PCB化学镀铜工艺流程解读(一)
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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。第一用活化剂处理,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有用胶体铜工艺在运行),铜离子第一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,使铜的还原反应连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,其孔口部位不可幸免的产生一些小的毛刺,这些毛刺如不去除将会阻碍金属化孔的质量。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纳去毛刺机。去毛刺机的磨辊是采纳含有碳化硅磨料的尼龙刷或毡。一样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,排除了除了这种弊病。
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。往常多用浓硫酸除钻污,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,就会阻碍化学镀铜层和印制导线铜箔间的结合强度,因此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:
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。以往粗化处理要紧采纳过硫酸盐或酸性氯化铜水溶液
进行微蚀粗化处理。现在大多采纳硫酸/双氧水(H
2SO
4
/H
2
2
)其蚀刻速度比较恒
定,粗化成效平均一致。由于双氧水易分解,因此在该溶液中应加入合适的稳固剂,如此可操纵双氧水的快速分解,提升蚀刻溶液的稳固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
常用稳固剂如下:
稳固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% /
不加稳固剂 0 100% 快速分解
我们以不加稳固剂的蚀刻速率为100%,那么蚀刻速率大于100%的为正性加速稳固剂,小于100%的为负性减速稳固剂。关于正性的加速稳固剂不用加热,在室温(25度C)条件下就具有较高的蚀刻速度。而负性减速稳固剂,必须加热
使用才能产生微蚀刻铜的成效。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,处理时刻为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。这种方法有二个要紧缺点:一是孔金属化的合格率低,在化学镀铜后总会发觉有个不孔沉不上铜,其要紧有二个方面的缘故,其一是Sn+2离子对环氧玻璃的基体表面潮湿性不是专门强,其二是Sn+2专门易氧化专门是敏化后水洗时刻稍长,Sn+2被氧化为Sn+4,造成失去敏化成效,使孔金属化后个不孔沉不上铜。二是化学镀铜层和铜箔的结合力差,其缘故是在活化过程中,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。如果不去除会阻碍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,这种缺陷差不多成为阻碍印制板质量要紧矛盾,现在是用螯合离子钯分步活化法来解决这些咨询题,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
专门好的活性,明显地提升了化学镀铜层的质量,因此,在PCB的孔金属化工艺中,得到了普遍应用。
表中的配方1是酸基胶体钯,由于其盐酸含量高,使用时酸雾大且酸性太强对黑氧化处理的多层
内层连接盘有浸蚀现象,在焊盘处易产生内层粉红圈。活化液中钯含量较高,溶液费用大,因此已专门少采纳。配方2是盐基胶体钯。在盐基胶体钯活化液中加入尿素,能够和Sn2+
O
‖
形成稳固的络合物[H
2NCNH
3
]SC1-
3
,防止了活化剂产生沉淀,明显地降低了盐
酸的挥发和Sn2+离子的氧化,从而提升了胶体钯活化液的稳固性。
(2)胶体钯活化液的配制方法
a.酸基胶体钯活化液—称取1g氯化钯溶解于100ml盐酸和200ml纯水的
混合液中,并在恒温水浴中保持30℃,边搅拌边加入氯化亚锡(SnCl
2•2H
2
O)2.54g
搅拌12min,然后再与事先配制好的氯化亚锡60g、盐酸200ml和锡酸钠7g的混合液溶解在一起,再在45℃的恒温水浴条件下保温3h,最后用水稀释至1L即可使用。
b.盐基胶体钯活化液-称取氯化钯0.25g,加入去离子水200ml,盐酸10ml,在30℃条件下搅拌,使氯化钯溶解。然后加入3.2g氯化亚锡并适当搅拌,迅速倒入事先配制好的含有尿素50g、氯化钠250g、锡酸钠0.5g和水800mL的混合溶液中,搅拌使之全部溶解,在45℃条件下保温3h,冷至室温,用水稀释至1L。