張 正 李孝瓊 高 四 蘇良飛

（中南電子化學(xué)材料所，湖北 武漢 430070）

20世紀(jì)60年代，隨著孔金屬化技術(shù)的不斷成熟，歐美孔金屬化雙面板開始大規(guī)模生產(chǎn)，70年代開始多層印制板迅速發(fā)展，并不斷向高精度、高密度、細(xì)線小孔、高可靠性、低成本和自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)方向發(fā)展?？捉饘倩侵疙攲雍偷讓又g的孔壁上用化學(xué)反應(yīng)將一層薄銅沉積在孔的內(nèi)壁上，使得印制電路板的頂層與底層通過孔壁銅層相互連接?？捉饘倩址Q鍍通孔，英文名稱：Plated Through Hole（PTH），是印制電路板制造技術(shù)的關(guān)鍵之一。

隨著工藝改進(jìn)和技術(shù)升級(jí)，傳統(tǒng)化學(xué)鍍薄銅工藝部分被化學(xué)鍍厚銅、直接電鍍（有機(jī)導(dǎo)電膜、黑孔化）代替，本文對(duì)取代化學(xué)鍍薄銅的三種工藝進(jìn)行比較。

1 傳統(tǒng)線路板化學(xué)鍍銅生產(chǎn)工藝流程

傳統(tǒng)化學(xué)鍍銅工藝一般采用化學(xué)鍍薄銅，隨即進(jìn)行全板電鍍銅（電鍍一銅），使金屬化孔銅厚度達(dá)到5 μm以上，便于圖形轉(zhuǎn)移工序的順利進(jìn)行。隨著化學(xué)鍍薄銅工藝的熟練運(yùn)用，業(yè)界為了減少線路板制造工序，提高線路板制造效率，出現(xiàn)了將化學(xué)鍍薄銅和電鍍一銅合為一體的制作工藝，按時(shí)間順序依次為化學(xué)厚銅工藝、直接電鍍工藝（有機(jī)導(dǎo)電膜和黑孔）。

圖1

2 化學(xué)厚銅工藝

化學(xué)鍍薄銅厚度一般控制在0.3 μm ～ 0.5 μm，然后全板電鍍加厚至5 μm ～ 8 μm，進(jìn)入圖形轉(zhuǎn)移工序。由于電鍍電流分布不均勻會(huì)使得全板厚度不均勻，周邊比中間部分厚30%～70%。在生產(chǎn)精細(xì)線路板（0.1 mm以下）時(shí)，容易造成整板蝕刻干凈而中間部分線路已過蝕，或者中間線路蝕刻符合要求，而板周邊卻未蝕刻干凈，因而報(bào)廢。另外，在細(xì)孔多層板（孔徑0.3 mm ～ 0.5 mm）制作過程中，對(duì)化學(xué)鍍銅的均勻全覆蓋要求極嚴(yán)，如果采用先沉薄銅再電鍍加厚，往往因孔壁化學(xué)銅不夠厚而易形成空洞，造成孔壁鍍層的不均勻而無法達(dá)到嚴(yán)格的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。基于以上技術(shù)問題，近年來不少電路板廠改用化學(xué)鍍厚銅的技術(shù)?；瘜W(xué)厚銅工藝在絡(luò)合劑體系、處理時(shí)間、反應(yīng)速率等方面與化學(xué)薄銅略有不同，化學(xué)鍍厚銅的處理時(shí)間較長，鍍層厚度一般在1.8 μm ～ 2.5 μm，也有廠家為節(jié)省成本，銅厚度控制在1.4 μm ～ 1.6 μm。完成化學(xué)鍍厚銅后，電路板經(jīng)防氧化處理即可直接進(jìn)入圖形轉(zhuǎn)移工序，然后圖形電鍍，縮短了生產(chǎn)流程，有著非常廣泛的應(yīng)用。

2.1 化學(xué)厚銅工藝流程與結(jié)晶形態(tài)

化學(xué)厚銅段的流程（圖2）與化學(xué)薄銅相似（圖3）。

圖2

圖3 化學(xué)銅銅面SEM圖（3000×，左：化學(xué)厚銅，右：化學(xué)薄銅）

圖1為化學(xué)厚銅立體結(jié)晶形態(tài)。由于化學(xué)厚銅的結(jié)晶結(jié)構(gòu)并不細(xì)密，因而當(dāng)操作參數(shù)管理不良，或藥水老化或污染時(shí)，極容易發(fā)生脫皮等問題。

2.3 化學(xué)厚銅的優(yōu)點(diǎn)

（1）工藝流程簡化，化學(xué)鍍薄銅與電鍍一銅合二為一；（2）板面銅厚均勻，方便蝕刻，有利于細(xì)微線路制作；（3）工藝管控和設(shè)備與化學(xué)薄銅相似，易于切換；（4）減少人工、水電；（5）節(jié)省磷銅球25%（圖形占板面積25%）。

2.4 化學(xué)厚銅的缺點(diǎn)

（1）含甲醛，對(duì)操作人員健康不利；

（2）化學(xué)鍍銅層較電鍍銅層疏松，參數(shù)控制不嚴(yán)易造成鍍層結(jié)合力差而起皮；

（3）磨板磨刷目數(shù)控制不嚴(yán)易導(dǎo)致大孔和槽孔孔口破裂。

3 直接電鍍—有機(jī)導(dǎo)電膜工藝

3.1 有機(jī)導(dǎo)電膜工藝流程

有機(jī)導(dǎo)電膜是近年來線路板行業(yè)興起的取代化學(xué)鍍銅的新工藝。線路板鉆孔后去毛刺，進(jìn)入有機(jī)導(dǎo)電膜工序后直接進(jìn)入圖形轉(zhuǎn)移工序，然后電鍍二銅，流程圖如下圖4：

圖4

有機(jī)導(dǎo)電膜工藝流程比較簡單，見圖5。

圖5

3.2 原理

在氧化槽中，高錳酸鉀與樹脂發(fā)生氧化還原反應(yīng)，在非導(dǎo)體表面上生成MnO2吸附層，它會(huì)嵌入印制板非導(dǎo)體基材的孔隙中或化學(xué)吸附到印制板表面上。在催化槽中，在有機(jī)酸存在的情況下，MnO2催化有機(jī)單體（如吡咯、噻吩、苯胺等）在孔壁上形成單鍵和雙鍵交替存在的導(dǎo)電聚合物，為直接電鍍銅提供導(dǎo)電層，如圖6。

圖6 導(dǎo)電聚合物聚噻吩形成示意圖

3.3 優(yōu)點(diǎn)

（1）使用水平線自動(dòng)設(shè)備沉積有機(jī)導(dǎo)電膜比化學(xué)銅垂直自動(dòng)線花費(fèi)減少20%；

（2）空間節(jié)省30%，因而減少了過度投資；

（3）步驟簡單，只有三個(gè)工序；

（4）減少人工，降低勞動(dòng)力成本；

（5）節(jié)省磷銅球25%（圖形占板面積25%）；

（6）循環(huán)時(shí)間減少，提高生產(chǎn)效率20%；

（7）藥液分析維護(hù)減少；

（8）環(huán)保、不含鰲合劑、不含甲醛，提高了工作者的健康度，減少了廢物的產(chǎn)生。

3.4 缺點(diǎn)

（1）處理撓性線路板效果欠佳，不能處理高頻板，高錳酸鉀與聚四氟乙烯基材難反應(yīng)；（2）槽孔和5.0 mm以上孔徑需做多層板前處理（Desmear）；（3）催化槽換槽頻率快，15天需更換一次；（4）氧化槽88 ℃的工作溫度偏高；（5）多層板8層以上可靠性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 直接電鍍—納米碳黑孔工藝

4.1 黑孔工藝流程

納米碳系列直接電鍍技術(shù)通常稱為黑孔化，它是將納米碳浸涂在孔壁上形成導(dǎo)電層，其關(guān)鍵在于制造納米碳溶液即黑孔化溶液。該溶液由納米碳、分散介質(zhì)和表面活性劑三部分組成。納米級(jí)碳作為導(dǎo)電物質(zhì)，要均勻浸涂并附著在孔壁上形成導(dǎo)電層；液體分散介質(zhì)的作用是分散納米碳，通常為去離子水；表面活性劑的作用是增進(jìn)納米碳懸浮液的穩(wěn)定性和潤濕性能，使碳能充分吸附到孔壁非導(dǎo)體基材上，陽離子、陰離子和非離子表面活性劑均可使用，但應(yīng)選用低泡型。為提高懸浮液的穩(wěn)定性，溶液的pH值為9～12，可用堿金屬氫氧化物如氫氧化鉀調(diào)節(jié)。

黑孔工藝流程為圖7。

圖7

4.2 原理

線路板先經(jīng)整孔步驟處理，清潔板面，并將板面負(fù)電荷調(diào)整為正電荷，由于納米碳顆粒經(jīng)適當(dāng)處理后，其表面帶適量負(fù)電荷，這樣納米碳與孔壁接觸由于靜電吸引，納米級(jí)的碳粉便吸附在孔壁 上并經(jīng)固化，形成致密結(jié)合牢固的導(dǎo)電層，然后可進(jìn)行直接進(jìn)行電鍍。

4.3 優(yōu)點(diǎn)

（1）使用水平線自動(dòng)設(shè)備比化學(xué)銅垂直自動(dòng)線花費(fèi)減少20%；

圖3 碳黑粒子與孔壁作用示意圖

（2）空間節(jié)省30%，因而減少了過度投資；

（3）步驟簡單，只有三道工序；

（4）減少人工，降低勞動(dòng)力成本；

（5）節(jié)省磷銅球25%（圖形占板面積25%）；

（6）循環(huán)時(shí)間減少，提高生產(chǎn)效率20%；

（7）藥液分析維護(hù)減少，維護(hù)簡單；

（8）更環(huán)保，不含鰲合劑、不含甲醛及高分子有機(jī)物，提高了工作者的健康度，減少了廢物的產(chǎn)生，廢水較高分子導(dǎo)電膜更容易處理；

（9）換槽頻率??；

（10）可處理雙面板、撓性線路板、8層以下多層板。

4.4 缺點(diǎn)

（1）處理高頻板效果不佳；（2）槽孔和5.0 mm以上孔徑需做多層板前處理（Desmear）；（3）多層板8層以上可靠性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

5 結(jié)論

隨著節(jié)能環(huán)保要求不斷提高，PCB行業(yè)取代含甲醛的化學(xué)薄銅的直接電鍍技術(shù)迅猛發(fā)展。在化學(xué)厚銅、有機(jī)導(dǎo)電膜和納米碳黑孔等直接電鍍技術(shù)中，納米碳黑孔直接電鍍工藝的應(yīng)用范圍較寬、更環(huán)保、維護(hù)更簡單、綜合成本較低，隨著撓性線路板的廣泛應(yīng)用，其更值得推廣。

[1]楊維生等. 印制板孔金屬化直接電鍍工藝研究[J].電子工藝技術(shù),1999,20(3):1-7.

[2]陳新強(qiáng). 導(dǎo)電聚合物直接電鍍技術(shù)[J]. 印制電路信息,2014,(5):40-43.

[3]鄭雅杰,鄒偉紅,易丹青,龔竹青,李新海. 四羥丙基乙二胺和EDTA·2Na鹽化學(xué)鍍銅體系研究. 材料保護(hù), 2006(39):20-24.