一、寫在最前面
大家都知道,孔金屬化是多層板生產(chǎn)過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié),他直接關(guān)系到多層板內(nèi)在質(zhì)量的好壞??捉饘倩恼麄€過程又可以分為去鉆污和化學(xué)沉銅兩個步驟?;瘜W(xué)沉銅是對內(nèi)外層電路互連的過程;去鉆污可以起到是去除高速鉆孔過程中因高溫而產(chǎn)生的環(huán)氧樹脂鉆污的作用,保證化學(xué)沉銅后電路連接的可靠性。
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(huán)氧樹脂和玻璃纖維,形成可靠的三維結(jié)合;非凹蝕工藝僅僅去除鉆孔過程中脫落和汽化的環(huán)氧鉆污,得到干凈的孔壁,形成二維結(jié)合,單從理論上講,三維結(jié)合要比二維結(jié)合可靠性高,但通過提高化學(xué)沉銅層的致密性和延展性,完全可以達到相應(yīng)的技術(shù)要求。非凹蝕工藝簡單、可靠,并已十分成熟,因此在大多數(shù)廠家得到廣泛應(yīng)用。高錳酸鉀去鉆污是典型的非凹蝕工藝。
工藝流程:
環(huán)氧溶脹→二級逆流漂洗→高錳酸鉀去鉆污→二級逆流漂洗→中和還原→二級逆流漂洗→調(diào)整→二級逆流漂洗→粗化→二級逆流漂洗→預(yù)浸→離子鈀活化→二級逆流漂洗→還原→水洗→化學(xué)沉銅→二級逆流漂洗→預(yù)浸酸→預(yù)鍍銅
工藝原理及控制
溶脹:
目的:溶脹環(huán)氧樹脂,使其軟化,為高錳酸鉀去鉆污作準備。
配方:NaOH 20g/l、已二醇乙醚 30g/l、已二醇 2g/、水 其余、溫度 60-80℃、時間 5min
環(huán)氧樹脂是高聚形化合物,具有優(yōu)良的耐蝕性。其腐蝕形式主要有溶解、溶脹和化學(xué)裂解(如:濃硫酸對環(huán)氧樹脂主要是溶解作用,其凹蝕作用是十分明顯的)。根據(jù)“相似相溶”的經(jīng)驗規(guī)律,醚類有機物一般極性較弱,且有與環(huán)氧樹脂有相似的分子結(jié)構(gòu)(R-O-R'),所以對環(huán)氧樹脂有一定的溶解性。因為醚能與水發(fā)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為去鉆污的溶脹劑。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。在生產(chǎn)中,常用此中方法來分析溶脹劑的含量。
去鉆污
目的:利用高錳酸鉀的強氧化性,使溶脹軟化的環(huán)氧樹脂鉆污氧化裂解。
配方:NaOH 35g/l、KMnO4 55g/l、NaCIO 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,被還原為Mn2+;在中性和弱堿性環(huán)境中,被還原為MnO2;在NaOH濃度大于2moL/L,被還原為MnO42-。高錳酸鉀在強酸性的環(huán)境中具有更強的氧化性,但在在堿性條件下氧化有機物的反應(yīng)速度比在酸性條件下更快。在高溫堿性條件下,高錳酸鉀使環(huán)氧樹脂碳鏈氧化裂解:
4MnO4-+C環(huán)氧樹脂+40H- = 4MnO42-+CO2(g)+2H2O
同時,高錳酸鉀發(fā)生以下副反應(yīng):
4MnO4- +40H- = 4MnO42- + O2(g) + 2H2O
MnO42-在堿性介質(zhì)中也發(fā)生以下副反應(yīng):
MnO42- + 2H2O + 2e- = MnO2(s) + 40H-
NACIO作為高錳酸鉀的再生劑,主要是利用其強氧化性使MnO42-氧化為MnO4-。
還原:
目的:去除高錳酸鉀去鉆污殘留的高錳酸鉀、錳酸鉀和二氧化錳
配方:H2SO4 100mL/l、NaC2O4 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(dǎo)致孔金屬化的失敗。因此,化學(xué)沉銅前必須去除錳的存在。
在酸性介質(zhì)中:
3MnO42-+4H+ = 2MnO4-+MnO2(s)+2H2O
2MnO4-+5C2O42-+16H+ = 2Mn2++10CO2(g)+8H2O5
C2O42-+MnO2+4H+ = Mn2++2CO2+2H2O
由以上反應(yīng)可知,通過還原步驟,可完全去除高錳酸鉀去鉆污殘留的高錳酸鉀、錳酸鉀和二氧化錳。有關(guān)資料中,也有用肼類化合物及其他一些強還原性物質(zhì)進行還原處理的,這主要是從塑料電鍍中處理殘留的 Cr6+ 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,這就需要盡量避免二氧化錳的生成。
調(diào)整:
目的:調(diào)整孔壁電荷
配方:陰離子型表面活性劑 0.5g/l
為使環(huán)氧樹脂表面在后序處理中吸附到均勻的鈀離子,必須把印制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。
粗化:
目的:除去銅表面的有機薄膜;微觀粗化銅表面。
配方:H2SO4 100mL/l、H2O2 80ML/l、NH2CH2NH2 10g/l
調(diào)整處理時,在環(huán)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,由于薄膜的存在,將降低基體銅層與化學(xué)鍍銅層的結(jié)合力。經(jīng)粗化處理后,基體銅層形成微觀粗糙表面,增加結(jié)合力。
預(yù)浸:
目的:預(yù)防帶入雜質(zhì);潤濕環(huán)氧樹脂孔壁。
配方:H2SO4 1mL/l;有機堿絡(luò)合劑 20mL/l
由于活化液的使用周期較長,且活性受雜質(zhì)影響明顯,所以在活化前必須進行預(yù)浸處理,防止雜質(zhì)積累,影響其活性。在預(yù)浸液中,絡(luò)合劑和活化液中的絡(luò)合劑相同,但由于預(yù)浸液呈酸性,絡(luò)合劑以鹽的形式存在,其并沒有絡(luò)合能力,僅是浸潤孔壁,為絡(luò)合鈀離子作準備。
活化:
目的:為形成化學(xué)沉銅所需的活化中心做準備。
配方:PbCL2 0.3g/l、絡(luò)合劑X 5g/l、NaOH 5g/l、HBO3 5g/l、去離子水 余量
在活化溶液中,絡(luò)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(fā)生置換反應(yīng)的:Cu+PbCl2=CuCl2+Pb
因此,作為離子型活化液,要防止PCB上的銅箔和鈀離子發(fā)生反應(yīng),必須加入能與鈀離子形成穩(wěn)定絡(luò)合物的絡(luò)合劑。根據(jù)軟硬酸堿理論(硬親硬,軟親軟),屬于交界酸的PB2+與交界堿X能形成穩(wěn)定的絡(luò)合物,可提高鈀的氧化還原電位,避免發(fā)生置換反應(yīng)。另外,PH值對鈀離子的活性影響很大,當(dāng)PH<10時,絡(luò)合劑X以離子形式存在,不與鈀離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng),溶液中易產(chǎn)生Pb(OH)2沉淀,溶液活性降低;當(dāng)PH值過高時水洗時,PH值不能迅速有效降低,影響Pb2+在孔壁上的沉積。為使活化液能穩(wěn)定在PH10.5左右,可選用NaOh+HbO3的PH緩沖液。
還原:
目的:使PB2轉(zhuǎn)化為Pb
配方:CH3BH4 0.5g/l、HBO3 5g/l
PB2必須轉(zhuǎn)化為Pb單質(zhì)才具有催化活性,引發(fā)沉銅反應(yīng)的產(chǎn)生。CH3BH4易分解(CH3BH4→HBO3),混入適當(dāng)?shù)呐鹚崮苓m當(dāng)?shù)淖柚狗纸夥磻?yīng)的發(fā)生。
化學(xué)沉銅:
目的:使各層間電路互連,實現(xiàn)其電器性能。
配方:絡(luò)合劑 適量、Cu2+ 3g/l、NaOH 10g/l、HCHO 6g/l、穩(wěn)定劑 少量
通常,絡(luò)合劑采用EDTA或EDTP或雙絡(luò)合劑(兩者混用)。
在多層板生產(chǎn)工藝已十分成熟的今天。在整個工藝的發(fā)展過程中,專業(yè)性的化學(xué)藥水供應(yīng)商是至關(guān)重要的,他們可以用自身的專業(yè)知識完善各種工藝配方,為印制板生產(chǎn)的企業(yè)提供強大的技術(shù)保障。印制板生產(chǎn)的企業(yè)為了保證質(zhì)量,基本上都會選擇用由化學(xué)藥水供應(yīng)商提供的濃縮藥液,這種生產(chǎn)與開發(fā)分離的模式在很大的程度上給印制板生產(chǎn)企業(yè)提供了方便,但是很多化學(xué)藥水提供商對其產(chǎn)品是保密的,這也相應(yīng)的引起了在解決印制板生產(chǎn)過程中思維不夠活躍,僅僅依據(jù)藥水提供商的思路去解決問題,當(dāng)然,我們不能否認該模式在解決一般性問題上的有效性,但是有些特殊的問題,這種模式就顯得力不從心,因為解決任何的問題都應(yīng)該找到根源,認識事物的本質(zhì),這樣才能在解決問題時顯得得心應(yīng)手。