王克軍 周仲承 黃 革 張 偉 余 金（中南電子化學(xué)材料所，湖北 武漢 430070）

PCB化學(xué)藥水和制造工藝之發(fā)展趨勢(shì)

王克軍 周仲承 黃 革 張 偉 余 金
（中南電子化學(xué)材料所，湖北 武漢 430070）

近年來(lái)，中國(guó)逐漸開(kāi)始由PCB生產(chǎn)大國(guó)向PCB技術(shù)大國(guó)邁進(jìn)，在此漫長(zhǎng)過(guò)程中，首先應(yīng)該解決的是PCB制造藥水、設(shè)備和工藝的革新。結(jié)合長(zhǎng)期從事PCB化學(xué)藥水研發(fā)和應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)PCB用化學(xué)藥水和制造工藝的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

印制電路板；工藝革新；化學(xué)藥水；發(fā)展趨勢(shì)

中國(guó)的印制電路板（PCB）制造行業(yè)伴隨著我國(guó)改革開(kāi)放起步，由最初的簡(jiǎn)單的單面板、雙面板，發(fā)展到多層板、撓性板、剛撓結(jié)合板，再到現(xiàn)在的HDI板、IC載板和特種印制電路板。特別是進(jìn)入21世紀(jì)，經(jīng)過(guò)10多年的快速發(fā)展，2006年開(kāi)始中國(guó)已牢牢占據(jù)世界PCB生產(chǎn)和銷(xiāo)售額第一大國(guó)的地位。2000年中國(guó)PCB產(chǎn)值41.93億美元，每年大概以25%速率增長(zhǎng)，到2010年達(dá)到產(chǎn)值210.8億美元，占世界PCB產(chǎn)值的37.5%[1]。2011年達(dá)到產(chǎn)值235.61億美元，占世界PCB產(chǎn)值的40%[2]。2012年達(dá)到產(chǎn)值245.9億美元，占世界PCB產(chǎn)值的40.7%[3]。

雖然幾年前我們就已經(jīng)是世界第一PCB生產(chǎn)大國(guó)了，但也一直僅僅只是生產(chǎn)大國(guó)而已，遠(yuǎn)未達(dá)到技術(shù)大國(guó)和生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)的地步，PCB制造的先進(jìn)技術(shù)和高端產(chǎn)品一直被歐美、日本、臺(tái)灣等地所壟斷。PCB行業(yè)的許多有識(shí)之士[4]已開(kāi)始意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題，在他們的呼吁和倡導(dǎo)之下，我國(guó)逐漸開(kāi)始由PCB生產(chǎn)大國(guó)向技術(shù)大國(guó)邁進(jìn)。

由生產(chǎn)大國(guó)向技術(shù)大國(guó)的邁進(jìn)還需要一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，不可能一蹴而就。首先應(yīng)該解決的是PCB制造所應(yīng)用的化學(xué)藥水、設(shè)備和工藝的革新，只有我們能生產(chǎn)出并掌握和應(yīng)用自己的最先進(jìn)的化學(xué)藥水、設(shè)備和制造工藝，才能與我們PCB生產(chǎn)大國(guó)的地位相稱，我們的行業(yè)才能稱得上PCB生產(chǎn)大國(guó)和技術(shù)大國(guó)。

說(shuō)到PCB制造工藝的技術(shù)革新，很多人可能馬上就會(huì)想到全印制電路制造技術(shù)。全印制電路制造技術(shù)的出現(xiàn)，帶來(lái)的將會(huì)是革命性的變化，目前還處于起步階段，有大量技術(shù)難題亟待解決。我們短時(shí)間內(nèi)還不可能由傳統(tǒng)的制造工藝一步跨越到全印制電路制造技術(shù)，在這中間應(yīng)該有一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，有許多工藝技術(shù)等待我們?nèi)ジ镄耓5]。

PCB制造技術(shù)的革新離不開(kāi)藥水、設(shè)備和制造工藝的革新。下面就這一漫長(zhǎng)的我們稱之為工藝革新而不是工藝革命的過(guò)程中PCB化學(xué)藥水和制造工藝的發(fā)展趨勢(shì)談?wù)勎覀兊膱F(tuán)隊(duì)在這方面的判斷和看法。

1 PCB化學(xué)藥水發(fā)展趨勢(shì)

PCB化學(xué)藥水開(kāi)始由非環(huán)保型逐步向環(huán)保型發(fā)展。

前段時(shí)間鬧得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的“丙爾金”事件，盡管到目前為止還沒(méi)有完全定論，但起碼說(shuō)明了一個(gè)問(wèn)題，即無(wú)論是政府，還是行業(yè)和PCB廠家，還有供應(yīng)商，大家都十分關(guān)注環(huán)保問(wèn)題，這一點(diǎn)是毋庸置疑的。環(huán)保是永恒的主題，也是今后很長(zhǎng)時(shí)間行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。

解決環(huán)保問(wèn)題更是化學(xué)藥水商首要面對(duì)的難題和必須擔(dān)當(dāng)?shù)呢?zé)任。環(huán)保型化學(xué)藥水的廢氣、廢水、廢物排放量更少，處理容易，工作環(huán)境友善，工人的身體健康得到更多的保障?？上驳氖牵诃h(huán)保方面近年來(lái)我們有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。首先電鍍方面，電鍍純錫取代了電鍍鉛錫。其次表面處理方面，無(wú)鉛熱風(fēng)整平代替了有鉛的熱風(fēng)整平；無(wú)鉛的OSP、化學(xué)鍍錫、化學(xué)鍍銀得到了發(fā)展。最后傳統(tǒng)的PTH方面，安美特化學(xué)鍍銅液中使用酒石酸鉀鈉，無(wú)EDTA，廢水處理相對(duì)容易；羅門(mén)哈斯化學(xué)鍍銅液中使用低濃度甲醛，工作環(huán)境相對(duì)友好；行業(yè)中也正在探討、研發(fā)無(wú)甲醛、無(wú)EDTA化學(xué)鍍銅等。還有近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭很猛的直接電鍍制程，主要有導(dǎo)電碳黑、導(dǎo)電鈀、導(dǎo)電高分子等，不使用有毒有害的甲醛和EDTA，廢水排放減少，處理簡(jiǎn)單，工作環(huán)境好，更環(huán)保。

2 PCB制造設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)

PCB制造設(shè)備逐漸由傳統(tǒng)的垂直線向水平線和垂直連續(xù)式發(fā)展，自動(dòng)化程度越來(lái)越高，逐漸由人力密集型向人力節(jié)約型發(fā)展。

近年來(lái)，隨著直接電鍍技術(shù)和水平化學(xué)鍍銅技術(shù)的發(fā)展，各工序時(shí)間極大縮短，總工序時(shí)間可控制在15分鐘左右，即使采用水平化學(xué)鍍銅，其化學(xué)鍍銅工藝僅需4分鐘（傳統(tǒng)PTH化學(xué)鍍銅需15分鐘以上），使得制造工藝由間斷式垂直線向水平線發(fā)展成為可能。以昆山千燈為例，2010年以前，整個(gè)長(zhǎng)三角地區(qū)只有南京依利安達(dá)有一條水平高分子導(dǎo)電膜直接電鍍線，昆山千燈地區(qū)沒(méi)有水平線；2011年昆山鑫立電子上了千燈第一條水平高分子導(dǎo)電膜直接電鍍線；2012年昆山金鵬、昆山元件總廠各投一條水平高分子導(dǎo)電膜直接電鍍線；2013年昆山惠承電子、昆山鴻運(yùn)通等3家又各投產(chǎn)一條水平高分子導(dǎo)電膜直接電鍍線；跟進(jìn)和關(guān)注的廠家越來(lái)越多，發(fā)展勢(shì)頭十分迅猛。

以水平線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PTH垂直線，首先不會(huì)有毒有害的甲醛氣體排放，即使采用水平化學(xué)鍍銅工藝，甲醛的排放也是經(jīng)過(guò)專門(mén)的排氣裝置處理達(dá)標(biāo)后排放，工作環(huán)境得到極大改善，工人的身心健康得到有效保障；其次自動(dòng)化程度提高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下板，節(jié)約了人力資源；最后水平線使用了大量擋水、吸水裝置，藥水的帶出損耗大大降低，水洗時(shí)水使用量減少，廢水排放量減少，直接電鍍制程絡(luò)合廢水，處理方法簡(jiǎn)單，可節(jié)水省電。

3 PCB制造工藝發(fā)展趨勢(shì)

3.1 PCB制造工藝由長(zhǎng)工序向短工序發(fā)展，由資源消耗型向資源節(jié)約型發(fā)展

PCB制造從開(kāi)料到成品包裝有干制程、濕制程幾十道工序，任何一道工序出現(xiàn)問(wèn)題都可能導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢，這也是一些廠家產(chǎn)品報(bào)廢率居高不下的原因之一。PCB制造工藝由長(zhǎng)工序向短工序發(fā)展，一是說(shuō)某些工序采用新工藝后工序縮短，如高分子導(dǎo)電膜直接電鍍和納米碳直接電鍍只有三步工序，相對(duì)傳統(tǒng)PTH工序就減少了很多；二是說(shuō)大量水平設(shè)備的使用導(dǎo)致的不必要的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程減少，工序減少。這里主要說(shuō)的是后一種。

現(xiàn)在隨著直接電鍍技術(shù)和垂直連續(xù)電鍍技術(shù)（DVCP）的發(fā)展，越來(lái)越多的水平線或DVCP線應(yīng)用于生產(chǎn)，使得各工序直接互聯(lián)成為可能。相對(duì)以往傳統(tǒng)垂直P(pán)TH工藝，減少了很多不必要的轉(zhuǎn)運(yùn)和重復(fù)的水洗、烘干等工序，即減少了因轉(zhuǎn)運(yùn)產(chǎn)生的擦傷、手指印等報(bào)廢，又達(dá)到節(jié)能降耗之目的。典型如安美特水平沉銅加脈沖電鍍。另一典型例子是采取直接電鍍制程后直接圖形轉(zhuǎn)移，省掉傳統(tǒng)工藝中的全板電鍍工序，同樣也縮短了工序，達(dá)到節(jié)水、省電、降耗的目的。

3.2 直接電鍍或水平化學(xué)鍍銅加DVCP電鍍將可能成為下一個(gè)十年到二十年首選的PCB制造工藝

孔金屬化方面，上面我們已經(jīng)講過(guò)未來(lái)傳統(tǒng)的PTH有望被直接電鍍技術(shù)（碳黑、導(dǎo)電膜、鈀）和水平化學(xué)沉銅所取代。在電鍍方面以昆山東威為代表，DVCP（垂直連續(xù)電鍍技術(shù)）近年來(lái)發(fā)展迅速，加上安美特為代表的水平脈沖電鍍，未來(lái)有望取代現(xiàn)在垂直式龍門(mén)線電鍍。DVCP電鍍線藥水配制量大大減少，分析補(bǔ)加工作量減少，自動(dòng)化程度提高（可自動(dòng)上下板），維護(hù)更方便，更重要的是由于有射流裝置，孔銅的電鍍效率更高，可達(dá)110%（傳統(tǒng)只有80%以上）。過(guò)去DVCP主要用于全板鍍，現(xiàn)在技術(shù)進(jìn)步后，也可以用于圖形電鍍。

現(xiàn)在單獨(dú)使用直接電鍍或水平化學(xué)沉銅的廠家越來(lái)越多，單獨(dú)使用DVCP線的廠家也有不少，使用直接電鍍或水平化學(xué)沉銅加DVCP線或水平脈沖電鍍的還是比較少，我們知道的有幾家，如武漢KDS（做汽車(chē)多層板）就是使用高分子導(dǎo)電膜直接電鍍線加DVCP線。未來(lái)，直接電鍍或水平化學(xué)鍍銅加DVCP電鍍將可能成為PCB濕法工序首選的制造工藝。

如果采取全板電鍍，干膜掩孔蝕刻工藝，那么使用直接電鍍或水平化學(xué)沉銅加DVCP可以說(shuō)是目前PCB制造濕法工序中自動(dòng)化程度最高的選擇。配合真空蝕刻技術(shù)[3]，蝕刻段中不僅安裝了噴嘴，也在噴管之間離線路板表面相對(duì)距離較近的位置安裝了抽氣單元，加快了蝕刻液的交換，減少了蝕刻液在板面的停留時(shí)間，均勻性≥90%，蝕刻因子≥3.5倍，可解決細(xì)密線寬間距問(wèn)題（75 mm以下）。采取此種工藝和設(shè)備，無(wú)需鍍純錫工序和褪錫工序，工序縮短；但可能有人會(huì)問(wèn)，由于采取全板一次加厚，銅的使用量要增加20%～30%，業(yè)界采取的辦法是增加一套銅的提取回收裝置，蝕刻液中的銅全部自動(dòng)電鍍回收，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，僅增加了部分水電的消耗，減少了鍍錫和褪錫，經(jīng)濟(jì)上并無(wú)損失。

另外采取該工藝技術(shù)的一個(gè)最大好處是整個(gè)車(chē)間自動(dòng)化程度極高，各工序環(huán)保程度高、工作環(huán)境干凈整潔；如果拼板統(tǒng)一，去毛刺機(jī)和直接電鍍線或水平沉銅線對(duì)接，鉆孔后的板自動(dòng)上下直接電鍍線；從直接電鍍線出來(lái)的板也是干的，又可以自動(dòng)上下DVCP線，整個(gè)車(chē)間三人足矣?？芍^是環(huán)保、短流程、省水、節(jié)電，省人力資源。唯一不足之處可能就是由于采取的干膜掩孔，大孔易破孔，目前還沒(méi)有很好地解決辦法。

除以上提到的四點(diǎn)之外，還有SAP（半加成工藝及配套的化學(xué)鍍銅藥水）工藝，主要用于IC載板和HDI板，做L/S（線寬/線距）在50微米以下的線路板。這些都僅僅只是我們的判斷，不一定十分準(zhǔn)確，也不一定適用于所有的PCB廠家，供行業(yè)參考。

4 結(jié)論

總之，環(huán)保、自動(dòng)、節(jié)能、降耗將是未來(lái)PCB制造工藝技術(shù)革新的方向，是行業(yè)必須面對(duì)、必須解決的技術(shù)難題。PCB制造工藝的革新需要PCB藥水供應(yīng)商、設(shè)備供應(yīng)商和PCB行業(yè)的共同參與、共同努力、共同進(jìn)步。這是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，讓我們大家攜起手來(lái)，共同努力，為實(shí)現(xiàn)中國(guó)民族PCB制造行業(yè)由生產(chǎn)大國(guó)向技術(shù)強(qiáng)國(guó)的邁進(jìn)而奮斗！

[1]王龍基.行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)[C].中日電子電路秋季大會(huì)暨秋季國(guó)際PCB技術(shù)/信息論壇, 2011,10,12.

[2]WECC Global PCB Production Report For 2011.

[3]WECC Global PCB Production Report For 2012.

[4]馬明誠(chéng). 給力做強(qiáng)[N].印制電路信息, 2012.2.13(7). [5]林金堵等. 現(xiàn)代印制電路先進(jìn)技術(shù)[M]. 中國(guó)印制電路行業(yè)協(xié)會(huì), 印制電路信息雜志社.

Developing trend of chemical solution and fabrication technology of PCB

WANG Ke-jun ZHOU Zhong-cheng HUANG Ge ZHANG Wei YU Jin

Recently, China has been changing from a huge country of PCB fabrication to strong PCB technology country. During this long term, the first question which must be resolved is the innovation of chemical solution, manufacture equipment and technique of PCB. Based on the experience of the research and utilization of PCB chemical solution, the developing trend of the chemical solution and fabrication technology of PCB were forecasted.

Printed Circuit Board; Innovation of Technique; Chemical Solution; Developing Trend

TN41

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1009-0096（2014）01-0035-03