陳新強(qiáng)

（安美特（中國）化學(xué)有限公司上海青浦分公司，上海 201707）

1 前言

孔金屬化是PCB生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。其傳統(tǒng)工藝是采用化學(xué)鍍銅作為電鍍銅的基底導(dǎo)電層。盡管此工藝已頗為成熟，卻仍存在諸多不足之處[1][2]：（1）使用了列入限制使用的化學(xué)品HCHO（甲醛），不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境有危害，而且有潛在的致癌風(fēng)險(xiǎn)；（2）使用Pd、Cu等金屬，成本高；（3）化學(xué)鍍銅溶液中EDTA等絡(luò)合劑不易進(jìn)行生物分解，水處理困難，排放后易造成水污染；（4）工藝復(fù)雜，加工時(shí)間較長。因此人們一直致力于取代傳統(tǒng)化學(xué)鍍銅工藝的直接電鍍技術(shù)的研究。直接電鍍技術(shù)在PTH工藝的認(rèn)可和應(yīng)用已經(jīng)超過了17年。直接電鍍技術(shù)按導(dǎo)電材料主要分為三大系列[3][4]：（1）導(dǎo)電聚合物系列；（2）鈀鹽或鈀化合物系列；（3）碳黑系列。其中較為成功的工藝之一是導(dǎo)電聚合物系列直接電鍍技術(shù)[5][6]。本文就用Atotech公司導(dǎo)電聚合物直接電鍍技術(shù)Ecopact CP工藝加以概述。

2 Ecopact CP工藝背景及機(jī)理

導(dǎo)電聚合物即導(dǎo)電高分子聚合物[7]。 所有的導(dǎo)電高分子都屬于所謂的“共軛高分子”。由長鏈的碳分子以sp2鍵鏈結(jié)而成。由于sp2鍵結(jié)的特性，使得每一個(gè)碳原子有一個(gè)價(jià)電子未配對(duì)，且在垂直于sp2面上形成未配對(duì)鍵。相鄰原子的未配對(duì)鍵的電子云互相接觸，會(huì)使得未配對(duì)電子很容易沿著長鏈移動(dòng)，從而形成導(dǎo)電高分子。有聚乙烯、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚對(duì)苯乙烯，以及它們的衍生物。

相比于其它幾種導(dǎo)電聚合物，聚噻吩具有高導(dǎo)電率和高穩(wěn)定性等特性，是導(dǎo)電聚合物電鍍技術(shù)的理想物質(zhì)[8]。Ecopact CP工藝就采用聚噻吩作為導(dǎo)電物質(zhì)。工藝原理如下：（1）PCB經(jīng)過調(diào)整工藝在通盲孔的玻璃纖維和樹脂上形成一層具有親水性的有機(jī)膜；（2）含有高錳酸鹽的酸性催化溶液通過氧化作用在親水性的有機(jī)膜上在形成一層致密的MnO2；（3）具有共軛雙鍵和聚合能力的噻吩單體應(yīng)用在覆有MnO2的表面時(shí)，在酸性環(huán)境中，這種化合物單體的電子轉(zhuǎn)移到MnO2上，自身發(fā)生了聚合，借助它的共軛雙鍵形成具有導(dǎo)電極性高分子聚噻吩。在形成的這種聚噻吩的導(dǎo)電帶中，電子可以在電場(chǎng)方向移動(dòng)形成電流（圖1）。在反應(yīng)過程中，MnO2則會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槟苋苡谒亩r(jià)錳化合物，不會(huì)殘留在PCB中。

3 Ecopact CP工藝流程

采用聚噻吩作為導(dǎo)電聚合物的Ecopact CP工藝流程簡(jiǎn)單，只需四步（圖2）。

（1）微蝕清潔（Etch Ceaner）：清潔并粗化銅表面，確保良好的銅銅結(jié)合；除去鉆孔中產(chǎn)生銅渣和釘頭。

（2）調(diào)整（Conditioner）：潤濕、清潔和調(diào)整玻璃纖維和樹脂表面，使之得到親水的表面。

（3）氧化（Adhesion Promoter）：在調(diào)整過的玻璃纖維和樹脂表面（不會(huì)在Cu面上）形成一層均勻致密的MnO2，做為生成導(dǎo)電聚合物聚噻吩的催化劑。

（4）導(dǎo)電膜聚合（Polyconduct）：在MnO2的催化及反應(yīng)下，在玻璃纖維和樹脂表面形成高分子導(dǎo)電聚合物層—聚噻吩。

圖1 噻吩單體（左）和聚噻吩在電場(chǎng)作用下的導(dǎo)電示意圖（右）

4 Ecopact CP工藝監(jiān)控及質(zhì)量評(píng)估

Atotech公司生產(chǎn)的水平線Uniplate CP可以實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)監(jiān)控。所有工作槽都采用自動(dòng)控溫系統(tǒng)，溫度通過控制面板設(shè)定控制在操作范圍中，超出范圍會(huì)自動(dòng)報(bào)警。所有工作槽的化學(xué)品濃度都通過自動(dòng)添加系統(tǒng)進(jìn)行控制，自動(dòng)添加系統(tǒng)能使化學(xué)品濃度穩(wěn)定在操作范圍中，當(dāng)然所有的自動(dòng)監(jiān)控和自動(dòng)添加系統(tǒng)均離不開化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室的配合。有機(jī)導(dǎo)電膜槽的pH通過在線pH計(jì)控制在1.8～2.2之間。

對(duì)生成的高分子導(dǎo)電聚合物的質(zhì)量評(píng)估主要有三種方法：

（1）電阻測(cè)試：裸露樹脂的測(cè)試板經(jīng)過Ecopact CP工藝沉積一層導(dǎo)電膜，然后直接用萬用表測(cè)量樹脂上間隔1 cm的兩點(diǎn)之間的電阻。一般來說，電阻小于20 kW即為合格（當(dāng)然，不同材料的樹脂的電阻會(huì)有很大差別，有些樹脂的電阻甚至低于3 kW）因此在制程的控制上我們建議選擇同一種樹脂進(jìn)行電阻測(cè)試來監(jiān)控制程的穩(wěn)定性。

（2）背光測(cè)試：有孔的測(cè)試板經(jīng)過Ecopact CP工藝，然后在2 A/dm2的電流下電鍍5 min，觀察孔里的背光情況，背光大于D8級(jí)即為合格（圖3）。

圖3 背光測(cè)試示意圖

（3）電鍍覆蓋測(cè)試：采用專門設(shè)計(jì)的測(cè)試板（圖4），表面上有面積依次增加的裸露樹脂區(qū)域。這種測(cè)試板經(jīng)過Ecopact CP工藝，然后在2 A/dm2的電流下電鍍5 min，觀察電鍍銅可以完全覆蓋到第幾塊區(qū)域，以此來監(jiān)控Ecopact CP生產(chǎn)線的狀態(tài)。

圖4 電鍍覆蓋測(cè)試板示意圖

5 Ecopact CP工藝優(yōu)勢(shì)

Atotech公司開發(fā)的Ecopact CP導(dǎo)電聚合物直接電鍍技術(shù)跟傳統(tǒng)PTH及其它直接電鍍技術(shù)相比具有很多優(yōu)勢(shì)。

5.1 環(huán)保優(yōu)勢(shì)

從環(huán)保方面來看，Ecopact CP工藝與傳統(tǒng)PTH工藝相比優(yōu)勢(shì)明顯：

（1）簡(jiǎn)短的工藝流程：設(shè)備長度減少50%以上，減少2段藥水槽，減少1段水洗槽（圖5）。

圖5 傳統(tǒng)PTH與Ecopact CP工藝流程和設(shè)備長度比較

（2）消耗少量的水和化學(xué)品：減少69% DI 水使用；減少100%軟水使用；減少90% 的絡(luò)合劑使用；減少31% 氧化性化學(xué)品使用；減少97% 其他化學(xué)品使用（圖6）。

圖6 傳統(tǒng)PTH與Ecopact CP工藝水和化學(xué)品消耗量比較

（3）產(chǎn)生少量的廢水：沒有高濃度堿性廢水的產(chǎn)生；減少97% 高濃度絡(luò)合物廢水；減少75% 高濃度酸性廢水；減少12% 高濃度氧化性廢水；減少69%絡(luò)合物水洗廢水（圖7）。

（4）不使用有害化學(xué)品，比如甲醛，氰化物；不使用EDTA，僅使用少量的絡(luò)合劑。

5.2 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

圖7 傳統(tǒng)PTH與Ecopact CP工藝廢水量比較

Ecopact CP工藝技術(shù)成熟，已經(jīng)通過大多數(shù)OEM的認(rèn)證，有著突出的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：（1）真正的“選擇性”工藝，內(nèi)層銅表面不會(huì)沉積高分子導(dǎo)電聚合物。與其直接電鍍工藝（碳黑，導(dǎo)電鈀）相比，很大程度上避免內(nèi)層銅與導(dǎo)電膜之間出現(xiàn)縫隙的風(fēng)險(xiǎn)，而與傳統(tǒng)的PTH相比，有著良好的內(nèi)層銅與電鍍銅的結(jié)合（圖8）；（2）避免銅顆粒問題的產(chǎn)生，比如避免表面銅顆粒/銅瘤問題和盲孔/通孔堵孔問題；（3）適合多層板的生產(chǎn)；（4）水平線、垂直線均可應(yīng)用；（5）兼容通孔板（MLB）和盲孔板（HDI）。

5.3 成本優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的PTH工藝需要6步，而Ecopact CP工藝只需要4步。設(shè)備方面，Ecopact CP工藝設(shè)備長度僅為傳統(tǒng)的PTH工藝的一半左右，設(shè)備所需空間小，設(shè)備投資成本低；藥水方面，化學(xué)品種類少，而且沒有貴金屬Pd、Cu的使用，生產(chǎn)成本低。

5.4 操作優(yōu)勢(shì)

Ecopact CP工藝過程中的高分子導(dǎo)電聚合物的形成和固著在一步完成，工藝控制十分簡(jiǎn)單，所有工藝步驟的處理時(shí)間很短，工藝操作性好，是真正的“傻瓜”制程。

6 結(jié)語

三十年的改革開放，在我們經(jīng)濟(jì)騰飛發(fā)展的同時(shí)也付出了極大的代價(jià)—生態(tài)環(huán)境日益惡化，環(huán)境問題已經(jīng)成為一個(gè)不可回避的重要問題。近年來，政府對(duì)環(huán)境保護(hù)越來越重視，并提出把我國建設(shè)為綠色發(fā)展—資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。導(dǎo)電聚合物直接電鍍技術(shù)作為綠色環(huán)保的新技術(shù)必將在PCB行業(yè)里得到廣泛應(yīng)用。

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