第八讲 孔金属化技术
多层板孔金属化工艺探讨
多层板孔金属化工艺探讨本文主要论述了多层板的去钻污和沉铜工艺，剖析了各工步的原理及作用。
一、前言众所周知，孔金属化是多层板生产过程中最关键的环节，她关系到多层板内在质量的好坏。
孔金属化过程又分为去钻污和化学沉铜两个过程。
化学沉铜是对内外层电路互连的过程；去钻污的作用是去除高速钻孔过程中因高温而产生的环氧树脂钻污（特别在铜环上的钻污），保证化学沉铜后电路连接的高度可靠性。
二、孔金属化多层板工艺分凹蚀工艺和非凹蚀工艺。
凹蚀工艺同时要去除环氧树脂和玻璃纤维，形成可靠的三维结合；非凹蚀工艺仅仅去除钻孔过程中脱落和汽化的环氧钻污，得到干净的孔壁，形成二维结合，单从理论上讲，三维结合要比二维结合可靠性高，但通过提高化学沉铜层的致密性和延展性，完全可以达到相应的技术要求。
非凹蚀工艺简单、可靠，并已十分成熟，因此在大多数厂家得到广泛应用。
高锰酸钾去钻污是典型的非凹蚀工艺。
工艺流程环氧溶胀→二级逆流漂洗→高锰酸钾去钻污→二级逆流漂洗→中和还原→二级逆流漂洗→调整→二级逆流漂洗→粗化→二级逆流漂洗→预浸→离子钯活化→二级逆流漂洗→还原→水洗→化学沉铜→二级逆流漂洗→预浸酸→预镀铜工艺原理及控制溶胀目的：溶胀环氧树脂，使其软化，为高锰酸钾去钻污作准备。
配方环氧树脂是高聚形化合物，具有优良的耐蚀性。
其腐蚀形式主要有溶解、溶胀和化学裂解（如：浓硫酸对环氧树脂主要是溶解作用，其凹蚀作用是十分明显的）。
根据“相似相溶”的经验规律，醚类有机物一般极性较弱，且有与环氧树脂有相似的分子结构（R-O-R'），所以对环氧树脂有一定的溶解性。
因为醚能与水发生氢键缔合，所以在水中有一定的溶解性。
因此，常用水溶性的醚类有机物作为去钻污的溶胀剂。
溶胀液中的氢氧化钠含量不能太高，否则，会破坏氢键缔合，使有机链相分离。
在生产中，常用此中方法来分析溶胀剂的含量。
去钻污目的：利用高锰酸钾的强氧化性，使溶胀软化的环氧树脂钻污氧化裂解。
配方高锰酸钾是一种强氧化剂，在强酸性溶液中，与还原剂作用，被还原为Mn2+；在中性和弱碱性环境中，被还原为MnO2；在NaOH浓度大于2moL/L，被还原为MnO42-。
孔金属化
过孔操作步骤注意：未经同意以此文章用作私利用途。
可能受到严厉的民事及刑事制裁，并将在法律许可的范围内受到最大可能的起诉。
准备工作：将电路板需要钻孔的地方先处理好。
需要过孔的均需钻出所需的孔（对于1.1的对孔钉可先钻1.0的孔能紧进即可，如不能通孔再行钻出1.1的孔）。
注意：0.5的过孔操作只需穿过过孔后只需要进行第4步骤(或直接在底层上锡)。
不需要进行前3个步骤的操作。
提醒：焊盘毛刺要彻底清除，孔钉一定要完全压下去，否则容易引起接触不良。
一般钉的T 头作为上锡侧效果最好。
如希望获得更好的效果可以在安装过孔钉前先将顶层焊盘上一层锡,在焊接底层时将通过过孔钉加热顶层的锡增加接触度。
在安装孔钉后将顶底焊盘与孔钉上锡效果更好。
安装完成后可通过0.8-0.9的钻头,慢速对通孔进行去毛刺或扩孔，以适应一些引脚稍大的元件。
步骤如下：<!--[if !supportLists]-->1、<!--[endif]-->把过孔钉套在小顶针上<!--[if !vml]--><!--[endif]--><!--[if !supportLists]-->2、<!--[endif]-->用顶针将过孔钉压入过孔。
<!--[if !vml]--><!--[endif]--><!--[if !supportLists]-->3、<!--[endif]-->将电路板翻过来放在垫板上，用大顶针压在过孔钉上并用锤子或重物敲击1-2下。
令过孔壁微微向外翻出。
<!--[if !vml]--><!--[endif]--><!--[if !supportLists]-->4、<!--[endif]-->用平头钉压在微微向外翻出的过孔钉上并用锤子或重物敲击1-2下。
令过孔翻出部分贴在焊盘并平整。
孔金属化工艺流程
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双面板孔金属化的制作方法详解
双面板孔金属化的制作方法详解在印制板加工厂采用的是自动化的连续作业设备，设备成本昂贵，这在业余条件下是根本不可能做到的。
我们在这里推出的是一种接近工厂正规生产工艺流程，但生产工艺相对简单，设备极其低廉，业余条件下比较容易完成操作的方法。
郑州东明电子研究所为此专门设计生产了“东明DM—2120型孔金属化箱”，该箱体小巧，内置孔金属化所需要的全部化学药品、器皿、磷铜电极、电镀电源（5V 20A电流可调节），可以完成不大于200*200mm电路板的孔金属化全过程，具体操作流程如下：1、钻孔：完成热转印制版后，根据设计要求对焊盘钻孔，钻孔时孔应尽量对准焊盘中心。
2、预浸：将预浸液倒进托盘中，放入电路板，预浸30秒到1分钟。
其主要作用是确保孔壁被均匀浸润及电荷调整，同时防止电路板上的有害杂质带入KH-22- L活化液中，预浸的目的主要是保护价格昂贵的活化液。
3、活化：将PCB板拿出后直接放入活化液中活化，活化液温度应控制在20℃--40℃之间，时间为5—7分钟。
室温过低时应对活化液加热。
活化时线路板应轻微晃动，以使药液匀流过线路板，使电路板的每个部分都能为后续的化学镀铜提供充足有效的催化活性核心。
4、加速：将电路板放入加速液，加速还原2—3分钟，加速液温度应控制在20℃--35℃，在加速液中也应轻微晃动板子。
5、沉铜：将电路板放入沉铜液，沉铜前须向沉铜液中加入定量的甲醛，使沉铜液开始产生化学反应后，将电路板放入沉铜液，沉铜反映应进行10—15分钟。
沉铜时应不停的晃动板子，使化学铜能均匀沉在线路板的每个地方。
6、电镀：将电路板用稀硫酸去除氧化层后，带上负电极放入东明DM2120提供的电镀箱进行电镀。
电镀前应将东明DM2120提供的电镀电源调至所需电流，电镀电流按每平方分米3A的电流计算。
电镀时电镀箱内的电机会带动传动机构轻微晃动板子，基板（磷铜板）放在电镀槽两端的白色涤纶布袋中，电镀时基板接电镀电源的正极，印制板接电源负极。
金属化
蒸发
• 蒸发是将待蒸发的材料放置进坩埚，在真空系统中加热并 使之蒸发，淀积在硅片表面。最典型的方法是利用电子束 加热放置在坩埚中的金属，在蒸发器中通过保持真空环境， 蒸气分子的平均自由程增加，并且在真空腔里以直线形式 运动，直到它撞到表面凝结形成薄膜。 • 蒸发的最大缺点是不能产生均匀的台阶覆盖，逐渐被拥有 很好台阶覆盖的溅射所取代。 • 另一缺点是对淀积合金的限制，为了淀积由多材料组成的 合金，蒸发器需要有多个坩埚，这是因为不同材料的蒸气 压是不同的
阻挡层金属
• 阻挡层金属是淀积在硅和金属塞之间的一层金属。可以阻 止上下层材料互相混合，消除浅结材料扩散或结尖刺的问 题，提高欧姆接触可靠性。常规的阻挡层金属有钨，钛， 钼，铂，钽。
可接受的阻挡层金属的基本特性
• • • • • • 1、很好的阻挡扩散特性。 2、高电导率具有很低的欧姆接触电阻。 3、在半导体和金属之间很好的附着。 4、抗电迁移。 5、在很薄并且高温下具有很好的稳定性。 6、抗侵蚀和氧化。
铝互连
欧姆接触
• 概念：金属和半导体的接触，其接触面的电阻值远小于半 导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活 动区(Active region)而不在接触面。
• 在改进欧姆接触早期工作遇到的困难是：在加热 过程中，铝和硅之间出现了不希望出现的反应， 该反应导致接触金属和硅形成微合金，这一过程 被称为结“穿通”。同时硅向铝中扩散，在硅中 留下了空洞，当纯铝和硅界面被加热时结尖刺发 生，导致结短路，
金属填充塞
• 多层金属化生产了对数以十亿计的通孔用金属填充塞的需 要，以便在两层金属之间形成电通路，接触填充塞也被用 与连接硅片中硅器件和第一层金属化，目前被用于填充的 最普遍的金属是钨，钨具有均匀填充高深宽比通孔的能力， 钨可以抗电迁移引起的失效，因此也被用于做阻挡层以禁 止硅和第一层金属之间的扩散反应，钨是难熔材料，熔点 3417°。
简述孔金属化的作用和实现方法
简述孔金属化的作用和实现方法孔金属化是一项重要的表面处理技术，其作用是增强金属材料的表面性能，如防腐、耐磨、增强附着力等。
本文将介绍孔金属化的作用和实现方法。
一、孔金属化的作用孔金属化通过在金属表面形成微小的孔洞，增加了金属表面的表面积，并形成了一系列的微观结构，这些结构可以增强金属材料的性能。
具体来说，孔金属化可以实现以下作用：1.增强表面硬度：孔金属化可以在金属表面形成微细的孔洞，这些孔洞可以增加金属表面的硬度和耐磨性，从而延长金属材料的使用寿命。
2.增强表面附着力：孔金属化可以在金属表面形成微观结构，这些结构可以增加表面和涂层之间的摩擦力，从而增强涂层的附着力。
3.提高表面耐腐蚀性：孔金属化可以形成一层氧化层，这层氧化层可以防止金属表面腐蚀和氧化。
4.改善表面润滑性：孔金属化可以在金属表面形成微观结构，这些结构可以增加表面的润滑性，从而改善金属材料的运动性能。
二、孔金属化的实现方法孔金属化可以通过以下几种方法实现：1.化学孔金属化：化学孔金属化是一种利用化学反应在金属表面形成孔洞的方法。
该方法通常需要一定的前处理，如清洗、脱脂等，然后将金属材料浸入一种含有氧化剂的溶液中，在溶液中形成孔洞。
2.电化学孔金属化：电化学孔金属化是利用电化学反应在金属表面形成孔洞的方法。
该方法需要将金属材料作为阳极，将阳极浸入一种含有电解质的溶液中，然后施加电压，使金属表面出现孔洞。
3.机械孔金属化：机械孔金属化是一种利用机械加工在金属表面形成孔洞的方法。
该方法通常需要使用高速旋转的刷子或喷砂机，将金属表面加工成孔洞，从而实现孔金属化的效果。
4.激光孔金属化：激光孔金属化是一种利用激光在金属表面形成孔洞的方法。
该方法需要使用激光束对金属材料进行加工，从而在金属表面形成微小的孔洞。
孔金属化是一项重要的表面处理技术，可以增强金属材料的表面性能，提高金属材料的使用寿命和性能。
不同的孔金属化方法有不同的适用范围和优缺点，需要根据具体的应用场景选择合适的方法。
第八章：金属化
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解决结穿刺问题的方法： 1. 采用铝－硅（1~2%）合金或铝－硅（1~2%） －铜（2~4%）合金替代纯铝； 2. 引入阻挡层金属化以抑制硅扩散。
电迁徙现象当金属线流过大电流密度的电流时， 电子和金属原子的碰撞引起金属原子的移动导致 金属原子的消耗和堆积现象的发生，这种现象称 为电迁徙现象。
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硅化物的基本特性 1. 电阻率低（Ti：60 μΩ－cm ， TiSi2 ：13～ 17μΩ－cm ） 2. 高温稳定性好，抗电迁徙性能好 3. 与硅栅工艺的兼容性好 常用的硅化物 1. 硅化钛TiSi2 2. 硅化钴CoSi2 （0.25um及以下）
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CMOS结构的硅化物
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6. 抗腐蚀性能好，因为铝表面总是有一层抗腐蚀性 好的氧化层（Al2O3） 7. 铝的成本低 铝的缺点 1. 纯铝与硅的合金化接触易产生PN结的穿刺现象 2. 能出现电迁徙现象
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结穿刺现象：在纯铝和硅的界面加热合金化过程中 （通常450～500℃） ，硅将溶解到铝中，特别是在 几个点上大量溶解，使铝像尖刺一样刺入硅中，甚 至造成PN结的短路失效。
2. 铜在硅和二氧化硅中扩散很快，芯片中的铜杂质沾
污使电路性能变坏 3. 抗腐蚀性能差，在低于200℃的空气中不断被氧化
克服铜缺点的措施
1. 采用大马士革工艺回避干法刻蚀铜 2. 用金属钨做第一层金属解决了电路底层器件的铜沾 污
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大马士革工艺 大马士革是叙利亚的一个城市名，早期大马士革的 一位艺术家发明了在金银首饰上镶嵌珠宝的工艺， 该工艺被命名为大马士革。集成电路的铜布线技术
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离子产生
简化成三步
电镀系列之一：孔金属化技术,PCB板普通镀铜工艺
电镀系列之一：孔金属化技术，PCB板普通镀铜工艺线路板在制作过程中，通常要经过钻孔来实现线路的导通以及封装插件。
孔金属化工艺是PCB制造技术中最为重要的工序之一，为了实现孔的金属化，通常采取化学铜（PTH制程）、黑孔（Black Hole）以及导电高分子膜的方法来实现树脂基材的导电，通过这些方法实现的导电层不足以达到使用的条件，因此还需要利用电镀铜的方法来加厚导电层。
（1）化学铜（PTH制程）：化学镀铜是利用铜离子在还原剂的条件下还原为金属铜单质的原理。
其过程可以分为三个步骤：沉铜前处理、活化和沉铜。
具体的工艺流程：除油——蓬松——粗化——中和——整孔——水洗——微蚀——水洗——预浸——活化——水解——促化——水洗——沉铜——水洗化学镀铜液的基本组成包括：铜盐、络合剂、还原剂、pH调节剂以及添加剂。
其中常见的还原剂有甲醛、二甲基氨基硼烷、次亚磷酸盐、水合肼、低价金属盐、还原性糖类等。
其中甲醛价格低廉且所得镀层中的铜相对含量较高，因此使用最多，最广。
但是甲醛有易挥发，不稳定等缺点，近些年如何替代甲醛也是研究的重点。
络合剂是化学镀铜的关键成份之一，可以使铜离子极化增大，达到结晶细致光亮的镀层；另一方面可以使镀液稳定，防止沉淀。
常见的有酒石酸、EDTA、三乙醇胺、三异丙醇胺等。
禾川化学经过研究，开发出一款化学铜药水，具有以下特点：（1）可用于PCB的孔金属化处理；（2）具有良好的稳定性，且沉积速率较高；（3）形成的铜层结晶致密，结合力好，镀层为粉红色；（4）背光等级好（9.5级以上）。
图1、化学铜镀层颜色（左）以及孔背光（右）（2）黑孔（Black Hole）：黑孔药水是将精细的石墨或导电碳黑粉均匀的分散在去离子水中，利用表面活性剂使石墨或导电碳黑悬浮液保持稳定，并拥有良好的润湿性能，使石墨或导电碳黑能充分被吸附在非导体的孔壁表面上，形成均匀细致的、结合牢固的导电层。
具体的工艺流程：清洁——水洗——整孔——冷风干——黑孔——热风干——黑孔——干燥——微蚀——水洗——风干——镀铜禾川化学经过研究，开发出一款黑孔药水，具有很好的导电性能、很好结合力，且长期放置，稀释都很稳定。
印刷线路板孔的金属化工艺及配方
配方2 焦磷酸铜（以铜计）21-31克/升，焦磷酸钾（以P2O7计）150-1210克/升，氢氧化铵（25%）8毫升/升，硝酸钾5-10克/升，柠檬酸铵20克/升，PH值8-9，温度18-58度，阴极电流密度1-3安/分实2，阴极移动需要，
加厚镀铜：在电镀其他金属之前，必须进行加厚镀铜，其溶液的配方和工艺规范与孔内镀铜溶液相同，电镀时间约为1—1.5小时，厚度约为25-30微米。
孔内硫酸型镀铜水液配方：
配方1 硫酸铜80-100克/升，硫酸200克/升，2—四氢基噻唑硫铜0.001克/升，聚二硫二丙烷磺酸钠0.01克/升，聚醚化物0.15克/升，亚甲基磺酸钠（D—1）0.2克/升，氯离子20毫升/升，阳极含磷0.01—0.03%的铜板，电流密度1—3安/分米2，溶液温度10-25度，沉积速度1.5微米/时。
有关工艺及配方如下：
脱膜剂配方：海鸥洗涤剂1份，水10份。
涂保护漆：用过氯乙烯防腐清漆浸2-3次，再晾干或烘干。
新水处理：在5-10%的氢氧化钠水溶液中，于室温下浸10分钟左右，去除Байду номын сангаас内残留的油污。
孔壁粗化：在浓硫酸溶液中，于室温下浸1-2分钟，使孔壁非常清洁，但表面粗糙（微观），粗化时间不能太长，粗化后孔内环氧玻璃钢的表面应呈现均匀的暗红色。
配方3（浓度）硫酸铜10克/升，酒石酸钾钠40克/升，氢氧化钠20克/升，十二烷基硫酸钠0.2-0.3克/升，2—巯基苯并噻唑0.01—0.02克/升，甲醛（37%）20-25毫升，温度20-25度，时间15-25分钟。
配方4（浓度）硫酸铜28克/升，乙二胺四乙酸二钠50克/升，氢氧化钠20克/升，甲醇250毫升/升，甲醛（37%）12毫升/升，温度32—34度，PH值13，时间15-25分；沉铜配方中的甲醛用量，由温度高低而定，当温度高时取下限，反之取上限，只有当溶液有较强的碱性时，甲醛对铜才有足够的还原能力，所以PH值太低，反应便慢，甚至不反应，太高，则反应太快，难于控制。
传统PCB孔金属化技术解析及新型电镀技术延伸
传统PCB孔金属化技术解析及新型电镀技术延伸禾川化学是一家专业从事PCB孔金属化技术分析、研发的公司，具有丰富的分析研发经验，经过多年的技术积累，可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库，彻底解决众多化工企业生产研发过程中遇到的难题，利用其八大服务优势，最终实现企业产品性能改进及新产品研发。
经过五年的不断沉淀，禾川化学自主研发成功超过100个项目，并拥有18篇专利技术，其他包含PCB 电镀领域一项专利创造：一种电镀线路板通孔盲孔的电镀液及电镀方法下发文件见文章尾页（专利号：201510970791.5）。
印制电路板孔金属化是指各层印制导线在孔中用化学镀和电镀方法使绝缘的孔壁上镀上一层导电金属使之互相可靠连通的工艺。
金属化孔双面印制板制造工艺的核心问题是孔金属化过程。
金属化孔要求严格，要求有良好的机械韧性和导电性，铜层均匀完整，厚度在5一10μm，不允许有严重氧化、分层、气泡、钻屑、裂纹等现象，孔电阻在500μΩ以下。
孔金属化传统工艺流程：除油→逆流漂洗→粗化（微蚀）→逆流漂洗→预浸→活化→逆流漂洗→解胶→逆流漂洗→沉铜→逆流漂洗→浸酸→除油。
除油：除去板面油污、指印、氧化物、孔内粉尘；孔壁极性调整，便于胶体钯吸附；传统工艺中除油既可用酸性也客用碱性除油，而除油调整的好坏直接影响到沉铜背光效果。
关于两种除油体系的对比：（1）碱性除油体系在除油、电荷调整等方面比酸性体系表现更好，具体表现为沉铜背光效果、铜层孔壁结合力、板面除油洁净度、减少脱皮起泡现象等方面都有更好的表现。
故目前大多数制造商都采用碱性除油体系。
（2）酸性除油体系操作温度要求低，容易清洗；降低了能耗和除油后的清洗难度。
粗化（微蚀）：除去板面氧化物，粗化板面，保证铜层与基材底铜之间良好的结合力，新铜层活性更佳可以更好地吸附胶体钯；粗化药水体系介绍：（1）硫酸双氧水体系溶铜量大，（可达50g/L），水洗性好，污水处理较易，成本低可回收。
孔金属化工艺流程
孔金属化工艺流程
孔金属化工艺流程主要包括以下步骤：
1.钻孔：在两层或多层印制电路板上钻出所需的孔。
2.去油：对孔壁进行彻底清洁，以完全去除油脂和其他杂质。
3.粗化：对孔壁进行表面粗糙度处理，以增加表面积，有利于后
续的金属化。
4.浸清洗液：将电路板浸入清洗液中，进一步确保孔壁表面的清
洁度。
5.孔壁活化：将PCB板放入活化液中活化，使电路板的每个部分
都能为后续的化学镀铜提供充足有效的催化活性核心。
6.化学沉铜：在孔壁表面进行化学沉铜处理，形成一层薄薄的铜
层。
7.电镀铜加厚：通过电镀的方式，加厚孔壁上的铜层，确保金属
孔和印制导线之间可靠连通。
完成金属化后，还需进行后处理以确保表面粗糙度均匀，通常通过机械抛光和化学平衡技术实现平坦表面。
请注意，孔金属化是印制电路板制造的关键核心技术之一，是连接多层印制电路板印制导线的可靠方法。
在整个工艺过程中，要求孔
壁内的金属均匀、完整，与铜箔连接可靠，电性能和力学性能符合标准。
IC工艺技术8-金属化
纯铝系统缺点
• • • • • • 电迁移现象比较严重 铝能在较低温度下再结晶产生小丘 金和铝键合产生紫斑，降低可靠性 软，易擦伤 多层布线中，铝－铝接触不理想 铝－硅合金化时形成尖刺
电迁移现象
• 电流携带的电子把动量转移给导电的金属 原子，使其移动，金属形成空洞和小丘
电迁移现象
MTF=AJ-n exp[-EA/kT]
蒸发原理－蒸汽压曲线
蒸发原理－淀积速率
Rd=(M/2k2)1/2(p/T1/2) (A/4r2) 其中
P－蒸汽压 －密度 A－坩埚面积
r
淀积材料
溅射原理－离子轰击表面
反射离子与中性粒子 入射离子 二次电子 溅射原子
表面
溅射原理－入射离子能量和产额
溅射原理－轰击离子原子序数和产额
溅射刻蚀（反溅射）
• 在正式溅射前，改变衬底电位，可使衬 底被溅射，铝或硅上残留氧化层和沾污 被去除，使金属和金属，硅和金属接触 良好．
溅射工艺参数
• • • • • ANELVA1013设备，溅射Al-Si-Cu Pressure 8 mTorr SP Power 12kw Heat Temperature 150°C Time 79min
n+
n+
背面金属化
• • • • • • 背面金属化的目的 背面减薄后金属化 金属化系统 Cr-Au, Cr-Ni-Au, Ti-Ni-Au, Ti-Ni-Ag, V-Ni-Au, V-Ni-Ag,
倒装焊 (Flip Chip)
PbSn凸点 Cu or Au SiO2
Al
倒装焊 (Flip Chip)
溅射膜台阶覆盖
溅射膜晶粒结构
淀积膜的应力
简述孔金属化的作用和实现方法。
简述孔金属化的作用和实现方法。
孔金属化是指通过在金属材料表面生成一系列孔洞结构，从而获得一定程度的表面微
结构化，有着广泛的应用领域和优异的性能表现。
孔金属化的作用与方法如下。
作用：
1、提高材料表面的比表面积，增强材料的化学反应活性：表面的大量孔洞会极大地
增加材料表面积，若将这种表面施加在化学反应领域，无疑会导致化学反应的加速。
此外，孔洞的介入也可能会改变反应物在表面的吸附催化性质，使材料表现出更好的催化活性。
2、消音：孔金属化材料能够减少声波的传播，发挥强大的消声作用，广泛应用于航空、汽车、船舶等领域。
3、增加透光性：透明饰面和隐私屏幕等领域，如多孔玻璃在这些场景下也能够拥有
优异的优势。
4、提高材料表面的润湿性和增强材料的吸附力：在超级亲水或超级疏水材料制备中，控制材料表面的毛细结构和孔洞大小可以增强其表面的润湿性、防水性或者抗污性，从而
对水接触角等性能表现上产生影响，提高材料表面的吸附力和抗马赛克效果。
实现方法：
1、化学溶液法：将金属材料浸泡在一定的化学反应溶液中，腐蚀材料表面，反应过
程中形成具有不同孔径、孔洞形状和密度的孔洞结构。
2、物理路线法：用凝汽法、高能粒子辐照法、液相、气相模板等方法实现表面的孔
洞结构反应。
3、自组装法：通过自下而上的自组装过程，制备出具有多孔结构的的形貌优异、孔
隙度可调的材料。
总之，孔金属化是一种在材料表面形成自由孔洞结构的一种制备方法，在这些孔洞中
体现出很多优异的应用效果，有广泛的应用领域，包括能源、环保、化学、食品、医药、
生物等等方面。
制作PCB板孔镀锡27878
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孔金属化技术
❖ 7.5.1 双面印制板一次化学镀厚铜
❖ 1.用液体感光胶（抗电镀印料）制作双面电路图形。然后 蚀刻图形。
❖ 2.网印或幕帘式涂布液体感光阻焊剂，制出阻焊图形 ❖ 3.再用液体感光胶涂布板面，用阻焊底片再次曝光，显
1.技术原理 ❖ (1) 吡咯的导电机理 ❖ (2)覆铜板上覆盖聚吡咯膜 ❖ (3) 导电膜上电镀铜原理
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孔金属化技术
❖ 2．工艺概述
❖ 使用导电性有机聚合物的直接金属化工艺称之为 DMSⅡ(Direct Metallization SystemⅡ)工艺.它可以分 为前处理,生成导电性聚合物膜和酸性硫酸铜电镀三个基 本阶段,.
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孔金属化技术
❖ 7.3.1等离子体处理法
1.等离子体去钻污凹蚀原理 ❖ 等离子体是电离的气体，整体上显电中性，是一种带电粒
子组成的电离状态，称为物质第四态。 2.等离子体去钻污凹蚀系统 ❖ 印制板专用的等离子体化学处理系统-等离子体去腻污凹
蚀系统
孔金属化双面电路互连型
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等离子体处理工艺过程
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孔金属化技术
❖ 7.7.3碳黑系列――C黑导电膜。 取消化学镀铜工艺的直接电镀工艺的研究,其中较为
成熟的工艺之一是利用碳黑悬浮液的直接电镀,碳黑/石墨 基直接金属化是以石墨为分散相的所谓黑孔化技术。
其工艺程序为: ❖ 1)采用碳黑悬浮液涂覆PCB ❖ 2)干燥,彻底除去碳黑悬浮液中的悬浮介质，在PCB孔壁上
孔金属化技术
1
概述
2
钻孔技术
第八讲_金属化01
硅与硅片制造业中所选择的金属 (at 20℃)
Material
Silicon (Si) Doped Polysilicon (Doped Poly)
Aluminum (Al) Copper (Cu) Tungsten (W) Titanium (Ti) Tantalum (Ta)
Molybdenum (Mo) Platinum (Pt)
Reduced diode leakage
自对准硅化物工艺流程
Polysilicon
Active silicon region
Spacer oxide Field oxide
Silicon substrate
1. Active silicon regions
2. Titanium deposition Titanium-silicon
Al 铝铜合金 铜 阻挡层金属 硅化物 金属填充
铝互联
最早用于互联的材料 铜和银容易被腐蚀，而且在硅中易扩散 铝和SiO2反应生成Al2O3促进了氧化硅和铝的附着 铜有望取代铝
Via-4
Top Nitride
ILD-6
Metal-4 ILD-5
Metal-3 ILD-4
Metal Plugs in IC
SiO2
Photograph courtesy of Integrated Circuit Engineering
Photo 12.2
集成电路对金属化的基本要求是
1、对N+和P+硅或多晶硅形成低阻欧姆接触，即金属 /硅接触电阻小
2、能提供低阻的互连引线，从而提高电路速度 3、抗电迁移性能要好 4、与绝缘体（如SiO）有良好的附着性 5、耐腐蚀 6、易于淀积和刻蚀 7、易键合，且键合点能经受长期工作 8、层与层之间绝缘要好，不互相渗透和扩散，即要
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作用：
1、去除铜面上的氧 化物及其他杂质。 2 、粗化铜表面，增 强 铜 面 与电 解铜 的 咬合力。
B、硫酸 -H2O2系列:
Cu+H2SO4+H2O2CuSO4 +2H2O
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第八讲 孔金属化技术
二 化学镀铜 3、预浸
作用： 1、防止板子带杂质污染物进入昂贵的 Pd槽。
化学镀也叫做自催化镀、无电解镀。 常用还原剂：次磷酸钠、硼氢化钠、二甲基胺硼烷、甲醛等。
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第八讲 孔金属化技术
二 化学镀铜
印制板生产工艺中的化学镀 :
化学镀 铜 化学镀 钯
• 孔金属化
化学镀 镍金
化学镀 铑
印制板生 产工艺中 的化学镀
激光化 学镀金
化学镀 银
化学镀 锡 • 焊接+图形保护层
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第八讲 孔金属化技术
由于 H2SO4具有强的氧化性和吸水性， 能将环氧树脂炭化并形成溶于水的烷基磺 化物而去除。反应式如下：
Cm(H2O)nn 浓H2SO4 mC＋nH2O
除钻污的效果与浓 H2SO4的浓度、处 理时间和溶液的温度有关。用于除钻污的 浓 H2SO4 的 浓 度 不 得 低 于 86 ％ ， 室 温 下 20~40 秒钟，如果要凹蚀，应适当提高溶 液温度和延长处理时间。
物理反应：
利用正离子撞击分子表 面的方式，使需要处理 的物质，脱离 PCB而达 成 处 理 的 目 的 。 （ Ar 可以更换为其他惰性气 体，如 N2等）
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第八讲 孔金属化技术
一 去钻污 等离子体处理法（Plasma）
等离子体处理工艺过程
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第八讲 孔金属化技术
一 去钻污 浓硫酸去钻污
缓冲剂
能使溶液pH值在一定范围内维持基本恒定的物质。
电解液中活化剂
阳极活化剂，能促进阳极溶解，使镀液中镍离子得到正常补充，氯化物含量 过低，阳极易钝化，过高，阳极溶解过快，镀层结晶粗糙。
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第八讲 孔金属化技术
三 电镀铜加厚 电镀基本原理
络合剂
能与络合主盐中的金属离子形成络合物的物质称为络合剂。
添加剂
为了改善镀层的性质，可在电解液中添加少量的添加剂。添加剂在电解液 中不能改变电解液的性质，单能显著改善镀层的性质。 光亮剂：使镀层光亮。 整平剂：能使镀件微观谷处获得微观峰处更厚的镀层。 湿润剂：能降低电极溶液间的界面张力，使溶液易于在电极表面铺展。 镀层细化剂：能使镀层结晶细致。
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第八讲 孔金属化技术
一 去钻污 碱性高锰酸钾处理法
1.溶胀 溶胀环氧树脂，使其软化，为高锰酸 钾去钻污作准备。
2.去钻污 利用高锰酸钾的强氧化性，使溶胀软 化的环氧树脂钻污氧化裂解。
3.还原 去除高锰酸钾去钻污残留的高锰酸钾、 锰酸钾和二氧化锰
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第八讲 孔金属化技术
一 去钻污 PI调整法去钻污
3、活化：让 SnPd7Cl16附着在金属孔壁表面形成进一步反应的据点。
作为催化剂吸附H+的主体，加速HCHO的反应； 作为导体，以利于e-转移至Cu2+上形成Cu沉积。
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第八讲 孔金属化技术
二 化学镀铜 4、活化
活化后的孔壁：
胶体
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第八讲 孔金属化技术
二 化学镀铜 5、加速
Pd胶团粘附的板子，在经水洗之后， Pd粒之外会形成 Sn(OH)4等外壳。
《印制电路原理与工艺》
第八讲 孔金属化技术
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第八讲 孔金属化技术
图 印制电路板线路中的通孔、埋孔和盲孔
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第八讲 孔金属化技术
双面印制板或多层印制板制造工艺的核心问题 是孔金属化过程。
钻孔
化学镀铜
电镀铜
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第八讲 孔金属化技术
典型孔金属化工艺流程：
化学镀铜设备
化学镀铜
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第八讲 孔金属化技术
一 去钻污
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第八讲 孔金属化技术
三 电镀铜加厚 电镀工艺参数
镀铜常识：
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第八讲 孔金属化技术
三 电镀铜加厚 电镀工艺参数
定义：电路中某点电流强弱和流动方向的物理量
单位：
它在物理中一般用J表示。
为了提高生产效率，在保证镀层质量的前提下，应尽量使用 高的电流密度。电流密度不同，沉积速度也不同。目前，电流 密度在1-2.5A /d㎡ 。
加入1-1.5毫升 /升双氧水, 搅拌1小时，升温至65 保温1 小时，以赶走多余的双氧水
° C，
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第八讲 孔金属化技术
三 电镀铜加厚 镀铜液的配制
加入3g/L活性炭，搅拌1小时，静止半小时后过滤， 直至没有炭粒为止。将溶液转入镀槽。
加入计量的盐酸，加入计量的添加剂，加蒸馏水或 去离子水至所需体积。放入予先准备好的阳极。 以1-1.5 A/dm2阳极电流密度进行电解处理，使阳 极形成一层致密的黑色薄膜。大约 3-4小时以后， 可以投入使用。
PCB板
工作液
亲水基团，带正电 亲油基团
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第八讲 孔金属化技术
二 化学镀铜 1、整孔
作用机理： 1、清洁剂
利用溶液中 亲油性 基团清洁表面。
2、调整剂
利用 亲水性基团 的吸附使孔壁呈正 电性，以利于Pd/Sn胶体负电离子吸附。
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第八讲 孔金属化技术
二 化学镀铜 2、微蚀
作用机理： A、过硫酸盐系列:时间1-2min
三 电镀铜加厚 电镀基本原理
电化学发应
以酸性溶液镀铜为例简述电镀过程的电化学反应： 阴极反应： Cu2+ + 2e = Cu 2H+ + 2e = H2
阳极反应： Cu - 2e = Cu2+ 4OH- - 4e = 2H2O+O2
镀液组成
电镀液由主盐，导电盐，活化剂，缓冲剂，添加剂等组成。电解 溶液按主要放电离子存在的形式，一般可分为主要以简单（单盐） 形式存在和主要以络离子（复盐）形式存在的电解液两大类。
溶液组成：
硫酸铜、氢氧化钠、甲醛、EDTA（乙二酸胺四乙酸二钠）、 洛瑟尔氏盐（四水合酒石酸钾钠）
化学镀铜反应机理:
① Cu2＋－L＋2e = Cu＋L ② 2HCHO＋4OH－→2HCOO－＋2H2＋2e＋H2O ③ Cu2＋+2HCHO+4OH－→Cu+2HCOO－+2H2O+H2↑
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第八讲 孔金属化技术
三 电镀铜加厚 电镀工艺参数
镀铜参数影响有：温度、浓度、摆动、鼓风、过滤
温度
20~28℃。镀液的温度过低，允许的工作电流密度会降低，提高温度，密 度会增加，但会减弱添加剂的作用，加速Cu+的氧化，使镀液变浑浊。
浓度
98%H2SO4 。当 H2SO4酸度不够时Cu+的氧化和水解形成铜粉。氧化亚铜 的生成会使镀层粗糙，因此电镀中避免氧化亚铜的存在，而只有H2SO4能 使镀液稳定，提高镀液的导电性和均镀能力，但太高会加速阳极的化学 溶解，使Cu2+含量上升。
• 钻污的产生是由印制板的材料组成决定的
环氧树 脂或环 氧玻纤 布
铜 层
聚 酰 亚 胺
丙烯酸、 环氧类 热固胶膜 铜 层 挠性板组成结构
刚性板的组成结构
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第八讲 孔金属化技术
一 去钻污
去钻污方法: 干法和湿法两种 干法处理 :
在真空环境下通过等离子体除去孔壁内钻污
湿法处理 :
浓硫酸、浓铬酸、高锰酸钾和PI调整处理
O2+CF4 Free radicals react O*+OF*+CO*+COF*+F+e
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第八讲 孔金属化技术
一 去钻污 等离子体处理法（Plasma）
等离子体对PCB去钻污处理的方式主要有以下两种：
化学反应：
利用等离子体的活性基团与要处理的物质进行一系列的化学反应，生成挥发物， 进而来达成等离子体处理。 Polymer+O*+OF*+CO*+COF*+F+e CO2 +H2O +NO2 +HF
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第八讲 孔金属化技术
一 去钻污 等离子体处理法（Plasma）
等离子体 等离子体是电离的气体，整体上显电中性，是一种带电粒子组成的电离状 态，称为物质第四态。
等离子体产生
等离子球图片
等离子体
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第八讲 孔金属化技术
一 去钻污 等离子体处理法（Plasma）
等离子体去钻污凹蚀原理
工业上现在常用电容耦合、电感耦合和波耦合三种基本方法，在一 定条件下来产生等离子体。 产生的离子、自由基等高能量和高活性等离子体，被连续的冲撞和 受电场作用力而加速，使其与材料表面碰撞，并破坏数微米范围以 内的分子键，诱导削减一定厚度，生成凹凸表面，形成气体成分的 官能团等表面的物理和化学变化，提高相应的除污、表面活化、提 高镀铜粘结力等作用。 例如：O2和CF4在高频电场中分解出加速的原子与分子，在加速的 同时发生碰撞，激发出电子，进而生成活性自由基，形成等离子体。
二 化学镀铜
化学镀铜的原理 它是一种催化氧化还原反应，在化学镀铜 过程中Cu2＋得到电子还原为金属铜，还原剂放 出电子，本身被氧化。
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第八讲 孔金属化技术
二 化学镀铜
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第八讲 孔金属化技术
二 化学镀铜 1、整孔
表面活性剂分子层 （偶极性分子）
作用：
1、去除表面轻微 氧化物及轻微污渍。 2、整孔功能：对环 氧树脂及玻璃界面 活性有极好的效果。
1.浸去离子水 用去离子水浸泡，去掉一些钻污和自来水 2.去钻污 添加剂把聚酰亚胺和丙烯酸胶膜腻污溶涨，使其容易被分解和去除。 接着聚酰亚胺钻污与联胺（胫）反应分解，从而去除掉相应的钻污。 3.自来水洗 去钻污后要充分清洗