刘彬云;肖亮;何雄斌
【摘 要】The conductive polymer film was applied to direct electroplating process for metallization of microvias in fabrication of printed circuit board (PCB). The main process flow including smear removal, conductive organic film formation, and copper electroplating was introduced. The common problems occurred during experiments and production were summarized and some countermeasures were given.%将导电聚合物膜应用于印制电路板(PCB)制造的微盲孔金属化直接电镀工艺中.介绍了主要工艺流程,包括除胶渣、有机导电膜工艺和电镀铜.总结了实验和生产过程中的常见问题,并给出了相应的解决对策. 【期刊名称】《电镀与涂饰》
【年(卷),期】2018(037)008超薄继电器
【总页数】6页(P350-355)
【关键词】印制电路板;微盲孔;金属化;直接电镀铜;导电聚合物膜;除胶渣
【作 者】刘彬云;肖亮;何雄斌
【作者单位】广东东硕科技有限公司,广东 广州 510288;广东东硕科技有限公司,广东 广州 510288;广东东硕科技有限公司,广东 广州 510288
聚氨酯防滑链【正文语种】中 文
【中图分类】TQ153.14;TG178
在印制电路板(PCB)制造工艺中，层间电路导通是靠通孔或盲孔金属化来完成的。传统工艺一般都采用以甲醛为还原剂的化学镀铜层为底层。但甲醛毒性大，是一种致癌物质，并且含有铜离子、镍离子、钯离子和配位剂的化学镀铜废液难以处理。因此人们对非甲醛体系化学镀铜进行了大量研究，其中以次磷酸盐和乙醛酸代替甲醛的研究最多[1]，但出于成本等多方面的考虑，这些工艺并没有被大量应用于实际生产中。
直接电镀利用了导电材料(如碳、钯、导电聚合物等)替代传统化学镀铜来实现孔导通化，目前已有部分被应用于PCB的孔导通化制程中。利用具有共轭结构的导电聚合物(如聚乙炔)来实现直接电镀的最大优点是环保，流程短，能耗低，废水处理简单。但由于导电聚合
物的导电性弱，盲孔内玻璃纤维处沉积的导电聚合物尤其少，因此电镀后常存在孔内无铜、单点铜薄、“螃蟹脚”(即孔底角断铜)等问题，常常需要通过化学掺杂来提高其导电性[2]。早期A.J.Heeger等就通过掺杂卤素来提高聚乙炔的导电性[3]。1990年，Bayer公司以二氧化锰作为氧化剂聚合得到聚噻吩[4]，并于1995成功申请了聚噻吩用于双面、多层印制电路板通孔电镀的专利[5]。国内在导电聚合物方面的研究起步较晚，可用于印制电路板孔导通化的导电聚合物的研究就更晚。2006年，江苏工学院的陈智栋等以吡咯、苯胺为单体，硫酸等无机酸为掺杂剂，过硫酸盐或高锰酸盐为氧化剂，聚乙烯吡咯烷酮为表面活性剂，得到含导电聚合物的水溶性胶体溶液，将PCB绝缘基板浸渍于该溶液后，即可实现直接电镀铜[6]。
本文以某PCB产品为例，介绍了导电聚合物膜应用于直接电镀铜的主要工艺流程，就实验和生产过程中出现的问题进行汇总，并给出了相应的对策，希望能给同行提供参考。
1 微盲孔直接电镀铜的工艺流程
研究试样的微盲孔孔径为(110 ± 10) μm，孔深为(90 ± 5) μm，由激光打孔形成，其中的PCB层间绝缘介质层由树脂和玻璃纤维组成，在激光烧蚀过程中会形成胶渣，因此在有机
导电膜工艺前要除胶渣。整个工艺流程包括除胶渣、有机导电膜工艺和电镀铜，除胶渣和导电膜工艺位于同一条水平设备上，统称为“选择性有机导电工艺”(selective organic conducting，SOC)。完成SOC工艺的微盲孔内沉积了一层有机导电膜，其导电性比金属铜差很多，需要电镀一层4 ～ 6 μm的薄铜为后续微盲孔填镀提供良好的导电层。本文主要探讨除胶渣、导电膜及电镀铜这3个关键步骤。
统一认证管理系统1.1 除胶渣
除胶渣的目的是除去钻孔时因摩擦引起高温所产生的胶渣，避免后续电镀铜与内层铜之间存在互连不良问题(interconnect defect，ICD)。另外，除胶渣也会对孔壁绝缘介质咬蚀形成蜂窝状结构，从而提高孔壁与电镀铜层之间的结合力。要求除胶量为 0.1 ～ 0.5 mg/dm2(采用称重法测得)。具体流程为：膨胀(2721 膨胀剂 230 mL/L，NaOH 5 g/L，89 °C，90 s)→除胶(2723除胶剂 130 mL/L，NaOH 50 g/L，89 °C，3 min)→中和(浓硫酸50 mL/L，2724中和剂30 mL/L，30%过氧化氢15 mL/L，常温，45 s)。如无特别说明，本文所用助剂和添加剂均来自东硕公司。
1.2 导电膜工艺
导电膜工艺是在绝缘介质上制备导电膜，要求导电膜的方阻低于5 kΩ。主要步骤为：调整(碳酸钠5 g/L，2301A调整剂100 mL/L，2301B调整剂20 mL/L，55 °C，60 s)→引发(2302引发剂150 mL/L，硼酸10 g/L，88 °C，90 s)→聚合(2303A聚合剂20 mL/L，2303B聚合剂20 mL/L，2303C聚合剂20 mL/L，18 °C，120 s)。
1.3 电镀铜
床铰电镀铜包括除油(除油剂6169NF 50 mL/L，50 °C，60 s)、微蚀(过硫酸钠90 g/L，98%硫酸20 mL/L，30 °C，45 s)和电镀(CuSO4·5H2O 150 g/L，VCP20A整平剂 3 mL/L，98%硫酸150 g/L，VCP20B光亮剂3 mL/L，Cl− 60 mg/L，VCP20C湿润剂16 mL/L，温度22 °C，电流密度2.0 A/dm2，时间20 min)。要求电镀铜层厚度为4 ～ 6 μm，且切片观察不能有单点铜薄或断铜(俗称孔破)。
2 常见问题与对策
2.1 前处理问题
2.1.1 钻孔过度
现象描述：如图1所示，钻孔孔形差，悬铜或凹蚀量过大，胶渣未除尽，电镀后铜厚不均匀，孔底镀铜层与基铜浮离。
图1 孔内悬铜与凹蚀Figure 1 Overhanging copper and etching back in holes
解决对策：调整钻孔时激光的能量，在打穿面铜后，低能量地分多打介质层，使钻孔呈倒梯形，孔壁圆滑，胶渣少。
2.1.2 未经除胶渣处理
现象描述：如图2所示，钻孔孔壁粗，但局部光滑，孔口有胶渣将电镀层与基铜分开，胶渣附着在孔底基铜上，底部电镀铜层偏薄，孔底角有断铜现象。
图2 孔底胶渣与断铜Figure 2 Smear and corner crack at the bottom
解决对策：检查除胶渣工段的喷流是否打开，液位是否能有效浸没板件，前处理各槽液温度是否在工艺范围内，生产过程中是否有多片板叠在一起而影响药水在孔内的交换。 2.1.3 正常膨胀，但除胶不足
大型屋面板
现象描述：如图3所示，孔形比较光滑，孔底电镀铜层偏薄，与基铜间有轻微浮离，孔底角铜层薄甚至存在断铜(即“螃蟹脚”)。
图3 孔形光滑与螃蟹脚Figure 3 Smooth hole wall and crab pincers
解决对策：检查除胶段喷流是否打开，液位是否能有效浸没板件，除胶槽液温度是否在工艺范围内，必要时测试除胶量，看是否达标。
2.1.4 膨胀过度风湿油
现象描述：如图4所示，钻孔孔形较好，但孔壁粗糙，电镀铜层偏薄。
图4 孔粗与铜薄Figure 4 Rough hole wall and thin copper coating
解决对策：检查膨胀槽液温度是否过高，分析膨胀剂浓度是否超标，检查板材是否有异常(如玻璃化转变温度偏低或固化不足)。
2.1.5 除胶过度
现象描述：如图5所示，钻孔孔形较好，孔壁粗糙度过大且伴有玻纤布纹凸出，有“灯芯效应”出现，电镀铜层偏薄。
图5 灯芯效应与铜薄Figure 5 Wick effect and thin copper coating
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