印制电路板化学沉铜

印制电路板化学沉铜化学铜被广泛应用于有通孔的印制线路板的生产加工中，其主要目的在于通过一系列化学处理方法在非导电基材上沉积一层铜，继而通过后续的电镀方法加厚使之到达设计的特定厚度，一般状况下是1mil(25.4um)或者更厚一些，有时甚至直接通过化学方法来沉积这其中每一个步骤对整个工艺流程来讲都是很重要。本章节的目的并不是详述线路线路板的制作过程，而是特别强调指出线路板生产制作中有关化学铜沉积方面的一些要点。至于对那些想要了解线路板生产加工的读者，建议参阅其它文章包括本章后的所列举一局部的参考书目。镀通孔〔金属化孔〕的概念至少包涵以下两种含义之一或二者兼有：形成元件导体线路的一局部；形成层间互连线路或印制线路；〔环氧树脂-聚酯玻纤板等〕上通过蚀刻〔在覆铜箔的基材上〕或化学镀电镀〔在覆铜箔基材或物铜箔基材上〕的方法生产加工而成的。PI聚亚酰胺树脂基材：用于柔性板〔FPC〕制作，适合于高温要求；酚醛纸基板：可以冲压加工，NEMA级，常见如：FR-2,XXX-PC;环氧纸基板：较酚醛纸板机械性能更好，NEMA级,常见如：CEM-1,FR-3;环氧树脂玻纤板：内以玻璃纤维布作增加材料，具有极佳的机械性能，NEMA级，常见如：FR-4,FR-5,G-10,G-11;无纺玻纤聚酯基板：适合于某些特别用途，NEMA级，常见如：FR-6;化学铜/沉铜非导电基材上的孔在完成金属化后可以到达层间互连或装配中更好的焊锡性或二者兼而有之。非导电基材的内部可能会有内层线路---在非导电基材层压〔压合〕前已经蚀刻出线路，这种过程加工的板子又称多层板〔MLB〕。在多层板中，金属化孔不仅起着连接两个外层线路的作用，同时也起着内层间互联的作用，参与设计成穿过非导电基材的孔的话〔当时尚无埋盲孔的概念〕。现在生擦和很多线路板在制程特点上都承受层压基板下料，也就是说，非导体基材的外面是压合上去确定厚度电解法制作的铜箔。铜箔的厚度是用每平方英尺的铜箔重量〔盎司〕来表示的，这种表示方法转化为厚度即为表13.1所示:这些方法一般使用胶细的研磨剂如玻璃珠或氧化铝研磨材料.在湿浆法过程中是承受喷嘴喷浆处理孔.一些化学原料无论在回蚀和/或除胶渣工艺中用来溶解聚合物树脂.通常的(如环氧树脂系统),浓硫酸,铬酸的水溶液等都曾经被使用过.无论哪种方法,都需要很好的后处理,否则可能造成后续湿流程穿孔化学铜沉积不上等诸多问题的产生.浓硫酸法:槽液处理后要有一个格外好的水洗,最好是热水,尽量避开水洗时有强碱性溶液.可能会形成一些环氧树脂磺酸盐的钠盐残留物产生,这种化合物很难从孔内清洗除去.它的存在会形成孔内污染,可能会造成很多电镀困难.铬酸法:孔内六价铬的存在会造成孔内化学铜掩盖性的很多问题.它会通过氧化机理破坏锡钯胶体,并阻碍化学铜的复原反响.孔破是这种阻碍所造成的常见结果.这种状况可以通过二次活化解决,但是返工或二次活化本钱太高,特别在自动线,二次活化工艺也不是很成熟.铬酸槽处理后常常会有中和步骤处理,一般承受亚硫酸氢钠将六价铬复原成3价铬.中和剂亚硫酸氢钠溶液的温度一般在100F左右，中和后的水洗温度一般在120—150F，可以有清洗干净亚硫酸盐，避开带入流程中的其他槽液，干扰活化。其它系统：也有一些其它的化学方法应用于除胶渣/去钻污和回蚀工艺。在这些系统中，包括应用有〔膨松/溶胀树脂现在甚至直接取代浓硫酸法/铬酸法。无电化学铜工艺前处理步骤的主要目的：保证化学沉铜层与非导电基材之间的结合力保证化学沉铜沉积层的连续完整性；保证化学铜与基材铜箔之间的结合力；保证化学铜与内层铜箔之间的结合力以上是对化学铜/无电铜前处理作用的简要说明。下面简述无电化学铜典型的前处理步骤：一．除油除油的目的：除去铜箔和孔内的油污和油脂；除去铜箔和孔内污物；有助于从铜箔外表除去污染和后续热处理；对钻孔产生聚合树脂钻污进展简洁处理；除去不良钻孔产生吸附在孔内的毛刺铜粉；除油调整〔包括铜箔和非导电基材的第一步，除油剂一般状况前处理线中的一个关键的槽液。除油缺乏可能会导致一些如下的质量问题的产生：被污物沾染地方会由于活化剂吸附缺乏即而造成化学铜掩盖性的问〔亦即微空洞和无铜区的产生有任何结合力而言，最终结果可能会造成孔壁脱离和吹孔的产生。沉积在化学铜层上的电镀层产生的内部镀层应力和基材内被镀层包裹的水分或气体因后续受热〔烘板，喷锡，焊接等〕所产生的蒸汽膨胀涨力趋向于将镀层从孔壁的非导电基材上拉状况最终也可能会造成孔壁脱离的结果。以上两种结果无论发生与否，但有一点无可否认，基材出产生的蒸气因受热膨胀而喷出造成的！假设我们的无电铜沉积在基材铜箔的污物上或多层板内层铜箔圆环上的污染物上铜和基底铜之间的结合力也会比清洗良好的铜箔之间的结合力差很多会产生：假设油污是点状的话，可能造成起泡现象的发生，；假设污物面积较大时，甚至可能造成无电铜产生脱离现象；除油过程中的重要因素：如何选择适宜的除油剂-清洗/除油剂的类型除油剂的工作温度除油剂的浓度除油剂的浸渍时间除油槽内的机械搅拌；除油剂清洗效果下降的清洗点；除油后的水洗效果；限，在此温度以下清洗除油效果急剧下降！水洗的影响因素：60F以上；空气搅拌；最好有喷淋；整个水洗有足够的颖水准时更换；。除油槽后的水洗在某种意义上与除油本身一样重要水洗如下：a.60F以上，b.空气搅拌；c.在槽内装备喷嘴时板件在水洗时有颖水冲洗板面；c不常常使用，但是ab两项是必需的；清洗水的水流量取决于如下因素：废液带出量〔ml/挂〕水洗槽内工作板负载量水洗槽的个数〔逆流漂洗〕二．电荷调整或整孔：非导电的基材进展“超级浸润”，换句话来说，就是将原先带微弱负电荷的树脂外表经过调整液处理后变性为带微弱正电荷活性外表。在一些状况下供给一个均匀连续正电荷极性外表，这样可以保证后续活化剂可以被有效充分的吸附在孔壁上。特别留意，应当避开太高浓度的调整剂的使用，适量的调整剂反而会起到更明显的作用。三.微蚀无电铜沉积的前处理的下一步就是微蚀或微蚀刻或微粗化或粗化步骤的结合力会大大降低；粗化后的外表可以起到一下作用：1．铜箔的外表积大大增加，外表能也大大增加，为化学铜和基材铜之间供给根多的接触面积；2．假设一些外表活性剂在水洗时没有被清洗掉，微蚀剂可以通过蚀去其底部基材铜面上的铜基而去除掉基材外表的外表活性剂不到大片外表活性剂残留处的铜面；为后续活化剂的吸附供给一个良好的锚点，使后续的活化胶体钯可以很好的吸附在基材铜的外表；后续的无电铜层可以通过粗化良好的外表与基材铜严密地结合在一起；活性剂分子，由于在基材铜和化学铜之间存在有机分子层会影响二者之间的结合力〕为了到达抱负的效果，微蚀要到达确定的深度。通常状况至少要微蚀到1微米以上，一般在1--2。5微米左右，微蚀厚度缺乏即使在后续条件抱负条件下，也不愿定会有一个满足的结果会受到槽液里铜含量的凹凸的影响。合力(由于反回蚀后的局部树脂外表没有经过除油调整而会造成此处的沉铜的连续和沉积性问题，影响板子的连接牢靠性信任度等问题)这是我们不期望看到的。无电铜和基材铜箔之间的结合力不良一般都是由于微蚀缺乏和外表清洁度问题造成的工厂只是在问题发生后才去做此检验法而已!605-1英寸的胶带紧紧压贴在铜面上掉。孔口铜皮翻起的可能缘由：板子孔内残留的清洗剂流出而清洗未净；过活化；无电铜沉积不良；孔口铜皮翻起可能会由于过微蚀和上述的缘由；微蚀剂来讲，碱性有机物是一种毒化剂，会严峻破坏微蚀剂的功能；微蚀的维护预防措施：用单独的槽子用于无电铜挂具/篮的铜褪镀；水洗充分---避开铜的带出带入铜离子污染其他化铜前处理液。常见的可作为微蚀剂的化学品主要有以下几种：过硫酸铵，过硫酸钠,其他如硫酸双氧水氧化剂〔一般双氧水1---1。5磅/加仑1%硫酸〕以洗去除。微蚀剂过硫酸盐型硫酸双氧水型除油剂/调整除油/调整水洗水洗微蚀浸硫酸溶液水洗水洗〔最好〕浸硫酸溶液微蚀水洗水洗加一个硫酸浸洗液主要是为削减碱性材料特别是一些外表活性剂的带入水体系的稳定剂来讲，除油和调整的一些外表活性剂是毒性剂。假设承受其他的微蚀剂体系，硫酸盐体系微蚀剂来讲。承受过硫酸盐体系微蚀剂，微蚀槽一般使用1-3%的稀硫酸溶液来除去微蚀残留物并伴有一染，这可能会影响化铜的结合力。活化前处理液/预浸液/预活化液除去外表氧化物，削减铜离子对活化液的污染；避开其他粒子的带入和对活化槽液PH值的冲击；就是作为一个牺牲奉献槽；位于活化液前的预浸液在标准制程SOP上很常见，主要为了削减污染粒子对活化液污染，基的。在这种状况下，工件带入到活化槽的残留物对活化液来讲都是一种离子污染！命。很多活化剂对铜离子污染很敏感。〔与活化液相比价格相对低廉的1克/升前即要更换。由于强酸性预浸液会攻击多层板内层的黑氧化层甚至残留在内层铜箔的盐酸会加大反回蚀〔1-2%的盐酸〕，同样活化液液是如此！〔现在的胶体钯多数是盐基的，少数是酸基的，高盐酸型的目前已经被淘汰出线路板行业〕活化/催化良好的处理状态。活化的胶体钯微粒主要是通过粒子的布朗运动和异性电荷的相互吸附作用分别吸附在微蚀后产生的活性铜面上和经清洗调整处理后的孔壁的非导电基材上。活化液/催化液主要是有二价的亚锡离子包围钯原子核组成的胶体的溶液。该溶液中含有较反回蚀和粉红圈现象的发生非导电基材等，经活化处理后一般状况下非导电基材呈现褐色。一般状况下，胶体微粒内亚锡离子的数目是钯原子数目的50-100倍左右，胶体颗粒在配制过足够的亚锡离子以防止槽液失去活性由于会氧化亚锡离子和活化钯颗粒而使之失去活性。-铜之间的结合力和化学铜与非导电基材之间的结合力避开在活化槽处理时间过长，活化液中钯含量一般是微量的，但是作用效果却很明显！活化不良，结果可能会造成铜-铜之间的结合力变差，固然钯的消耗和由此产生的本钱也会很高！锑离子很敏感。一般状况下，10-20ppm的锑离子存在可以造成化学沉积层微空洞的产生。但对于铜离子来说，活化液的敏感性稍有不同:对多层板来说，当活化液内的铜含量到达800ppmDesmear除胶渣处理后的非导电基材可能会消灭一些孔内空洞的问题相对于双面板来说，同样的状况只有在活化液的铜含量到达1500-2023ppm甚至更高才会消灭。如何保证活化液污染的最小化：4-6分钟即可；定期的更换预浸液；避开工件提出槽液后再重浸入槽液；活化后的水洗应当避开太长水洗时间；充分的清洗水流量；避开空气搅拌或尽量使用很小的空气搅拌；清洗水水质要好；太长的水洗时间会造成活化剂的缓慢破坏，导致活性的降低；同时也会导致外表铜的氧化。会造成大量的锡的氢氧化物污染活化的外表。(可能会造成化学铜粗糙甚至镀层的结合力)空气搅拌虽有利于生产板件的清洗效果这主要看空气搅拌的大小。此处的清洗水假设承受再生循环水清洗可能会在此处以及复原/加速后的水洗中产生一些问开放的。阀，完全放掉水槽内的水，换成颖的市水〔自来水〕方可。加速〔有时也称为后活化/解胶等〕目的主要是提高或增加活化颗粒的活性。包围，最外围是氯离子和氢氧根离子。加速的目的就似乎拨开花蕾，除去亚锡离〔也可能会有一些钯颗粒从而使内部的钯颗粒可以暴露在后续的化铜液中并在后续的沉铜槽液中可以更好的发挥催化活性。〔正如我们在水洗槽中看到的混浊的状况会掩盖在性颗粒。加速的目的也是为了溶解这些亚锡的化合污染物，使之从钯活性颗粒上去除。一些亚锡被去除同时一些附着不良的钯活性颗粒也会被速化在加速液中具有更强的活性，可以快速的诱发化学铜的沉积。1克/升则需要准时更换。粒从孔壁板面上速化掉，这样会使这些外表失去活性颗粒。铜后玻纤断面处的镀层空洞〔又叫截点〕。启动无电铜的沉积反响。果的发生，往往是由于很多无法把握的因素造成。包括附表一也是我们争论的生产工艺简图。无电铜槽/化学铜槽/沉铜槽槽液的组成：铜盐复原剂〔甲醛〕络合剂〔EDTA,QUADROL,TART等〕稳定剂，光泽剂等润湿剂件外表的催化颗粒诱发而启动，这就是我们为什麽确定要经过活化处理的缘由。化学铜的化学反响：Cu2+(CHEL)+2HCHO+4OH-→Cu0↓+2HCOO-+(CHEL)x+2H2O+H2↑反响之所被称为可以自身催化的氧化复原反响，是由于诱发后的生成的铜原子和氢原子，可以连续作为催化剂促使反响的连续进展一个简要的概括。沉积条件低速沉铜液室温1-2微英寸/分钟高速沉铜液室温21-32度〔70-90F〕2-6微英寸/分钟高速沉铜液高温38---60度〔100-140F〕2-6微英寸/分钟选择何种沉铜液主要考虑以下因素：假设我们只是为化学镀后的电镀全板铜的缘由或沉铜后电镀0。1-0。3mil的电镀铜以保证板子在经过后续图形转移和图形电镀通孔仍保持孔铜掩盖〔例如在一些贵重得多层板生产加工中〕10-20微英寸即可。易于把握的低速化铜槽将会是最好的选择。由于一些经济本钱方面和功能性的缘由用图形电镀，也趋向于改进或改革一些工艺。在图形转移前在化学铜层上闪镀〔快速电镀〕一层电镀铜并通过在图形转移后和图形电镀前选择适宜的清洗/除油，确定厚度和完整的化学铜镀层也可耐受住清洗液的攻击，这样只要单独的无电铜也可到达令人满足的效果。假设不需清洗/除油或清洗/除油对化学铜的攻击格外小，那末相对较薄的化学铜层也就可以满足要求〔20-40微英寸〕；假设刻意追求高产能的话，高速化铜也可作为选择。假设在图形转移后和图形电镀前需要较强的清洗/除油和化学品，那麽沉积更厚的化学铜将是必需的，以保证镀层在经过清洗/除油后还可以保证其良好的完整掩盖性。这种状况下，化学铜的厚度一般要求在60-100微英寸。出于时间效率方面考虑，高速沉铜将是不错的选择。〔一些药水必需的补充添加而温度对于沉积速率影响极大。在加温型槽液中只需要加温。但对于室温型高速槽液来讲，温度。说明这种状况：2-5%;一样厚度的化学铜层和电镀铜层60微英寸的厚度的电镀铜层能够耐受的清洗/讲，则需要100微英寸。但是化学铜相对来讲则更为经济。固然单纯的比率不是最正确选择的打算条件。另外一个影响我们对化学铜选择的因素就是槽液的有效寿命全部的化学铜在生产的过程中对会产生副产物添加补充铜离子，甲醛，氢氧化钠和其他必需的原料〔取决所用槽液的类型〕。这些补充物离子和甲醛配制在一个浓缩液中，而氢氧化钠则在另一个浓缩液中。一段时期内的总掏出量，槽液操作及其本身特点和一段长期时间内的沉积的状况。每个槽液都有一个所谓基于沉积确定厚度的镀层所付出的本钱方面的“收支平衡点”的考虑。其中开缸本钱也被槽液的使用过程逐步的分解担当〔大大增加等〕。如何保持槽液运作在“收支平衡点”以上是根本的但并不是经济的。温度把握对化学铜来说，进展的。低温型槽液一般具有较为宽广的操作温度范围。一个设定温度，沉积速率加快，超过确定速度，镀层质量开头下降，同时一些副反响加剧并成为主要的化学反响，最终导致槽液稳定性降低。加强对无电铜槽液温度把握是极为重要的。需要关注的一些物理操作参数和工程：空气搅拌循环过滤槽液负载2.过滤:1微米的PP滤去槽液中悬浮的活性的铜微