盲孔的铜填充

通孔是电连接堆叠焊盘的孔，是印刷电路板 (PCB) 的重要组成部分。随着电子设备（即智能手机和其他类似产品）变得越来越流行并缩小尺寸，在板上放置更小的通孔的能力变得越来越有用。

您还需要能够通过 PCB 的各层可靠地传输信号——这可以通过在电路板基板上添加铜层来实现——但是用铜填充过孔可以提供额外的容量。

填充铜的盲孔微孔可实现高密度互连 (HDI) 板，并提供可靠的信号传输。虽然这种类型的通孔存在一些挑战，但它们也具有许多优点。继续阅读以了解有关此过程的更多信息以及为什么它可能对您有用。

什么是微孔？

IPC 将微孔定义为“最大纵横比为 1:1 的盲结构（如电镀）......终止或穿透目标焊盘，总深度 (X) 不超过 0.25 毫米 [0.00984 英寸]，从结构的捕获地箔到目标地。”

在 2013 年更改定义之前，该术语被定义为直径小于 0.15 毫米或 0.006 英寸的通孔。随着时间的推移，这种尺寸变得越来越普遍，IPC 意识到如果继续使用直径来定义过孔，它就必须继续更新其定义。

激光用于为微通孔钻孔，而激光钻孔的最新进展使微通孔的形成小至 15 µm。虽然使用的激光一次只能钻透一层，但PCB制造商可以通过分别钻几层然后堆叠它们来生产微孔。

与使用普通通孔相比，使用微通孔时遇到制造缺陷的可能性较小，因为激光钻孔不会导致材料留在钻孔中。然而，微孔同样可能会遇到电镀和回流焊的问题。

由于微孔尺寸小，它们可用于高密度互连 PCB，这在当今电子产品（尤其是电信和计算设备）变得更先进但尺寸更小时非常重要。

什么是盲孔和埋孔？

微孔可以是盲孔或埋孔。盲孔微孔将 PCB 的外层连接到一个或多个内层，并且不会穿过整个电路板。它们连接外部顶层和它们到达的内层。盲孔可用于增加布线密度。如果您需要将信号线从外层布线到内层，盲孔通常是最短的路径。

埋入式微孔连接两个或多个内层，但不会到达外层。从外层看不到它们。制造商通常使用连续层压来制造它们。

什么是填铜过孔？

铜填充过孔是用纯铜或环氧树脂填充铜的过孔。这种铜填充增强了通孔的导电性，帮助它更有效地将信号从电路板的一侧传输到另一侧。可以填铜的过孔种类很多，包括标准过孔、微过孔、盲孔和埋孔。

您还可以用其他材料填充通孔，例如金、银、导电环氧树脂、非导电环氧树脂和电化学电镀。最常见的通孔填充类型是非导电环氧树脂。然而，铜填充的优势使其成为某些应用的理想选择。

填铜盲孔的优势

使用微孔，无论是盲孔还是埋孔，都有很多好处，包括以下几点。

空格

使用微孔的主要优点之一是它们可以节省空间，最终降低成本。您的过孔占用的空间越多，您需要的电路板就越多，您的项目也就越昂贵。

微孔是 HDI PCB 的重要组成部分，通常具有通孔、埋孔、盲孔、无芯结构、无源基板结构以及具有层对的无芯结构的替代结构。除了尺寸更小、重量更轻之外，这些电路板还由于组件之间的距离缩短和晶体管数量增加而提供了增强的电气性能。

微孔还可以帮助您更有效地利用焊盘中的过孔 (VIP)。 VIP 通过在表面贴装技术 (SMT) 的焊盘中创建连接来节省空间。由于尺寸更小，微通孔非常适合与 VIP 一起使用。普通通孔有时太大而无法容纳在 SMT 的焊盘内。然而，微孔可以安装在焊盘内部，而不会出现制造问题。

与难以制造的常规盲埋孔相比，盲埋微孔也更容易制造。然而，微孔已经是逐层制作的，这意味着更容易将它们制成盲孔或掩埋——这是一个需要逐层工作的过程。

微孔也可用于破坏球栅阵列 (BGA)。 Microvia VIP 可以轻松安装在细间距 BGA 的焊盘内。它们在突破渠道中更有利。 VIP 节省了表面空间，但也需要大量层才能将输出输出到电路板的其他部分。微孔可以帮助您增加逃逸路径的宽度，这可以让您使用更少的层数来突破 BGA。

降低 EMI

微孔还可以帮助减少电磁干扰 (EMI)，当电磁场影响电路并破坏电子设备的运行时会发生这种干扰。因为它们降低了 EMI 的风险，所以微孔特别适用于容易产生 EMI 的电路，例如用于高频或高速应用的电路。

高速电路经常遇到信号辐射和过孔反射的问题。然而，减小通孔的尺寸会降低辐射电势，从而降低 EMI。对于高速电路，短截线（即仅在一端连接的传输线或波导）是 EMI 问题的另一个原因。短截线可以将信号反射回导体并衰减甚至消除原始信号。但是，由于微孔是逐层制作的，因此您不会有任何存根。

高频传输线，例如微波和毫米波带状线导体，需要过孔来分断信号。然而，标准通孔会产生过多的 EMI，无法用于高频带状线。另一方面，微孔产生的 EMI 非常小，不会降低您的信号完整性。高频电路的使用越来越频繁，EMI 成为一个更普遍的问题。

用铜填充过孔也有几个好处，即在导热和导电方面。

导热和导电率

使用铜填充通孔将增加通孔的导热性，从而使热量远离电路板，从而延长使用寿命并降低缺陷风险。热量不会传播到电路板的不同部分，而是会通过铜传递到电路板的另一侧，从而保护其组件。铜比金具有更高的导热性，金是另一种用于填充过孔的材料。

铜的导电性也比金高。通孔中铜的导电性将使电流能够穿过更深层而不会使 PCB 过载。这一特性使填充铜的微通孔非常适合高压应用以及需要强电流在电路板每一侧之间传输的应用。

与填铜盲孔微孔相关的挑战

某些挑战与制造微孔有关。这些挑战有时会导致互连缺陷 (ICD)，即在镀层和内部铜层附近出现的缺陷。这些 ICD 会导致可靠性问题、开路、高温下的间歇性问题和电路故障。检测 ICD 可能具有挑战性，因为它们可能在制造阶段之后的测试期间正常工作，但随后会在组装或使用过程中发现问题。重要的是要注意这些缺陷并仔细制作电路板以避免它们。

基于碎片的 ICD

一种常见的 ICD 类型是因为碎片最终进入互连孔，然后嵌入内层铜中。这种碎屑通常来自钻孔过程。用于钻微孔的激光器不会产生几乎与其他钻孔工艺一样多的碎屑，因此微孔产生基于碎屑的 ICD 的风险较低。不过，对于制造商来说，在用铜填充孔之前，检查以确保所有孔都没有碎屑、残留物、钻屑、玻璃纤维、无机填料和其他材料仍然很重要。

在各种类型的通孔中，基于碎片的 ICD 变得越来越普遍，这可能是因为更多的制造商正在使用低 DK/低 DF 材料。这些材料在许多方面都最具成本效益，但与标准 FR-4 环氧树脂材料等其他材料相比，它们通常会产生更多碎屑并且更耐化学腐蚀。

铜键失效 ICD

另一种常见的 ICD 类型是铜键失效。由于组装或使用过程中的高应力、较弱的铜带或这两种情况的组合，可能会出现这种类型。当 ICD 发生铜焊故障时，铜连接会物理断开。铜键越弱，破坏它所需的应力就越小。

铜键合故障 ICD 的普遍性似乎正在增加，这可能是因为越来越多的制造商正在使用更厚的 PCB 和更高的无铅焊接温度。较大的孔尺寸和波峰焊也会增加发生铜键合故障的可能性。微孔和标准孔都会发生铜键失效。

空隙和可靠性

微孔镀铜工艺中出现的常见问题包括填充不完全、凹坑和空洞。这些缺陷会导致可靠性问题。根据马里兰大学研究人员的一项研究，不完全的铜填充会提高微孔中的应力水平，从而降低其疲劳寿命，即试样在失效前可以承受的加载（应力）循环次数。

空隙对微孔可靠性的影响取决于空隙的特性，例如其大小、形状和位置。例如，小的球形空隙会略微增加微孔的疲劳寿命，而极端的空隙条件会显着降低其寿命。

盲孔的填铜工艺

微孔钻孔后，制造商会将纯铜或带铜的环氧树脂放入其中，以将内层电路连接到PCB表面。这种铜可以让您在电路板表面放置组件或连接器，并允许电路在层之间连接。

当使用盲微孔时，在没有添加剂的情况下填充微孔通常会导致形成空隙。制造商总是在通孔闭合之前沉积铜，但如果不使用添加剂，通孔内部沉积的铜比表面沉积的铜少，可能会形成空隙。

某些有机添加剂会阻碍表面的沉积，并有助于增加盲孔内的电镀，从而导致保形沉积。保形电镀还增加了盲孔的纵横比，这限制了溶液和质量传输到其中。这个过程有时会产生一个中心有接缝的微孔。

您还可以使用自下而上的方法用铜填充盲孔微孔，该方法包括优先将铜沉积到捕获焊盘上。该工艺将理想地产生低凹坑并结合最少的电镀表面铜。

当你用铜填充通孔时，重要的是要确保通孔内的铜层是均匀的，并且不要让外层太厚。过多的铜会增加 PCB 不必要的重量，并可能导致走线上有过多的铜。这个问题可能会导致缺陷、不符合规格或增加成本，这对于微通孔比普通通孔更为重要，因为设计规范更严格。

填充盲孔时的一个重要考虑因素是是使用纯铜还是环氧树脂和铜。使用纯铜是一种更传统的方法，但这种方法会导致形成空隙。污染物也可能被困在铜中。在填充物顶部留一个凹槽有助于防止这些问题的发生。

一种填充通孔的方法本质上是创建两个盲微孔。这个过程包括首先使用保形电镀，然后切换到积极的脉冲电镀，这导致在每个孔壁上由两个铜三角形形成的孔中形成 X 形。这种形状基本上形成了两个盲孔，PCB 的每一侧都有一个。在下一步中，您将完全填充这些 BMV。

最近的进展，例如新铜电解质的开发，有助于更容易地填充盲孔而没有缺陷和多余的铜。用于盲孔填充的电解质通常具有高铜浓度、低硫酸浓度和氯离子。用于控制涂层特性的有机电解质添加剂通常包括启动剂、晶粒细化剂和整平剂。

Millennium Circuits Limited 的铜填充盲孔

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