Analisis Akar Masalah Kegagalan Via Buta dalam Pengisian Tembaga PCB Empty-Cave

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan perkembangan cepat produk elektronik mengenai video digital dan komunikasi seluler digital, pengembangan jenis produk ini mendorong PCB menuju pengembangan dalam hal kekuatan ringan, tipis, miniatur, multifungsi dan kepadatan serta keandalan tinggi. Ruang routing yang terbatas pada PCB mengarah pada pembatasan yang erat antara via, kabel, kabel dan via serta kemunculan proses pengisian tembaga via, yang membuat kepadatan PCB meningkat sekitar 10% hingga 30%. Gambar 1 menunjukkan papan HDI (High Density Interconnection) berdasarkan pengisian tembaga via.

Karena desain via mampu menghemat ruang routing secara signifikan dan via buta yang diisi tembaga memiliki keandalan tinggi, via buta dengan plating pengisian tembaga memiliki banyak keuntungan. Selain itu, proses ini relatif sederhana, hemat biaya dan memiliki prosedur yang disederhanakan. Karena keuntungan yang disebutkan di atas, via buta dengan plating pengisian tembaga akan banyak digunakan dalam pembuatan PCB HDI, dianggap sebagai tren mendatang dalam bidang PCB. Namun, beberapa masalah masih terjadi dengan aplikasi via buta dengan plating pengisian tembaga termasuk cekungan yang sangat besar, kebocoran dan empty cave di dalam via. Sebagai masalah besar untuk produsen PCB, banyak elemen kompleks berkontribusi pada empty cave di dalam via. Artikel ini akan membahas penyebab empty cave di dalam via dan membawa langkah-langkah yang sesuai untuk mengatasi mereka guna mengatasi kegagalan dan meningkatkan rendemen produk.

Analisis Kegagalan

Banyak elemen menyebabkan empty cave pada via buta dengan plating pengisian tembaga dan setiap elemen harus dianalisis dari perspektif karakteristik dan mekanisme pembentukan sehingga efek akan dioptimalkan.

• Gelembung pada via buta

Sumber gelembung berasal dari masuk eksternal dan reaksi sendiri. Secara umum, plating flash harus dilakukan pada PCB sebelum plating pengisian tembaga guna meningkatkan konduktivitas via dan memudahkan penyimpanan. Oksidasi via yang serius cenderung terjadi jika papan tetap terpapar udara untuk waktu yang lama, jadi waktu tinggal tidak boleh terlalu lange. Dengan kata lain, pra-pemrosesan yang buruk akan menyebabkan gelembung di via dan permukaan oksidasi tidak tereliminasi, sangat meningkatkan tingkat empty cave pada via buta, yang ditunjukkan dalam Gambar 2.

Munculnya gelembung juga terletak pada reaksi anoda dalam tangga tembaga dan reaksi H₂O → 1/2O₂ + 2e^- + 2H⁺ akan terjadi pada anoda ketika anoda tidak larut diterapkan. Berdasarkan reaksi ini, dapat disimpulkan bahwa oksigen akan melarikan diri dari anoda tidak larut, yang menyebabkan kompensasi aditif yang tinggi dan peningkatan masa pakai anoda atau bahkan pasivasi anoda dan cacat PCB. Oleh karena itu, untuk mengatasi masalah ini, sulfat besir sedang ditambahkan ke larutan plating untuk mengeliminasi oksigen yang melarikan diri dari anoda ketika reaksi anoda mengikuti dua reaksi ini: Fe²⁺ → Fe³⁺ + e^-, Fe³⁺ + Cu → Fe²⁺ + e^-.

Untuk memastikan implementasi yang lancar reaksi, Cu harus terus ditambahkan ke larutan plating, biasanya serbuk oksida tembaga. Sementara itu, untuk mengurangi reaksi parasit pada katoda, persyaratan yang lebih tinggi harus ditetapkan dalam hal aliran larutan plating dan materi katoda harus ditingkatkan.

Jenis kegagalan ini yang disebabkan oleh empty cave biasanya terjadi di dasar via buta, menampilkan bentuk yang simetris dan teratur. Untuk perbaikan masalah ini, langkah dapat dilakukan dari aspek-aspek berikut:

a. Waktu tinggal dan lingkungan penyimpanan harus dikontrol dengan baik sebelum plating pengisian tembaga. Biasanya, untuk papan tanpa plating flash, plating pengisian tembaga harus selesai dalam 4 jam sementara untuk papan dengan plating flash yang selesai harus selesai dalam 12 jam. Papan harus disimpan jauh dari lingkungan asam dan jika memungkinkan, paling baik untuk menyimpannya dalam ruangan dengan pendingin ruangan yang mampu mengontrol suhu dan kelembaban ruangan.

b. Efek pra-pemrosesan harus ditingkatkan dan perangkat eliminasi gelembung yang diperlukan harus ditambahkan. Pra-pemrosesan sangat signifikan karena plating pengisian tembaga pra-pemrosesan secara langsung terkait dengan efek pengisian. Untuk memastikan efek pra-pemrosesan, agen pelumas asam disarankan dipilih dan jumlah aliran air ditingkatkan secara sesuai. Selain itu, di musim dingin ketika suhu air relatif rendah (kurang dari 15°C), sedikit asam sulfat harus ditambahkan untuk pencucian air setelah aplikasi pelumas atau perangkat pemanas dapat ditambahkan untuk memastikan efek pencucian. Selain itu, getaran dan klep pop udara dapat dipasang pada tangka pra-pemrosesan untuk mengeliminasi gelembung di via.

c. Seleksi materi anoda tangga tembaga dan kontrol parameter arus. Berdasarkan sumber kedua gelembung, sangat penting untuk memilih materi anoda tangga tembaga yang sesuai. Materi anoda harus membantu untuk perbaikan kinerja anoda dan pengurangan konsumsi aditif. Ketika parameter arus terlalu besar, reaksi pada anoda akan dipercepat sehingga jumlah gelembung akan meningkat. Dalam kondisi ini, gelembung akan masuk ke via buta saat mereka mengalir keluar dan tidak dapat dihilangkan dari via. Oleh karena it