港泉SMT 發表於 2020-11-23 13:02:22
化學銅被廣泛應用於有通孔的印製線路板的生產加工中，其主要目的在於通過一系列化學處理方法在非導電基材上沉積一層銅，繼而通過後續的電鍍方法加厚使之達到設計的特定厚度，一般情況下是1mil(25.4um)或者更厚一些，有時甚至直接通過化學方法來沉積到整個線路銅厚度的。化學銅工藝是通過一系列必需的步驟而最終完成化學銅的沉積，這其中每一個步驟對整個工藝流程來講都是很重要。
線路板加工廠家介紹本章節的目的並不是詳述線路線路板的製作過程，而是特別強調指出線路板生產製作中有關化學銅沉積方面的一些要點。至於對那些想要了解線路板生產加工的讀者，建議參閱其它文章包括本章後的所列舉一部分的參考書目。
鍍通孔（金屬化孔）的概念至少包涵以下兩種含義之一或二者兼有：
1．形成元件導體線路的一部分；
2．形成層間互連線路或印製線路；
一般的一塊線路板是在一片非導體的複合基材（環氧樹脂-玻璃纖維布基材，酚醛紙基板，聚酯玻纖板等）上通過蝕刻（在覆銅箔的基材上）或化學鍍電鍍（在覆銅箔基材或物銅箔基材上）的方法生產加工而成的。
PI聚亞醯胺樹脂基材：用於柔性板（FPC）製作，適合於高溫要求；
酚醛紙基板：可以衝壓加工，NEMA級，常見如：FR-2,XXX-PC;
環氧紙基板：較酚醛紙板機械性能更好，NEMA級,常見如：CEM-1,FR-3;
環氧樹脂玻纖板：內以玻璃纖維布作增強材料，具有極佳的機械性能，NEMA級，常見如：FR-4,FR-5,G-10,G-11;
無紡玻纖聚酯基板：適合於某些特殊用途，NEMA級，常見如：FR-6;
化學銅/沉銅
非導電基材上的孔在完成金屬化後可以達到層間互連或裝配中更好的焊錫性或二者兼而有之。非導電基材的內部可能會有內層線路—在非導電基材層壓（壓合）前已經蝕刻出線路，這種過程加工的板子又稱多層板（MLB）。在多層板中，金屬化孔不僅起著連接兩個外層線路的作用，同時也起著內層間互聯的作用，加入設計成穿過非導電基材的孔的話（當時尚無埋盲孔的概念）。
現在生擦和許多線路板在製程特點上都採用層壓基板下料，也就是說，非導體基材的外面是壓合上去一定厚度電解法製作的銅箔。銅箔的厚度是用每平方英尺的銅箔重量（盎司）來表示的，這種表示方法轉化為厚度即為表13.1所示:這些方法一般使用膠細的研磨劑如玻璃珠或氧化鋁研磨材料.在溼漿法過程中是採用噴嘴噴漿處理孔.一些化學原料無論在回蝕和/或除膠渣工藝中用來溶解聚合物樹脂.通常的(如環氧樹脂系統),濃硫酸,鉻酸的水溶液等都曾經被使用過.無論哪種方法,都需要很好的後處理,否則可能造成後續溼流程穿孔化學銅沉積不上等諸多問題的產生.
鉻酸法:
孔內六價鉻的存在會造成孔內化學銅覆蓋性的很多問題.它會通過氧化機理破壞錫鈀膠體,並阻礙化學銅的還原反應.孔破是這種阻礙所造成的常見結果.這種情況可以通過二次活化解決,但是返工或二次活化成本太高,特別在自動線,二次活化工藝也不是很成熟.
鉻酸槽處理後經常會有中和步驟處理,一般採用亞硫酸氫鈉將六價鉻還原成3價鉻.中和劑亞硫酸氫鈉溶液的溫度一般在100F左右，中和後的水洗溫度一般在120—150F，可以有清洗乾淨亞硫酸鹽，避免帶入流程中的其他槽液，幹擾活化。
濃硫酸法:
槽液處理後要有一個非常好的水洗,最好是熱水,儘量避免水洗時有強鹼性溶液.可能會形成一些環氧樹脂磺酸鹽的鈉鹽殘留物產生,這種化合物很難從孔內清洗除去.它的存在會形成孔內汙染,可能會造成很多電鍍困難.
其它系統：
也有一些其它的化學方法應用於除膠渣/去鑽汙和回蝕工藝。在這些系統中，包括應用有機溶劑的混合物（膨鬆/溶脹樹脂）和高錳酸鉀處理，以前也用於濃硫酸處理的後處理中，現在甚至直接取代濃硫酸法/鉻酸法。
此外還有等離子體法，還處於試驗應用階段，很難用於大規模的生產，且設備投資較大。
無電化學銅工藝
前處理步驟的主要目的：
1．保證化學沉銅沉積層的連續完整性；
2．保證化學銅與基材銅箔之間的結合力；
3．保證化學銅與內層銅箔之間的結合力
4．保證化學沉銅層與非導電基材之間的結合力以上是對化學銅/無電銅前處理作用的簡要說明。
下面簡述無電化學銅典型的前處理步驟：
一．除油
除油的目的： 1．除去銅箔和孔內的油汙和油脂； 2.除去銅箔和孔內汙物； 3．有助於從銅箔表面除去汙染和後續熱處理； 4．對鑽孔產生聚合樹脂鑽汙進行簡單處理； 5.除去不良鑽孔產生吸附在孔內的毛刺銅粉； 6．除油調整 在一些前處理線中，這是處理複合基材（包括銅箔和非導電基材）的第一步，除油劑一般情況下是鹼性，也有部分中性和酸性原料在使用。主要是在一些非典型的除油過程中；除油是前處理線中的一個關鍵的槽液。被汙物沾染地方會因為活化劑吸附不足即而造成化學銅覆蓋性的問題（亦即微空洞和無銅區的產生）。微空洞會被後續電鍍銅覆蓋或橋接，但是此處電銅層與基地的非導電基材之間沒有任何結合力而言，最終結果可能會造成孔壁脫離和吹孔的產生。 沉積在化學銅層上的電鍍層產生的內部鍍層應力和基材內被鍍層包裹的水分或氣體因後續受熱（烘板，噴錫，焊接等）所產生的蒸汽膨脹漲力趨向於將鍍層從孔壁的非導電基材上拉離，可能會造成孔壁脫離；同樣孔內的毛刺披鋒產生的銅粉吸附在孔內在除油過程中若是不被除去，也會被電鍍銅層包覆，同樣該處銅層與非導電基材之間沒有任何結合力而言，這種情況最終也可能會造成孔壁脫離的結果。
以上兩種結果無論發生與否，但有一點無可否認，該處的結合力明顯變差而且該處熱應力明顯升高，可能會破壞電鍍層的連續性，特別是在焊接或波焊過程中，結果造成吹孔的產生。吹孔現象實際上是從結合力脆弱的鍍層下的非導電基材出產生的蒸氣因受熱膨脹而噴出造成的！ 假若我們的無電銅沉積在基材銅箔的汙物上或多層板內層銅箔圓環上的汙染物上，這樣無電銅和基底銅之間的結合力也會比清洗良好的銅箔之間的結合力差很多，結合不良的結果可能會產生：假若油汙是點狀的話，可能造成起泡現象的發生，；假若汙物面積較大時，甚至可能造成無電銅產生脫離現象；
除油過程中的重要因素：
1．如何選擇合適的除油劑-清洗/除油劑的類型
2．除油劑的工作溫度
3．除油劑的濃度
4．除油劑的浸漬時間
5．除油槽內的機械攪拌；
6．除油劑清洗效果下降的清洗點；
7．除油後的水洗效果；
在上述清洗操作中，溫度是一個值得關注的關鍵的因素，許多除油劑都有一個最低的溫度下限，在此溫度以下清洗除油效果急劇下降！
水洗的影響因素：
1．水洗溫度應該在60F以上；
2．空氣攪拌；
3．最好有噴淋；
4．整個水洗有足夠的新鮮水及時更換。
除油槽後的水洗在某種意義上與除油本身一樣重要，板面和孔壁殘留的除油劑本身也會成為線路板上的汙染物，繼而汙染後續其他的主要處理溶液如微蝕和活化。一般在該處最典型的水洗如下：
a.水溫在60F以上，
b.空氣攪拌；
c.在槽內裝備噴嘴時板件在水洗時有新鮮水衝洗板面；
條件c不經常使用，但是ab兩項是必需的； 清洗水的水流量取決於如下因素：1．廢液帶出量（ml/掛）;2．水洗槽內工作板負載量 ;3．水洗槽的個數（逆流漂洗）
二．電荷調整或整孔：
典型的除油後採用電荷調整工藝，一般在一些特殊板材和多層板生產中，因為樹脂本身的電荷因素，在經過除膠渣凹蝕的過程後，需要在電荷方面作調整處理；調整的重要作用就是對非導電的基材進行「超級浸潤」，換句話來說，就是將原先帶微弱負電荷的樹脂表面經過調整液處理後變性為帶微弱正電荷活性表面。在一些情況下提供一個均勻連續正電荷極性表面，這樣可以保證後續活化劑可以被有效充分的吸附在孔壁上。 有時候調整的藥品會被加到除油劑中，於是也會稱為除油調整液，儘管單獨的除油液和調整液會比合二為一的除油調整液效果更佳，但是行業的趨勢已將二者合二為一，調整劑其實就是一些表面活性劑而已。調整後的水洗極為重要，水洗不充分，會使表面活性劑殘留在板銅面上，汙染後續微蝕，活化液，以致可能影響最終銅銅之間的結合力，結果降低化學銅和基材銅之間的結合力。此處應該注意清洗水的溫度和有效清洗的水流量。調整劑的濃度應該要特別注意，應該避免太高濃度的調整劑的使用，適量的調整劑反而會起到更明顯的作用。 三.微蝕 無電銅沉積的前處理的下一步就是微蝕或微蝕刻或微粗化或粗化步驟，本步驟的目的是為後續的無電銅沉積提供一個微粗糙的活性銅面結構。如果沒有微蝕步驟，化學銅和基材銅之間的結合力會大大降低； 粗化後的表面可以起到一下作用：
1．銅箔的表面積大大增加，表面能也大大增加，為化學銅和基材銅之間提供根多的接觸面積；
2．假若一些表面活性劑在水洗時沒有被清洗掉，微蝕劑可以通過蝕去其底部基材銅面上的銅基而清除掉基材表面的表面活性劑，但是完全依靠微蝕劑取出表面活性劑是不太現實的和有效的，因為表面活性劑殘留的銅面面積較大時，允許微蝕劑作用的機會很小，經常會微蝕不到大片表面活性劑殘留處的銅面；
編輯：hfy
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