(完整版)PCB化学镀铜工艺流程解读(一).doc
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PCB 化学镀铜工艺流程解读(一)
化学镀铜 (Eletcroless Plating Copper)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→整孔清洁处理→双水洗→微蚀化学粗化→双水洗→预浸处理→胶体钯活化处理→双水洗→解胶处理(加速)→双水洗→沉铜→双
水洗→下板→上板→浸酸→一次铜→水洗→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。最常用的清洗液及操作条件列于表如下:
清洗液及操作条件
配
方
1 2 3
组分
碳酸钠( g/l )40~60 ——
磷酸三钠( g/l )40~60 ——
OP乳化剂( g/l )2~3 ——
氢氧化钠( g/l )—10~ 15 —
金属洗净剂( g/l )——10~ 15
温度(℃)50 50 40 处理时间( min) 3 3 3
空气搅拌机械移空气搅拌
空气搅拌机械移
搅拌方法
动动
机械移动
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(H2SO4/H202)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。
常用微蚀液配方如下:
硫酸H2SO4 150~200 克/ 升
双氧水H202 40~80 毫升 / 升
常用稳定剂如下:
稳定剂化合物添加量蚀刻铜速率双氧水 H202分解率C2H5NH 2 10g/l 28% 1.4mg/l.min
n-C4H9NH2 10ml/l 232% 2.7 mg/l.min
n-C8H17NH2 1 ml/l 314% 1.4mg/l.min
H2NCH2NH2 10g/l 2.4 mg/l.min
C2H5CONH2 0.5 g/l 98% /
C2H5CONH2 1 g/l 53% /
不加稳定剂0 100% 快速分解
我们以不加稳定剂的蚀刻速率为 100%,那么蚀刻速率大于100%的为正性加速稳定剂,小于 100%的为负性减速稳定剂。对于正性的加速稳定剂不用加热,在室温( 25 度 C)条件下就具有较高的蚀刻速度。而负性减速稳定剂,必须加热使用才能产生微蚀刻铜的效果。应注意新开缸的微蚀刻液,开始蚀刻时速率较慢,可加
入 4g/l 硫酸铜或保留 25%的旧溶液。
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—活化法(分步活化法)和胶体溶液活化法(一步活化法)。
1.敏化-活化法(分步活化法)
(1)敏化处理
常用的敏化液是氯化亚锡的水溶液。其典型配方如下:
氯化亚锡( Sncl2.2H2O)30~50g/L
盐酸50~100ml/L
锡粒3~5g/l
配制时先将水和盐酸混合,然后加入氯化亚锡边搅拌使其溶解。锡粒可防止Sn2+氧化。
敏化处理在室温下进行,处理时间为3~5min,水洗后进行活化处理。
(2)活化处理
常用的离子型活化液是氯化钯的溶液,其典型配方如下:
氯化钯pdCl20. 5~1g/L
盐酸5~10ml/L
处理条件-室温,处理1~2min
敏化-活化法的溶液配制和操作工艺简单,在早期的印制板孔金属化工艺中曾得到广泛应用。这种方法有二个主要缺点:一是孔金属化的合格率低,在化学镀铜后总会发现有个别孔沉不上铜,其主要有二个方面的原因,其一是 Sn+2离子对环氧玻璃的基体表面湿润性不是很强,其二是 Sn+2很易氧化特别是敏化后水洗时间稍长, Sn+2被氧化为 Sn+4,造成失去敏化效果,使孔金属化后个别孔沉不上铜。二是化学镀铜层和铜箔的结合力差,其原因是在活化过程中,活化液中贵金属离子和铜箔间发生置换反应,在铜表面上形成一层松散的金属钯。如果不去除会影响沉铜层和铜箔间的结合强度。在多层连接以及图形电镀法工艺中,这种缺陷已经成为影响印制板质量主要矛盾,现在是用螯合离子钯分步活化法来解决这些问题,现在用得也比较少。
2.胶体钯活化法(一步活化法)
(1)配方
常用的胶体钯活化液配方列于表