多层板孔金属化工艺探讨.doc

多層板孔金屬化工藝探討 摘 要：本文主要論述了多層板的去鑽汙和沈銅工藝，剖析了各工步的原理及作用。 關鍵字：多層板 去鑽汙 化學沈銅一、前言衆所周知，孔金屬化是多層板生産過程中最關鍵的環節，她關係到多層板內在質量的好壞。孔金屬化過程又分爲去鑽汙和化學沈銅兩個過程。化學沈銅是對內外層電路互連的過程；去鑽汙的作用是去除高速鑽孔過程中因高溫而産生的環氧樹脂鑽汙（特別在銅環上的鑽汙），保證化學沈銅後電路連接的高度可靠性。二、孔金屬化多層板工藝分凹蝕工藝和非凹蝕工藝。凹蝕工藝同時要去除環氧樹脂和玻璃纖維，形成可靠的三維結合；非凹蝕工藝僅僅去除鑽孔過程中脫落和汽化的環氧鑽汙，得到乾淨的孔壁，形成二維結合，單從理論上講，三維結合要比二維結合可靠性高，但通過提高化學沈銅層的緻密性和延展性，完全可以達到相應的技術要求。非凹蝕工藝簡單、可靠，並已十分成熟，因此在大多數廠家得到廣泛應用。高錳酸鉀去鑽汙是典型的非凹蝕工藝。2.1工藝流程環氧溶脹二級逆流漂洗高錳酸鉀去鑽汙二級逆流漂洗中和還原二級逆流漂洗調整二級逆流漂洗粗化二級逆流漂洗預浸離子鈀活化二級逆流漂洗還原水洗化學沈銅二級逆流漂洗預浸酸預鍍銅2.2工藝原理及控制2.2.1溶脹目的：溶脹環氧樹脂，使其軟化，爲高錳酸鉀去鑽汙作準備。配方：NaOH20g/l已二醇乙醚30/l已二醇2g/l水其餘溫度60-80時間5min環氧樹脂是高聚形化合物，具有優良的耐蝕性。其腐蝕形式主要有溶解、溶脹和化學裂解（如：濃硫酸對環氧樹脂主要是溶解作用，其凹蝕作用是十分明顯的）。根據“相似相溶”的經驗規律，醚類有機物一般極性較弱，且有與環氧樹脂有相似的分子結構（R-O-R），所以對環氧樹脂有一定的溶解性。因爲醚能與水發生氫鍵締合，所以在水中有一定的溶解性。因此，常用水溶性的醚類有機物作爲去鑽汙的溶脹劑。溶脹液中的氫氧化鈉含量不能太高，否則，會破壞氫鍵締合，使有機鏈相分離。在生産中，常用此中方法來分析溶脹劑的含量。 2.2.2 去鑽汙目的：利用高錳酸鉀的強氧化性，使溶脹軟化的環氧樹脂鑽汙氧化裂解。配方：NaOH35g/lKMnO4 55g/lNaCIO 0.5g/l溫度75時間10min高錳酸鉀是一種強氧化劑，在強酸性溶液中，與還原劑作用，被還原爲Mn2+；在中性和弱鹼性環境中，被還原爲MnO2；在NaOH濃度大於2moL/L，被還原爲MnO42-。高錳酸鉀在強酸性的環境中具有更強的氧化性，但在在鹼性條件下氧化有機物的反應速度比在酸性條件下更快。 在高溫鹼性條件下，高錳酸鉀使環氧樹脂碳鏈氧化裂解：4MnO4-+C環氧樹脂+40H- = 4MnO42-+CO2(g)+2H2O 同時，高錳酸鉀發生以下副反應：4MnO4- +40H- = 4MnO42- + O2(g) + 2H2O MnO42-在鹼性介質中也發生以下副反應：MnO42- + 2H2O + 2e- = MnO2(s) + 40H-NACIO作爲高錳酸鉀的再生劑，主要是利用其強氧化性使MnO42-氧化爲MnO4-。2.2.3 還原目的：去除高錳酸鉀去鑽汙殘留的高錳酸鉀、錳酸鉀和二氧化錳配方：H2SO4100mL/lNaC2O4 30g/l溫度 40錳離子是重金屬離子，它的存在會引起“鈀中毒”，使鈀離子或原子失去活化活性，從而導致孔金屬化的失敗。因此，化學沈銅前必須去除錳的存在。在酸性介質中： 3MnO42-+4H+ = 2MnO4-+MnO2(s)+2H2O 2MnO4-+5C2O42-+16H+ = 2Mn2+10CO2(g)+8H2O5C2O42-+MnO2+4H+ = Mn2+2CO2+2H2O 由以上反應可知，通過還原步驟，可完全去除高錳酸鉀去鑽汙殘留的高錳酸鉀、錳酸鉀和二氧化錳。有關資料中，也有用肼類化合物及其他一些強還原性物質進行還原處理的，這主要是從塑膠電鍍中處理殘留的 沿用過來的，也具有一定的效果，但對二氧化錳的作用，有待探討，這就需要儘量避免二氧化錳的生成。2.2.4 調整目的：調整孔壁電荷配方：陰離子型表面活性劑 0.5g/l爲使環氧樹脂表面在後序處理中吸附到均勻的鈀離子，必須把印製板津入到含有陰離子表面活性劑中，使其表面吸附到一層均勻負性的有機薄膜。2.2.5 粗化目的：除去銅表面的有機薄膜；微觀粗化銅表面。配方：H2SO4100mL/lH2O2 80ML/lNH2CH2NH210g/l調整處理時，在環氧樹脂吸附有機表面活性劑的同時，銅表面也形成了一層有機薄膜。如果不加以處理，這層薄膜將使銅表面在活化溶液中吸附大量的鈀離子，造成鈀離子的大量浪費，同時，由於薄膜的存在，將降低基體銅層與化學鍍銅層的結合力。經粗化處理後，基體銅層形成微觀粗糙表面，增加結合力。2.2.6 預浸目的：預防帶入雜質；潤濕環氧樹脂孔壁。配方：H2SO41mL/l；有機堿絡合劑 20mL/l由於活化液的使用周期較長，且活性受雜質影響明顯，所以在活化前必須進行預浸處理，防止雜質積累，影響其活性。在預浸液中，絡合劑和活化液中的絡合劑相同，但由於預浸液呈酸性，絡合劑以鹽的形式存在，其並沒有絡合能力，僅是浸潤孔壁，爲絡合鈀離子作準備。2.2.7活化目的：爲形成化學沈銅所需的活化中心做準備。配方：PbCL20.3g/l絡合劑X5g/lNaOH 5g/lHBO3 5g/l去離子水 餘量在活化溶液中，絡合劑的選擇和PH的控制十分重要。首先，銅比鈀有更強的金屬活性，PbCl2的標準氧化還原電位是-0.268V(PbCl2+2e-=Pb+2Cl-),Cu2+的標準氧化還原電位是0.337V(Cu2+2e-=Cu)，銅和鈀離子是很容易發生置換反應的：Cu+PbCl2=CuCl2+Pb因此，作爲離子型活化液，要防止PCB上的銅箔和鈀離子發生反應，必須加入能與鈀離子形成穩定絡合物的絡合劑。根據軟硬酸堿理論（硬親硬，軟親軟），屬於交界酸的PB2+與交界堿能形成穩定的絡合物，可提高鈀的氧化還原電位，避免發生置換反應。另外，值對鈀離子的活性影響很大，當PH10時，絡合劑X以離子形式存在，不與鈀離子發生絡合反應，溶液中易産生Pb(OH)2沈澱，溶液活性降低；當PH值過高時水洗時，PH值不能迅速有效降低，影響Pb2+在孔壁上的沈積。爲使活化液能穩定在PH10.5左右，可選用 NaOh+HbO3的PH緩衝液。2.2.8 還原目的：使PB2轉化爲Pb配方：CH3BH40.5g/lHBO35g/lPB2必須轉化爲單質才具有催化活性，引發沈銅反應的産生。CH3BH4易分解（CH3BH4HBO3），加入適量的硼酸能有效阻止分解反應的發生。2.2.9 化學沈銅目的：使各層間電路互連，實現其電器性能。配方：絡合劑適量Cu2+3g/lNaOH10g/lHCHO6g/l穩定劑少量通常，絡合劑採用EDTA或EDTP或雙絡合劑（兩者混用）。化學沈銅論述文章衆多，在此不再贅述。三、結束語目前，多層板生産工藝已十分成熟。在多層板生産工藝發展的過程中，專業性的化學藥水供應商起到了十分重要的作用。他們利用其自身過硬的專業知識完善了各種工藝配方，爲印製板生産企業提供了強大的技術保障。印製板生産企業（特別規模生産企業）爲保證質量的穩定性，基本上都採用由化學藥水供應商提供的濃縮藥液，自己僅在生産中進行工藝性維護。這種生産與開發分離的模式在一定程度方便了印製板生産企業，但由於化學藥水供應商對其配方的嚴格保密，相應引起了在解決印製板生産過程中問題的死板性，僅僅依據藥水供應商提供的套路去