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PCB高稳定性中速化学镀铜工艺研究(一)

发布时间:2015-06-25  阅读:238

谢金平 王群 王恒义

   (广东致卓精密金属科技有限公司,广东佛山528247)


   摘要:主要研究微量添加剂对化学镀铜镀液沉积速率及镀液稳定性的影响,通过试验筛选合适的微量添加剂,在不改变化学镀铜镀液主反应物质含量的情况下实现镀速提高和镀液稳定性增加。开发出的高稳定性中速化学镀铜工艺,其性能满足PCB工业化生产。

   关键词:化学镀铜;沉积速率;微量添加剂;PCB
   中图分类号:TN41
 文献标识码:A
    文章编号:1009-0096(2012)06-0025-03

   1·前言

   化学镀铜是指在没有外加电流的条件下,处于同一溶液中的铜离子和还原剂在具有催化活性的基体表面上进行自催化氧化-还原反应、沉积铜镀层的一种表面处理技术。目前化学镀铜在工业上最重要的应用领域之一是印制线路板的通孔金属化过程,在印制板的绝缘孔壁内沉积上一层铜,使之导通孔金属化,以便随后电镀加厚镀层导通层间线路[1]。

   按照镀层厚度的不同,可以将化学镀铜分为薄铜和厚铜体系。PCB孔金属化流程中目前以化学镀薄铜工艺为主,化学镀铜沉积层厚度控制在0.3μm~0.6μm,然后全板电镀将镀层加厚至5μm~8μm,进入图形转移工序,然后进行图形电镀。但近年来不少PCB工厂为了降低成本,缩短生产流程,改用中速化学镀铜的工艺,即化学镀铜沉积层厚度控制在1.2μm~1.8μm,在完成化学镀中速铜后,省去了全板电镀加厚流程,直接进入图形转移工序,然后进行图形电镀。

   化学镀铜液的主要成分有:铜盐、络合剂、还原剂、pH值调整剂、微量添加剂等。化学镀铜微量添加剂是化学镀铜中最活跃的研究课题,根据添加剂作用又可将添加剂分为稳定剂、改性剂、表面活性剂等,添加剂用量一般在百万分之几十左右,但对化学镀铜沉积速率、镀液稳定性及镀层质量都起关键作用[2][3]。普通的化学镀薄铜工艺即使适当提高反应温度和延长反应时间,沉积厚度也很难达到中速铜的厚度要求,为此需要开发专用的中速化学镀铜工艺。本文主要研究了化学镀铜微量添加剂对化学镀铜沉积速率及镀液稳定性的影响,在化学镀薄铜基础参数上筛选出合适的微量添加剂,进而开发出PCB中速化学镀铜体系。

   2·实验

   2.1实验材料

   钻孔后的线路板,板厚:1.2mm,最小孔径:0.3mm;覆铜板蚀去铜箔后的环氧树脂板

   2.2化学镀铜工艺流程

   整孔→热水洗→水洗(两次)→微蚀→水洗(两次)→预浸→活化→水洗(两次)→速化→水洗(两次)→化学镀铜→水洗(两次)→电镀铜

   整孔:50℃,5%碱性除油剂,5min

   微蚀:室温,80g/L过硫酸钠+3%硫酸,2min

   预浸:室温,100%预浸液,1min活化:40℃,含40×10-6Pd胶体钯溶液,5min

   速化:室温,10%速化液,2min化学镀铜:40℃,30min

   2.3化学镀铜液基本组成

   基础组分:CuSO4.5H2010g/L,EDTA40g/L,NaOH10g/L,甲醛(37%)10ml/L,2,2’-联吡啶20mg/L,亚铁氰化钾60mg/L,用去离子水配制成溶液。

   2.4添加剂对化学镀铜的影响

   向化学镀铜基础溶液中添加不同种类的微量添加剂,并与未加添加剂的化学镀铜液作参照,分别测定镀速及镀液稳定性变化,初步筛选出既能提高沉积速率又能稳定镀液的添加剂;设计正交试验,确定满足中速化学镀铜的最佳微量添加剂组合。

   2.5镀液及镀层性能评价[4]

   2.5.1背光测试

   将印制板试样化学镀铜后沿导通孔孔边切割为长条,用砂纸磨制到孔中心位置,背对着光源置于100倍放大镜下观察孔壁透光情况,以检测化学镀铜在孔壁覆盖的完整性和致密性。通常根据孔壁透光情况分为1~10个等级,其中10级为完全不透光,覆盖性最好。

   2.5.2沉积层晶体结构

   树脂板经化学镀铜全流程,沉积1.5微米左右化学镀铜层,用扫描电镜观察镀层表面形貌及晶体结构。

   2.5.3热应力试验

   用于测试化学镀铜层与树脂层及电镀铜层的结合力,测试条件:(288±5)℃,浸锡10s,3次,参照IPC-TM-650

   2.6.8标准测试方法中―镀通孔的热应力试验。

   2.5.4镀液稳定性

   采用氯化钯加速试验,取50ml镀液与100ml烧杯中,恒温40℃,在无打气状态下加入1

   ml活化槽液,观察镀液变化,以镀液分解时间长短区分稳定性。