简述印制板的孔金属化技术

孔金属化技术是印制板重要的基本制造技术之一,它是印制板各层导电图形之间按规定进行的金属互连,以实现双面板和多层板的各层间导电图形的电气互连的一种工艺技术。印制板基板在钻孔后各层导电图形之间是绝缘的,用化学电镀方法使绝缘的孔壁镀上一层导电金属,然后再用电镀铜的方法加厚沉积的导电铜层,使之达到所要求的厚度(一般达到 25um)以满足电气连接的需要。通常孔金属化技术需要由化学陵钢或黑孔化(直接电镀)两种工艺过程来实现。目前最成熟、采用最多的是化学镀铜进行孔金属化的工艺,而直接电镀一是为了克服化学沉铜技术中的复杂工序和使用甲醛的污染而发展起来的孔金属化技术。本篇文章主要简述化学沉铜的孔金属化技术:

1、简述化学沉铜技术

化学沉铜,是指铜离子自溶液中被还原剂还原为金属铜形成金属镀层的过程。化学镀铜是种自身催化型氧化 还原反应,它不依赖被镀物体是否是金属,完全利用还原剂在催化剂的作用下引发化学反应使金属从溶液中沉积出来,然后又利用这种新生态活性金属原子为催化核心,继续催化其后续的金属还原反应,直至沉积达到需要的金属层厚度。

要获得良好的沉铜层,就必须了解化学镀铜的工艺特性,才能进行有效的控制。化学镀铜不受基材性质的限制,金属、非金属表面均可使用:不受被镀物体表面形状的限制,无论是凹槽、空腔、深孔、盲孔等,凡能与溶液接触的部位均可获得均匀的镀层,不需外加电流,设备装置比较简单,因而应用范围广泛。印制板加工中的孔金属化技术正是利用化学镀铜工艺的这些特性,在基材的表面和孔壁上沉积能够导电的铜层。

2、化学沉铜工艺要点

化学镀铜层与孔壁非金属基体的结合是物理结合,一且受到热冲击或温度的变化, 由于镀层与非金属基体的热膨胀系数相差较大,产生热应力导致镀层出现分离现象。因此,必须严格地控制过程中每个步骤,提高结合力才能获得可靠的导电铜层。为此,必须严格地做好以下工艺过程才能保证沉铜层与基体的结合力。

(1)镀前处理

对于非金属材料表而化学镀来讲,镀前的处理包含有两个方面: 一是表面清洁,作用就是除去基板孔壁表面的油污等有机或无机污物,使镀液与非导体表面可靠地接触;其二 是表面的改性处理,其作用为了改善化学镀液对基体材料的润湿能力,镀层与非导体表面牢固、致密地结合。正确地选择配方和严格的操作维护是镀前处理质量控制的两项基本控制要点。

(2)严格的工艺条件控制

根据自身催化氧化还原型化学镀工艺特性,必须严格地控制操作工艺条件,保持化学平衡,关键是保持镀液的稳定性问题,如果镀液稳定性差,沉铜质量难以保证也不利于连续生产:如果镀液过于稳定,沉积速率太慢,甚至出现镀层覆盖不完整的“空洞”:镀液过于接近反应点,镀件浸入后化学反应过分剧烈,沉积层结构疏松,镀层性能低劣,无法满足印制板孔金属化的技术要求,严重时会导致镀液无谓的消耗和自发分解失效。因此严格控制工艺条件是保证化学镀铜层质量的关键之一。

(3)良好的沉铜装置

化学镀铜的装置和使用方法对于沉铜质量具有不可忽视的作用。首先化学镀溶液的槽体、挂具及加热器、冷却系统、循环过滤系统等,凡与镀液接触的部分都应采用惰性非金属材料制造,以避免引发化学反应在这些部位进行,导致镀液无谓的消耗和自发分解失效。设备应有良好的温度控制系统,高级的设备还有自动补加和pH值控制系统以保持化学反应能以最佳状态进行。

(4)严格的工艺维护和管理

使用化学镀溶液,首先必须保持镀液的自身的清洁和稳定性,及时调整和补充沉铜液中的化学成分,防止外来杂质的干扰和自身催化还原产物的影响。每次使用后,应及时将溶液温度降至室温或化学反应温度以下,降低pH值以减缓或停止化学反应,并进行过滤处理。

(5)严格的后处理

化学沉铜工艺的后处理是指沉铜后对镀层的处理。通常化学沉铜采用的是“沉薄铜”工艺,沉积出来的镀层非常薄,还很容易氧化,因此,沉铜后应立即对镀层进行电镀加厚处理,或进行抗氧化的浸渍处理,以避免镀层被氧化和微蚀掉。

(6)严防杂质污染

在化学镀铜过程中严禁将杂质带入镀液和处理液内,以防孔内被异物堵塞,直接影响化学镀铜的效果。防止基板处理过程中将上一工序的处理液带入下一工序镀液内或其他处理液内;每步处理后应将基板清洗干净并尽量避免清洗水带入处理液中。

(7)及时调整化学镀液和各种处理液

严格控制镀液与各种处理液的成分,及时进行分析、调整、补充及处理,以确保各种溶液的组成成分在正常范围内,这是提高镀层质量和防止“黑孔”(孔内无铜)产生的基础。

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