)構(gòu)原因，如脹孔（blow-holing)，應(yīng)力裂紋或沉積層脫落。

本文按照沿通孔金屬化工藝步驟順序研究在何處可能出現(xiàn)問題，并導(dǎo)致孔中空洞的步驟來分析這些缺陷和原因。并借鑒經(jīng)典的問題分析解決的有用因素，如識別空洞形狀，位置等，并指出更正問題的方法。

1.金屬化以前步驟可能導(dǎo)致孔中空洞的因素：

A. 鉆孔
磨損的鉆頭或其它不恰當(dāng)鉆孔參數(shù)都可能撕裂銅箔與介電層，形成裂縫。玻璃纖維也可能是被撕裂而非切斷。銅箔是否會從樹脂上撕裂，不僅僅取決于鉆孔的質(zhì)量，也取決于銅箔與樹脂的粘結(jié)強(qiáng)度。典型的例子是：多層板中氧化層與半固化片的結(jié)合往往較介電基材與銅箔的結(jié)合力更弱，故多數(shù)撕裂都發(fā)生在多層板氧化層表面。在金相中，撕裂都發(fā)生在銅箔較為光滑的一面，除非采用”反轉(zhuǎn)處理的銅箔“(revers treated foil)。氧化面與半固化片不牢固結(jié)合，還可能導(dǎo)致更糟的“粉紅圈”，即銅的氧化層在酸中溶解。鉆孔孔壁粗糙或孔壁粗糙且有粉紅圈都會導(dǎo)致多層結(jié)合處的空洞，稱之為楔形空洞（wedge woids)或吹氣孔(blow holes),"楔形空洞”最初處于結(jié)合交界面，它的名稱也暗示：形狀如“楔”，回縮形成空洞，通?？梢员浑婂儗痈采w。若銅層覆蓋這些溝，銅層后面常常會有水分，在以后的工序中，如熱風(fēng)整平等高溫處理，水分（濕氣）蒸發(fā)和楔形空洞通常一起出現(xiàn)。根據(jù)出現(xiàn)的位置與形狀，很容易確認(rèn)并與其它類型的空洞區(qū)分開。

B.去沾污/凹蝕
去沾污步驟是用化學(xué)方法去掉內(nèi)層銅上的樹脂膩污。這種膩污最初是由鉆孔造成的。凹蝕是去沾污的進(jìn)一步深化，即將去掉更多的樹脂，使銅從樹脂中“突出”，與鍍銅層形成“三點(diǎn)結(jié)合”或“三面結(jié)合”，提高互聯(lián)可靠性。高錳酸鹽用于氧化樹脂，并“蝕刻”之。首先需要將樹脂溶脹，以便于高錳酸鹽處理，中和步驟可以去掉錳酸鹽殘?jiān)?，玻璃纖維蝕刻采用不同的化學(xué)方法，通常是氫氟酸。若去沾污不當(dāng)，可造成兩種類型的空洞：在孔壁粗糙的樹脂粘污可能藏有液體，可導(dǎo)致“吹氣孔”。在內(nèi)層銅上殘留的粘污會防礙銅/鍍銅層的良好結(jié)合，導(dǎo)致“孔壁拉脫”（hole wall pullaway)等，如在高溫處理中，或相關(guān)的測試中，鍍銅層與孔壁分離。樹脂分離可能導(dǎo)致孔壁拉脫和裂紋以及鍍銅層上的空洞。若在中和步驟中（準(zhǔn)確講5，當(dāng)是還原反應(yīng)中）錳酸鉀鹽殘?jiān)赐耆サ簦部赡軐?dǎo)致空洞，還原反應(yīng)常常用到還原劑，如肼或羥胺等。

C.化學(xué)沉銅前的催化步驟
去沾污/凹蝕/化學(xué)沉銅之間的不匹配和各獨(dú)立步驟不夠優(yōu)化，也是值得考慮的問題。那些研究過孔中空洞的人員都極力贊同化學(xué)處理的統(tǒng)一的整體性。傳統(tǒng)的沉銅前處理順序?yàn)榍鍧崳{(diào)整，活化（催化〕，加速（后活化〕，并進(jìn)入清（淋）洗，預(yù)浸，完全適于Murpiy原理。例如，調(diào)整劑，一種陽離子聚酯電解質(zhì)用于中和玻璃纖維上的負(fù)電荷，往往須正確應(yīng)用才能得到所需的正電荷：調(diào)整劑太少，活化層及附著不好；調(diào)整劑太多，會形成一層膜導(dǎo)致沉銅附著不好；以致孔壁拉脫。調(diào)整劑覆蓋不充分，最容易在玻璃頭上出現(xiàn)。在金相中，空洞開口表現(xiàn)在玻璃纖維處銅覆蓋不好，或沒有銅。其它引起在玻璃處出現(xiàn)空洞的原因有：玻璃蝕刻不充分，樹脂蝕刻過分，玻璃蝕刻過分，催化不充分，或沉銅槽活性不好。其他影響Pd活化層在孔壁上覆蓋的因素有：活化溫度，活化時間，濃度等。若空洞在樹脂上，可能有以下原因：去沾污步驟的錳酸鹽殘?jiān)入x子體殘留物，調(diào)整或活化不充分，沉銅槽活性不高。

2.與化學(xué)沉銅有關(guān)的孔中空洞
在查看孔中空洞時，總看化學(xué)槽液是否有問題，同樣再看看，化學(xué)沉銅前處理槽液，還要覆蓋到化學(xué)銅，電鍍銅，鉛/錫槽共同問題。
總的來講，我們可以了解氣泡，固態(tài)物（塵，棉）或有機(jī)物粘污，干膜可能阻礙鍍液或活化液沉積。氣泡褒入，有外來的和內(nèi)在產(chǎn)生的氣泡。外來氣泡有時可能是板子進(jìn)入槽中，或振蕩搖擺時進(jìn)入通孔中。而固有氣泡是由化學(xué)沉銅液中附反應(yīng)產(chǎn)生氫氣引起，或電鍍液中陰極產(chǎn)生氫氣或陽極產(chǎn)生氧氣。氣泡引起的空洞有其特征：常常位于孔中央，而且在金相中對稱分布，即對面孔壁有同樣寬度范圍內(nèi)無銅。在孔壁表面鍍上若有氣泡，表現(xiàn)為小坑，空洞周圍呈穗狀。由塵埃，棉質(zhì)品或油狀膜引起的空洞，形狀極不規(guī)則。有些防礙電鍍或活化沉積的微粒還會被鍍層金屬包裹。非有機(jī)微?？捎肊DX分析出，有機(jī)物可用FTIR檢查。

有關(guān)避免氣泡裹入的研究已有相當(dāng)?shù)纳疃?。其中有許多影響因素：陰極移動搖擺幅度，板間間隔，振動擺動等。最有效的避免氣泡進(jìn)入孔中的方法為振動和碰撞。增加板面間隔，增加陰極移動距離也十分重要，化學(xué)沉銅槽中空氣攪拌和活化槽撞擊或振動幾乎沒有用。另外，增加化學(xué)沉銅濕潤性，前處理潮位避免氣泡也十分重要。鍍液的表面能量于氫氣氣泡在跑出孔中或破滅前的尺寸有關(guān)，顯然希望氣泡在變大前排除于孔外，以免阻礙溶液交換。

3.干膜有關(guān)的孔中空洞
A.特征描述
孔口或孔邊空洞（Rim voids)，即空洞位于離板面較近的位置，它常常由位于孔中的抗蝕劑引起，大約50－70微米寬離板面50－70 微米，邊緣空洞可能位于板一面或兩面，可能造成完全或部分開路。而由化學(xué)銅，電鍍銅，鍍鉛/錫引起的空洞多位于孔中央。桶形裂紋（Barrel cracks）造成的空洞，也與干膜造成的空洞物理特征不同。

B.缺陷機(jī)理
孔口或孔邊空洞是由于抗蝕劑進(jìn)入孔內(nèi)，顯影時未去掉，它阻礙銅，錫，焊料電鍍，抗蝕劑在去膜時去掉，化學(xué)銅被蝕刻掉。一般顯影后很難發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)的抗蝕劑，空洞所在的位置和缺陷寬度是判斷孔口和孔邊空洞的主要依據(jù)。抗蝕劑為何流入孔中？被抗蝕劑覆蓋的孔中氣壓比大氣壓低20％，貼膜時孔中空氣熱，空氣冷到室溫時氣壓降低。氣壓導(dǎo)致抗蝕劑慢慢流入孔中，直至顯影。
主要有三種因素導(dǎo)致抗蝕劑流動的速度深度，即：
（1〕貼膜前孔里有水或水汽。
（2）高厚徑比小孔，以0.5mm孔為例。
（3）貼膜與顯影時間太長。
水汽停在孔中的主要原因，水分可以降低抗蝕劑粘度，使其較快流入孔中。高厚徑比小孔較易發(fā)生空洞問題，這是由于這種孔較難干燥。小孔中的抗蝕也較難顯影。顯影前時間較長也使更多的抗蝕劑流入孔中。表面處理與自動貼膜連線，更易發(fā)生問題。

C.避免孔口或孔邊空洞
避免孔口或孔邊空洞最佳及簡單的辦法是在表面處理后增加烘干的程度?？兹舾稍?，不會發(fā)生孔口或孔邊空洞。再長的放置時間和顯影不佳也不會造成孔口或孔邊空洞。
增加烘干后，盡可能使貼膜與顯影間的放置時間短，但要考慮穩(wěn)定問題，若發(fā)生以下情況，孔口或孔邊空洞可能會發(fā)生（以前沒有）：
（1）新的表面處理設(shè)備及干燥設(shè)備安裝后。
（2）表面處理設(shè)備及干燥段功能失常。
（3）生產(chǎn)高厚徑比小孔板。
（4）抗蝕劑變化或換厚的干膜。
（5）真空貼膜機(jī)使用。
最壞的也是少有的情形是，抗蝕劑在孔中形成掩蓋層。表現(xiàn)為掩膜層被推入孔中50－70微米深，由于掩膜會阻礙溶液進(jìn)入，在孔的一端表現(xiàn)為一般的邊緣空洞，空洞會延伸到大部分孔中，從孔的另一端起，鍍層厚度越接近孔中央越薄。
許多印制板廠已轉(zhuǎn)為直接電鍍工藝，它有時與貼膜機(jī)連線，若后段烘干不充分，可能會發(fā)生孔口和孔邊空洞。要使小孔充分干燥，烘干段需十分充分。

4.與掩孔有關(guān)的空洞
掩孔工藝中，如果掩膜不好會造成蝕刻劑進(jìn)入孔中，蝕刻去沉積的銅。掩膜的機(jī)構(gòu)損傷是動態(tài)發(fā)生的，而上下掩膜一起出現(xiàn)空洞的情況較少。
同樣，掩膜很薄弱，造成孔內(nèi)負(fù)壓，最終導(dǎo)致掩孔缺陷，這層掩膜又可以降低負(fù)壓，對面的掩膜較易生存。一面的掩膜破壞，蝕刻劑進(jìn)入孔中，靠破的掩膜一邊的銅首先被蝕刻掉。另一面，掩膜堵住了蝕刻劑的出口，蝕刻液交流太少，故空洞圖形也是較對稱的，表現(xiàn)為一端銅厚，另一端薄。根據(jù)掩膜損傷的程度，情況也不一樣，極端情況下，所有的通孔銅都被蝕刻掉。

5.直接電鍍
直接電鍍，避免了傳統(tǒng)的化學(xué)沉銅，但有三類預(yù)處理工藝步驟；如：鈀基體工藝，碳膜工藝，有機(jī)導(dǎo)電膜工藝。
任何能影響催化物沉積的情形，或者是沉高分子導(dǎo)電膜時，單體沉積和聚合物組成物沉積能形成空洞。大多數(shù)碳膜，石墨和鈀膜工藝都依賴于適當(dāng)?shù)目妆谡{(diào)整，用高分子電解質(zhì)陽離子與含有相反電荷的有機(jī)催化層。以達(dá)到較好的催化吸附性。自然，在化學(xué)沉銅中已經(jīng)實(shí)踐證實(shí)是很好的工藝處理步驟，如孔壁清潔，調(diào)整，催化沉積等都恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用在直接電鍍工藝中。當(dāng)然，化學(xué)沉銅槽中特別的問題，如氫氣產(chǎn)生等，不會在此發(fā)生。
在采用直接電鍍工藝時，若不按藥水供應(yīng)商所推薦的條件進(jìn)行，常常會產(chǎn)生一些特別問題。如，在碳膜工藝中，一般不推薦在碳膜沉積后進(jìn)行板面刷洗，因?yàn)樗⒆訒サ艨走吘壍奶寄ゎw粒。這種情況下，電鍍過程很難及時從銅表面進(jìn)入孔中央，甚至，根本不行。若板子一面的孔口碳膜被刷掉，電鍍還可以從相對的一面進(jìn)行。但電鍍結(jié)果是逐步減弱，電鍍銅有可能不能與另一面銅表面連通。結(jié)果表現(xiàn)與掩孔工藝中掩膜破裂相似。若在碳膜或石墨工藝中，催化沉積后使用浮石粉噴射，同樣會發(fā)生空洞。噴射出的浮石粉顆?？赡芤院芨咚俣冗M(jìn)入孔中，沖走催化層顆粒。另一方面，石墨工藝似乎可以耐受浮石粉刷板處理。

6.在電鍍銅，電鍍鉛錫（成純錫）有關(guān)的空洞
電鍍槽同樣有內(nèi)在或外在的原因產(chǎn)生氣泡。
A.產(chǎn)生氣泡的內(nèi)在原因
幸運(yùn)的是，酸性鍍銅槽具有很高的電池效率（cell efficiency),故在為何較好的槽中氫氣產(chǎn)生是很小的問題。需要避免的是很可能導(dǎo)致氫氣生成的條件，如：高電流密度和整流器波動導(dǎo)致短時間的大電流密度漂移。有些錫/鉛槽或錫槽的效率較銅槽低氫氣的產(chǎn)生就成了一重要的問題。在避免氫氣分制生成的一個有趣的進(jìn)展是添加“防坑添加劑”（antipititting additives). 這些有機(jī)合成物，如已內(nèi)酰胺的衍生物，可能參與氧化還原反應(yīng)，在形成氫氣分子前奪走原子狀態(tài)的氫，防止氣泡產(chǎn)生。經(jīng)還原的“防坑添加劑”‘ 在陽極又重新氧化，轉(zhuǎn)移到陰極，重新開始這一循環(huán)。
B.產(chǎn)生氣泡的外在原因
最明顯的產(chǎn)生氣泡的外在原因是在板子浸入溶液前，填充在孔中的氣泡。為了在板子浸入槽液前驅(qū)除孔中的空氣，一些電鍍夾具設(shè)計者已試驗(yàn)讓板子與夾具之間形成一定角度。漿狀攪拌器（paddle agitation)可以產(chǎn)生足夠的壓差，將氣泡趕出孔中。用壓縮空氣經(jīng)過噴霧器攪拌液體(air sparging)使之穿過板面也有助于趕走氣泡。當(dāng)然，噴霧攪拌本身也是一種氣體，混入槽中，空氣進(jìn)入循 環(huán)過濾泵產(chǎn)生一種過飽和液流，在集結(jié)位置會形成氣泡，在孔壁有缺陷處同樣形成氣泡。一些制造者被這個問題所困擾，進(jìn)而轉(zhuǎn)向于無空氣攪拌（溶液噴射）。
除抗蝕劑殘?jiān)蜌馀莸茸璧K電鍍外，其他造成電鍍空洞的幾個明顯問題有：穿透力及差以及異物堵塞。穿透差的槽液會造成中間無銅，但這是非常極端的情況。通常是孔中央銅厚不足，不能達(dá)到允收標(biāo)準(zhǔn)。在酸性鍍銅槽中，導(dǎo)致穿透力差有以下幾個原因：銅/ 酸比例不當(dāng)，槽液污染，有機(jī)添加劑偏少或不足，電流分布差，遮擋效應(yīng)或攪拌等。若發(fā)現(xiàn)顆粒污染，則多是循環(huán)或過濾泵故障，倒槽頻率太低，陽極袋破損或陰極膜缺陷造成。

7.由于銅被蝕刻而造成的空洞
若電鍍的金屬抗蝕劑有任何問題，都會將通孔中的銅暴露于蝕刻劑中，從而導(dǎo)致空洞。在這種情況下，空洞是由于銅被蝕刻掉而非未沉積上銅造成的。這可是有一點(diǎn)違背先后順序，在這里仍然要強(qiáng)調(diào)銅被蝕刻掉，從而造成空洞的原因。
第一個可能造成銅流失的可能條件是，若在化學(xué)沉銅時，孔中有殘留的濕氣，或在下一步操作前放置時間太久，或腐蝕性氣氛，銅會被氧化，在酸性鍍銅前的預(yù)浸步驟中溶解。另一種可能是鍍前的微蝕過度。其次，化學(xué)沉銅的銅可能脫落。若在化學(xué)沉銅后直接做金相或后經(jīng)熱沖擊的樣片上均可看出。導(dǎo)致這類空洞的原因有：化學(xué)沉銅槽組成不恰當(dāng)，處理溶液夾帶，由于去沾污，催化，或加速劑調(diào)整不當(dāng)，化學(xué)銅附著力不好。
當(dāng)在波峰焊，熱風(fēng)整平，或其它高溫再流焊步驟或模擬熱應(yīng)力測試時發(fā)生孔壁銅的缺損（裂紋，脫落〕，造成這類問題的根源常常需追溯到孔壁預(yù)處理和最初的金屬化步驟。
孔壁空洞可以有許多種成因。按制造工序，可追溯到鉆孔等先前步驟，也可以在鍍鉛/錫時才發(fā)生。但空洞的形狀，位置常常能為我們提供一些線索查詢問題的根源?？妆诳斩匆渤３Ｊ嵌喾N工藝條件相互影響產(chǎn)生，它們可能同時作用，也可能具有先后順序。沿工藝流程步驟仔細(xì)分析缺陷表征才有可能一針見血的找到根本所在。

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