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电镀铜前准备工艺:沉铜、黑孔、黑影如何选择?
2022-06-16
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自1936年,保罗·艾斯纳正式发明了PCB制作技术,到现在,已过去 80余年,PCB线路板迅猛发展,并且成为电子行业必不可少的基础。虽然 PCB一般只占成品电路板5~10%的成本,但PCB的可靠性,却远比单一的元器件重要。元器件坏了,电路板尚可修理,而PCB板坏了,电路板就只能报废!说到可靠性,这就不得不提起关于PCB的孔金属化问题了。

孔金属化,它的核心作用,就是通过在孔壁镀铜,实现PCB层与层之间的导通,它是双面板、多层板能够发挥作用的核心关键点。但其实,孔金属化技术并不复杂,可以简单的分为两个部分:电镀铜前准备、电镀铜。而电镀铜的好坏,又在很大程度上取决于电镀铜前准备。因此,业内人士往往会把关于PCB可靠性的问题,聚焦到电镀铜前准备的部分。目前行业主流的电镀铜前准备工艺,主要有三种:沉铜、黑孔、黑影。(还有胶体钯、金属灌浆等,但非目前主流)

一、沉铜
沉铜,其主要原理是采用化学中的置换反应,在孔壁上沉积一层铜,以作为后续电镀铜的导电引线。假如是常规的沉薄铜,它的厚度一般为 0.5μm 左右。作为最传统的电镀铜前准备工艺,它具有如下优缺点:

优点:
1.金属铜具有优良的导电性能(电线里面,常规就采用铜线作为导电)。
2.厚度可调整范围大,适应性广(目前业内最低在 0.3μm 左右,最高可到 30μm,直接代替后续的电镀铜工艺)。
3.工艺成熟稳定,可以适用于所有的线路板品类产品(PCB,FPC,R-FPCB,载板,金属基板,陶瓷基板等等)。

缺点:
1.含甲醛,对操作人员健康不利。
2.设备投资大,生产成本高,环境污染不小。
3.时效管控短,一般有效时间为 3~6 小时。

在pcb线路板制作过程中,沉铜是一个影响线路板质量好坏的重要工序,如果出现一些缺陷,就会导致线路板报废,因此对于pcb线路板沉铜就需要注意一些问题。

1、电镀槽在开始生产的时候,槽内铜离子含量低,活性不够,所以在操作前一般先以假镀先行提升活性再做生产,才能达到操作要求。

2、负载会对线路板质量带来极大影响。太高的负载会造成过度的活化而使槽液不安定。相反若太低则会因H2的流失而形成沉积速率过低。故最大值与最小值应与供应确认作出建议值。

3、如果温度过高, Na OH HCHO 浓度不当或Pd +2 累积过高都可能造成PTH粗糙问题,应设置合适的温度。

4、化学镀铜层的韧性,提高化学镀铜层韧性的主要措施是在镀液中加入阻氢剂,防止氢气在铜层表面聚积。

5、化学镀铜溶液的自动补加,化学镀铜过程中,镀液的组分由于化学反应的消耗,在不断地变化,如果不及时补充消耗掉的部分,将会影响化学镀铜层的质量,而且由于成分比例失调,会造成镀液迅速分解。

据了解,PCB线路板沉铜是过孔不通,开短路不良的主要来源工艺,对线路板的品质及电气性能有着很大影响,如果出现问题也很难通过测试找出原因,不易解决,因此需要严格按照规则正确操作。

二、黑孔
黑孔,属于直接电镀技术中的一种,其主要原理是采用物理原理,使碳粉吸附在孔壁表面,形成一层导电层,以作为后续电镀铜的导电引线。通常情况下,其厚度为 0.5~1μm。作为目前主流的电镀铜前准备工艺之一,它具有如下优缺点:

优点:
1.不含甲醛,对作业人员健康影响小,且对环境的污染小。
2.设备投资不大,废物处理更简单,工艺成本比沉铜低。
3.药水与流程相对减少,时效性可达 48H,更便于维护与管理。

缺点:
1.在导电性能方面,导电碳粉会弱于沉积铜层。
2.其适用性不如沉铜广,因此,虽然已经被大规模运用,但目前业内主要用于双面板,高端的如HDI板等产品,几乎不采用。

三、黑影
黑影,严格意义上来说,算是黑孔工艺的进一步发展,其原理、优缺点,都类似,并且要优于黑孔。其主要区别是:黑孔的导电层为碳粉,而黑影的导电层则为石墨。黑孔一般不会用于高端的产品,或者搭配复杂的工艺,但黑影可以,黑影工艺已部分替代沉铜,广泛地应用于高端线路板,如HDI板、IC载板等,甚至有时黑影工艺会优于沉铜工艺,如选择性图形电镀。

如上所述,大家可能会觉得沉铜工艺会比黑孔、黑影工艺更好,如果笼统地来看,业内一般也是这么认为的,但如果涉及到实际的应用层面,则不尽然,每一种PCB工艺,都会有它的优缺点,进而确立它在实际应用中的地位,假如确实已经全面落后,那自然会被行业所淘汰。因此,认为效果方面沉铜,黑影,黑孔,可以作为一个参考答案,但却不能作为一个最终答案,因为,它还涉及到各个工艺使用工厂的实际情况,以及工艺中所采用的设备、药水、参数等等。
所以,真实地来看,工艺只是为了制作产品的手段,只要生产出的产品,能够满足出货的要求,并且,生产商也能获得满意的利润,那么,这个工艺就是可以采用的。

经过工厂验证,爱彼电路作为主攻中高端方向的PCB供应商,为满足客户需求,实现高可靠生产,决定采用目前最为稳定与成熟的沉铜工艺,以确保更优质的交付品质——虽然成本更高,但合适的,才是最好的!

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