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常见问题

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PCB线路板沉铜工艺流程详解
2021-09-28
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化学沉铜广泛用于带通孔的印刷电路板的生产和加工。它的主要目的是通过一系列化学处理方法在不导电的基材上沉积一层铜,然后通过后续的电镀方法加厚使其达到设计的特定厚度。一般为1mil(25.4um)或更厚,有时甚至直接通过化学方法来沉积到整个电路的铜厚。化学铜工艺是通过一系列必要的步骤,最终完成化学铜的沉积,每一步都对整个工艺流程非常重要。

镀通孔(金属化孔)的概念至少包含以下两种含义中的一种或两种:
1.组成元件导体电路的一部分; 2、形成层间互连电路或印刷电路;

通常,电路板是在一片非导体复合基板(环氧树脂-玻璃纤维布基板、酚醛纸基板、聚酯玻璃纤维板等)上通过蚀刻(在覆铜基板上)或化学镀电镀(在覆铜基板或覆铜基板上)的方法生产加工而成。

PI聚亚酰胺树脂基板:用于柔性板FPC)生产,适用于高温要求;

酚醛纸基材:可冲压加工,NEMA级,常见如:FR-2、XXX-PC;

环氧纸基材:机械性能优于酚醛纸板,NEMA级,常见如:CEM-1、FR-3;


环氧树脂玻璃纤维板:采用玻璃纤维布作为增强材料,具有优良的机械性能,NEMA级,常见如:FR-4、FR-5、G-10、G-11;


无纺玻璃纤维聚酯基材:适用于一些特殊用途,NEMA级,常见如:FR-6;

化学铜/浸铜

非导电基板上的孔可以在金属化完成后在层间互连或组装或两者中获得更好的可焊性。非导电基板的内部可能有内部电路——在层压(压制)非导电基板之前,电路已经被蚀刻。通过该工艺加工的板也称为多层板(MLB)。在多层板中,金属化孔不仅起到连接两个外层线路的作用,而且还起到内层之间互连的作用。如果添加一个设计用于穿过非导电基板的孔(当没有埋盲孔的概念)。

现在的生擦和很多电路板在制程特性上都采用层压基板下料,也就是说,非导体基材的外面是压合上去一定厚度的电解法制成的铜箔。铜箔的厚度以每平方英尺铜箔的重量(盎司)表示。这些方法一般使用细粒磨料,如玻璃珠或氧化铝磨料。在湿浆法过程中使用喷嘴喷浆处理孔。一些化学原料用于在回蚀和/或去污工艺中溶解聚合物树脂。通常的(如环氧树脂体系)浓硫酸、铬酸的水溶液等都曾经被使用。无论那种方法,都需要良好的后处理,否则可能会导致后续湿法穿孔化学铜沉积等诸多问题。

铬酸法:
孔中六价铬的存在会导致孔中化学铜的覆盖率出现很多问题。它会通过氧化机理破坏锡钯胶体,并阻碍化学铜的还原反应。孔隙破裂是这种阻碍引起的常见结果。这种情况可以通过二次活化来解决,但是返工或二次活化的成本太高,尤其是自动线,二次活化工艺还不是很成熟。

铬酸槽处理后,往往有一个中和步骤。通常,亚硫酸氢钠用于将六价铬还原为三价铬。中和剂亚硫酸氢钠溶液的温度一般在100F左右,中和后的洗涤温度一般在120-150F,可以清洗干净的亚硫酸盐,以免在加工过程中带入其他浴液,干扰活化。

浓硫酸法:
槽液处理后一定要有一个非常好的水洗,最好是热水,洗涤时尽量避免强碱性溶液。可能会形成环氧树脂磺酸盐的一些钠盐残留物,这种化合物很难从孔中清洗去除。它的存在会在孔内造成污染,可能会造成很多电镀困难。

其他系统:
还有一些其他化学方法应用于除胶渣/去钻污和回蚀工艺。在这些系统中,包括有机溶剂混合物(膨松/溶胀树脂)和高锰酸钾处理的应用,以前用于浓硫酸处理的后处理中,现在甚至直接取代浓硫酸法/铬酸法。

另外还有等离子法,目前还处于实验应用阶段,难以大规模生产,设备投资较大。

无电化学铜工艺

预处理步骤的主要目的:
1、保证化学沉铜层的连续完整性;

2、保证化学铜与基铜箔的结合力;

3、保证化学铜与内层铜箔的结合力

4、确保化学沉铜层与非导电基板之间的结合力。以上是对化学镀铜/化学镀铜预处理效果的简要说明。

下面简单介绍一下无电化学铜的典型的前处理步骤:

1.除油


除油的目的: 1、去除铜箔及孔内的油污和油脂; 2、清除铜箔和孔内的污垢; 3、有助于去除铜箔表面污染及后续热处理; 4.对钻孔产生聚合物树脂钻孔污垢进行简单处理; 5、去除不良钻孔产生吸附在孔内的毛刺铜粉; 6、除油调整 在一些前处理线中,这是对复合基板(包括铜箔和非导电基板)处理的第一步,除油剂一般是碱性的,也有一些中性和酸性的材料在使用。
主要是在一些非典型的除油过程中;除油是前处理线中的一个关键的槽液。被污物沾染的区域会因活化剂吸附不足而引起化学覆铜问题(即微空洞和无铜区域的产生)。微空洞会被后续的电镀铜覆盖或桥接,但是此处电铜层与基地的非导电基材之间没有结合力而言,最终的结果可能会导致孔壁脱离和气孔。

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(烘烤、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离,可能导致孔壁脱落;同样孔内毛刺披锋产生的铜粉吸附在孔内,在除油过程中没有去除,也会被电镀铜层覆盖,同样此铜层和非导电基材之间没有任何结合力而言,这种情况最终可能会导致孔壁脱离的结果。

不管以上两种结果是否发生,有一点是不可否认的。此处的结合力明显变差而且此处的热应力明显升高,这可能会破坏电镀层的连续性,特别是在焊接或波峰焊过程中。结果造成吹孔的产生。吹孔现象实际上是从结合力的镀层下的非导电基材产生的蒸汽因热膨胀而喷出造成的!如果我们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,这样无电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,结合不良的结果可能会产生:假若油污是点状的话,可能造成起泡现象的发生,假若污物面积较大时,甚至可能造成无电铜产生脱离现象。


脱脂过程中的重要因素:
1、如何选择合适的除油剂——清洗/除油剂的类型

2、除油剂工作温度

3、除油剂的浓度

4、除油剂的浸渍时间

5、除油槽内的机械搅拌;

6、除油剂清洗效果降低的清洗点;

7、除油后的水洗效果;

在上述清洗操作中,温度是一个值得关注的关键因素。许多除油剂都有一个最低的温度下限。低于这个温度清洗和除油效果急剧下降!

水洗的影响因素:
1.水洗温度应在60F以上;

2、空气搅拌;

3.最好有喷淋;

4. 整个水洗过程有足够的清水可以及时更换。

这除油槽后的水洗在某种意义上与除油本身一样重要。板面和孔壁残留的除油剂本身也会成为线路板上的污染物,进而污染后续其他的主要处理溶液如微蚀刻和活化。一般来说这个地方最典型的水洗如下:
a,水温高于 60F      b,空气搅拌      C,在槽内装备喷嘴时,板件在水洗时有清水冲洗表面;
条件c不常用,但ab两项是必要的;清洗水的水流量取决于以下因素: 1. 废液带出量(ml/挂); 2、水洗槽内工作板负载量; 3.水洗槽的个数(逆流漂洗)

2.电荷调整或整孔:

在脱脂之后使用典型的电荷调整过程。一般在一些特殊的板材和多层板的生产中,由于树脂本身的电荷因素,经过去污、蚀刻等工序后,需要调整电荷;调整的重要作用是“超渗透”非导电基材。换句话说,就是将原本带弱负电荷的树脂表面经过调理液处理后,变性为带弱正电荷的活性表面。在某些情况下,提供了均匀连续的带正电荷的极性表面,可以保证后续的活化剂能够有效且充分地吸附在孔壁上。有时将调整后的化学药品加入脱脂剂中,故又称脱脂调整液。虽然单独的脱脂液和调节液会比组合的脱脂调节液效果更好,但行业趋势已经将两者合二为一,而改性剂其实只是一些表面活性剂。调整后的水洗极为重要。洗涤不充分会导致表面活性剂残留在铜表面,污染后续的微蚀和活化溶液,可能影响最终铜与铜的结合力,导致化学铜与基材铜之间的结合力降低。应注意清洗水的温度和清洗水的有效流量。应特别注意调节剂的浓度,避免使用浓度过高的调节剂。适量的调节剂会起到更明显的作用。


3、微蚀

无电铜沉积的前处理的下一步是微蚀刻或微蚀刻或微粗化或粗化步骤。此步骤的目的是为后续化学镀铜提供微粗糙的活性铜表面结构。如果没有微蚀刻步骤,化学铜与基板铜的结合力会大大降低;粗糙的表面可以起到以下作用:

1、铜箔表面积大大增加,表面能也大大增加,为化学铜与基材铜之间提供了更多的接触面积;

2、如果水洗时有些表面活性剂没有清除掉,微蚀剂可以通过蚀刻掉底层基板铜面的铜基来去除基板表面的表面活性剂,但是完全依靠微蚀剂将其去除。微蚀剂表面活性剂是不现实的和有效的,因为当表面活性剂残留的铜表面的表面积很大时,让微蚀剂作用的机会很小,往往无法对铜进行微蚀大面积表面活性剂残留的表面。

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