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PCB电路板的镀铜工艺

  • 发布时间:2021-06-22 08:28:02
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化学镀铜(Eletcroless PlatingCoppe通常也叫沉铜或孔化(PTH)是一种自身催化性氧化还原反应。首先用活化剂处理,使绝缘基材表面吸附上一层活性的粒子通常用的是金属钯粒子(钯是一种十分昂贵的金属,价格高且一直在上升,为降低成本现在国外有实用胶体铜工艺在运行),铜离子首先在这些活性的金属钯粒子上被还原,而这些被还原的金属铜晶核本身又成为铜离子的催化层,使铜的还原反应继续在这些新的铜晶核表面上进行。化学镀铜在我们PCB制造业中得到了广泛的应用,目前最多的是用化学镀铜进行PCB的孔金属化。

 

PCB孔金属化工艺流程如下:
钻孔+磨板去毛刺+上板十整孔清洁处理十双水洗+微蚀化学粗化+双水洗一预浸处理一胶体钯活化处理一双水洗+解胶处理(加速)+双水洗+沉铜一双水洗十下板十上板+浸酸十一次铜十水洗一下板+烘干

 

一、镀前处理
1.去毛刺
钻孔后的覆铜泊板,其孔口部位不可避免的产生一些小的毛刺,这些毛刺如不去除将会影响金属化孔的质量。最简单去毛刺的方法是用200~400号水砂纸将钻孔后的铜箔表面磨光。机械化的去毛刺方法是采用去毛刺机。去毛刺机的磨辊是采用含有碳化硅磨料的尼龙刷或毡。一般的去毛刺机在去除毛刺时,在顺着板面移动方向有部分毛刺倒向孔口内壁,改进型的磨板机,具有双向转动带摆动尼龙刷辊,消除了除了这种弊病。


2.整孔清洁处理
对多层PCB有整孔要求,目的是除去钻污及孔微蚀处理。以前多用浓硫酸除钻污,而现在多用碱性高锰酸钾处理法,随后清洁调整处理。
孔金属化时,化学镀铜反应是在孔壁和整个铜箔表面上同时发生的。如果某些部位不清洁,就会影响化学镀铜层和印制导线铜箔间的结合强度,所以在化学镀铜前必须进行基体的清洁处理。


3.覆铜箔粗化处理
利用化学微蚀刻法对铜表面进行浸蚀处理(蚀刻深度为2-3微米),使铜表面产生凹凸不平的微观粗糙带活性的表面,从而保证化学镀铜层和铜箔基体之间有牢固的结合强度。以往粗化处理主要采用过硫酸盐或酸性氯化铜水溶液进行微蚀粗化处理。现在大多采用硫酸/双氧水(HS0/H0)其蚀刻速度比较恒定,粗化效果均匀一致。由于双氧水易分解,所以在该溶液中应加入合适的稳定剂,这样可控制双氧水的快速分解,提高蚀刻溶液的稳定性使成本进一步降低。

 

二,活化
活化的目的是为了在基材表面上吸附一层催化性的金属粒子,从而使整个基材表面顺利地进行化学镀铜反应。常用的活化处理方法有敏化一活化法(分步活化法〉和胶体溶液活化法(一步活化法)。

 

 

三、化学镀铜
1.化学镀铜液
目前应用比较广泛的配方是下表所列举的几种使用不同络合剂分类的化学镀铜液,配方1为酒石酸钾钠络合剂,其优点是化学镀铜液的操作温度低,使用方便,但稳定性差,镀铜层脆性大,镀铜时间要控制适当,不然由于脆性的镀铜层太厚会影响镀层与基材的结合强度。配方2为EDTA2Na络合剂,其使用温度高,沉积速率较高,镀液的稳定性较好,但成本较高。配方3为双络合剂,介于两者之间。


2.化学镀铜溶液的稳定性
(1)化学镀铜溶液不稳定的原因
在催化剂存在的条件下,化学镀铜的主要反应如下:
在化学镀铜溶液中除上式的主反应以外,还存在以下几个副反应。
a.甲醛的歧化反应-在浓碱条件下,甲醛一部分被氧化成为甲酸,另一部分被还原成甲醇,反应式为甲醛的歧视化反应除造成甲醛过量的消耗外,还会使镀液过早的“老化”,使镀液不稳定。
b.在碱性镀铜溶液中,甲醛还原一部分Cu2+为Cu+,其反应式为
反应式(5-3)所生成的Cu20在碱性溶液中是微溶的:
Cu20+H20=2Cu++20H-(5-4)
反应(5-4)中出现的铜Cu+非常容易发生歧化反应
2Cu+=Cu0↓+ Cu2+ 5-6)
反应式(5-5)所生成的铜是极细小的微粒,它们无规则地分散在化学镀铜液中,这些铜微粒具有催化性,如果对这些铜微粒不进行控制,则迅速地导致整个镀液分解,这是造成化学镀铜液不稳定的主要原因。


(2)提高化学镀铜溶液稳定性的措施
a.加稳定剂所加入的稳定剂对Cu+有极强的络合能力,对溶液中的Cu2+离子络合能力较差,这种溶液中的Cu+离子不能产生歧化反应,因而能起到稳定化学镀铜液的作用。所加入的稳定剂一般是含硫或N的化合物。例如:a,a'联吡啶、亚铁氰化钾,2,9二甲基邻菲罗林、硫脲、2一巯基苯骈噻唑等。
b.气搅拌化学镀铜过程中,用空气搅拌溶液,在一定程度上可抑制Cu20的产生,从而起到稳定溶液的作用。c.连续过滤用粒度5pm的滤芯连续过滤化学镀铜液,可以随时滤除镀液中出现的活性颗粒物质。
d.加入高分子化合物掩蔽铜颗粒很多含有羟基、醚基高分子化合物能吸附在铜的表面上。这样,由于Cu20的歧化反应而生成的铜颗粒,在其表面上吸附了这些高分子化合物之后就会失去催化性能,不再起分解溶液的作用。最常用的高分子化合物有聚乙二醇、聚乙二醇硫醚等。
e.控制工作负荷对于不同的化学镀铜液具有不同的工作负荷,如果“超载“就会加速化学镀铜液的分解。对于表4所举的化学镀铜液工作负荷在连续工作时一般不能大于1dm2/L。


3.化学镀铜层的韧性
为了保证PCB金属化孔连接的可靠性,化学镀铜层必须具有足够的韧性。化学镀铜层韧性差的主要原因是由于甲醛还原Cu2时,放出氢气引起的。虽然氢气不能和铜共沉积,但在镀铜反应中,这些氢气会吸附在铜的表面上,聚集成气泡夹杂在镀铜层中,使镀铜层产生大量的气泡空洞,这些空洞会使化学镀铜层的电阻变高,韧性变差。
提高化学镀铜层韧性的主要措施是在镀液中加入阻氢剂,防止氢气在铜层表面聚积。下表列举了a,a'’联吡啶与其它的添加剂联合使用时对以EDTA为络合剂的化学镀铜液的镀铜层韧性影响,镀铜温度为70C,a,a’联吡啶的加入量为100mg/L。


4.化学镀液的沉积速率


5.化学镀铜溶液的自动分析和自动补加


6.常见疵病及解决方法
(1)化学镀铜层与铜箔的结合力差
a.铜箔表面粗化处理不够;
b.粗化后基体表面清洗不良;
c.化学镀铜层太脆。


(2)金属化孔壁的镀铜层有针孔
a.钻孔质量太差,由于钻头不锋利,在钻孔过程中有大量的覆箔板切屑残留在孔壁上或残存处理液中,至使在这些部位不沉积铜;
b.活化处理不良,活化液活性不够,温度太低,孔内不清洁等;
c.化学镀铜的pH过低;
d.空气搅拌不足,未驱除铜还原时吸附的氢气。


(3)化学镀层外观发黑
a.化学镀铜液配方组分配比不合理;
b.工艺操作条件控制不严格;
c.镀液负载过大

 

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THE END
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