專業(yè)pcb設(shè)計(jì)沉銅工藝流程是怎么樣的？

　　化學(xué)銅廣泛用于具有通孔的印刷電路板的生產(chǎn)和加工。其主要目的是通過(guò)一系列化學(xué)處理方法在非導(dǎo)電襯底上沉積銅層，然后通過(guò)后續(xù)電鍍方法將其增厚。實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的具體厚度，通常為1密耳（25.4微米）或更厚，有時(shí)甚至直接通過(guò)化學(xué)方法在整個(gè)生產(chǎn)線上沉積銅厚度。化學(xué)銅工藝通過(guò)一系列必要步驟完成化學(xué)銅的沉積，每個(gè)步驟對(duì)整個(gè)工藝流程都很重要。

　　專業(yè)pcb設(shè)計(jì)介紹本章節(jié)的目的并不是詳述線路線路板的制作過(guò)程，而是特別強(qiáng)調(diào)指出線路板生產(chǎn)制作中有關(guān)化學(xué)銅沉積方面的一些要點(diǎn)。至于對(duì)那些想要了解線路板生產(chǎn)加工的讀者，建議參閱其它文章包括本章后的所列舉一部分的參考書(shū)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(dǎo)體線路的一部分；

　　2．形成層間互連線路或印制線路；

　　一般的一塊線路板是在一片非導(dǎo)體的復(fù)合基材（環(huán)氧樹(shù)脂-玻璃纖維布基材，酚醛紙基板，聚酯玻纖板等）上通過(guò)蝕刻（在覆銅箔的基材上）或化學(xué)鍍電鍍（在覆銅箔基材或物銅箔基材上）的方法生產(chǎn)加工而成的。

　　PI聚亞酰胺樹(shù)脂基材：用于柔性板（FPC）制作，適合于高溫要求；

　　酚醛紙基板：可以沖壓加工，NEMA級(jí)，常見(jiàn)如：FR-2,XXX-PC;

　　環(huán)氧紙基板：較酚醛紙板機(jī)械性能更好，NEMA級(jí),常見(jiàn)如：CEM-1,FR-3;

　　環(huán)氧樹(shù)脂玻纖板：內(nèi)以玻璃纖維布作增強(qiáng)材料，具有極佳的機(jī)械性能，NEMA級(jí)，常見(jiàn)如：FR-4,FR-5,G-10,G-11;

　　無(wú)紡玻纖聚酯基板：適合于某些特殊用途，NEMA級(jí)，常見(jiàn)如：FR-6;

　　化學(xué)銅/沉銅

　　非導(dǎo)電基材上的孔在完成金屬化后可以達(dá)到層間互連或裝配中更好的焊錫性或二者兼而有之。非導(dǎo)電基材的內(nèi)部可能會(huì)有內(nèi)層線路---在非導(dǎo)電基材層壓（壓合）前已經(jīng)蝕刻出線路，這種過(guò)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(gè)外層線路的作用，同時(shí)也起著內(nèi)層間互聯(lián)的作用，加入設(shè)計(jì)成穿過(guò)非導(dǎo)電基材的孔的話（當(dāng)時(shí)尚無(wú)埋盲孔的概念）。

　　現(xiàn)在生擦和許多線路板在制程特點(diǎn)上都采用層壓基板下料，也就是說(shuō)，非導(dǎo)體基材的外面是壓合上去一定厚度電解法制作的銅箔。銅箔的厚度是用每平方英尺的銅箔重量（盎司）來(lái)表示的，這種表示方法轉(zhuǎn)化為厚度即為表13.1所示:這些方法一般使用膠細(xì)的研磨劑如玻璃珠或氧化鋁研磨材料.在濕漿法過(guò)程中是采用噴嘴噴漿處理孔.一些化學(xué)原料無(wú)論在回蝕和/或除膠渣工藝中用來(lái)溶解聚合物樹(shù)脂.通常的(如環(huán)氧樹(shù)脂系統(tǒng)),濃硫酸,鉻酸的水溶液等都曾經(jīng)被使用過(guò).無(wú)論哪種方法,都需要很好的后處理,否則可能造成后續(xù)濕流程穿孔化學(xué)銅沉積不上等諸多問(wèn)題的產(chǎn)生.

　　鉻酸法:

　　孔內(nèi)六價(jià)鉻的存在會(huì)造成孔內(nèi)化學(xué)銅覆蓋性的很多問(wèn)題.它會(huì)通過(guò)氧化機(jī)理破壞錫鈀膠體,并阻礙化學(xué)銅的還原反應(yīng).孔破是這種阻礙所造成的常見(jiàn)結(jié)果.這種情況可以通過(guò)二次活化解決,但是返工或二次活化成本太高,特別在自動(dòng)線,二次活化工藝也不是很成熟.

　　鉻酸槽處理后經(jīng)常會(huì)有中和步驟處理,一般采用亞硫酸氫鈉將六價(jià)鉻還原成3價(jià)鉻.中和劑亞硫酸氫鈉溶液的溫度一般在100F左右，中和后的水洗溫度一般在120—150F，可以有清洗干凈亞硫酸鹽，避免帶入流程中的其他槽液，干擾活化。

　　濃硫酸法:

　　槽液處理后要有一個(gè)非常好的水洗,最好是熱水,盡量避免水洗時(shí)有強(qiáng)堿性溶液.可能會(huì)形成一些環(huán)氧樹(shù)脂磺酸鹽的鈉鹽殘留物產(chǎn)生,這種化合物很難從孔內(nèi)清洗除去.它的存在會(huì)形成孔內(nèi)污染,可能會(huì)造成很多電鍍困難.

　　其它系統(tǒng)：

　　也有一些其它的化學(xué)方法應(yīng)用于除膠渣/去鉆污和回蝕工藝。在這些系統(tǒng)中，包括應(yīng)用有機(jī)溶劑的混合物（膨松/溶脹樹(shù)脂）和高錳酸鉀處理，以前也用于濃硫酸處理的后處理中，現(xiàn)在甚至直接取代濃硫酸法/鉻酸法。

　　此外還有等離子體法，還處于試驗(yàn)應(yīng)用階段，很難用于大規(guī)模的生產(chǎn)，且設(shè)備投資較大。

　　無(wú)電化學(xué)銅工藝

　　前處理步驟的主要目的：

　　1．保證化學(xué)沉銅沉積層的連續(xù)完整性；

　　2．保證化學(xué)銅與基材銅箔之間的結(jié)合力；

　　3．保證化學(xué)銅與內(nèi)層銅箔之間的結(jié)合力

　　4．保證化學(xué)沉銅層與非導(dǎo)電基材之間的結(jié)合力以上是對(duì)化學(xué)銅/無(wú)電銅前處理作用的簡(jiǎn)要說(shuō)明。

　　下面簡(jiǎn)述無(wú)電化學(xué)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(nèi)的油污和油脂； 2.除去銅箔和孔內(nèi)污物； 3．有助于從銅箔表面除去污染和后續(xù)熱處理； 4．對(duì)鉆孔產(chǎn)生聚合樹(shù)脂鉆污進(jìn)行簡(jiǎn)單處理； 5.除去不良鉆孔產(chǎn)生吸附在孔內(nèi)的毛刺銅粉； 6．除油調(diào)整 在一些前處理線中，這是處理復(fù)合基材（包括銅箔和非導(dǎo)電基材）的第一步，除油劑一般情況下是堿性，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(guò)程中；除油是前處理線中的一個(gè)關(guān)鍵的槽液。被污物沾染地方會(huì)因?yàn)榛罨瘎┪讲蛔慵炊斐苫瘜W(xué)銅覆蓋性的問(wèn)題（亦即微空洞和無(wú)銅區(qū)的產(chǎn)生）。微空洞會(huì)被后續(xù)電鍍銅覆蓋或橋接，但是此處電銅層與基地的非導(dǎo)電基材之間沒(méi)有任何結(jié)合力而言，最終結(jié)果可能會(huì)造成孔壁脫離和吹孔的產(chǎn)生。 沉積在化學(xué)銅層上的電鍍層產(chǎn)生的內(nèi)部鍍層應(yīng)力和基材內(nèi)被鍍層包裹的水分或氣體因后續(xù)受熱（烘板，噴錫，焊接等）所產(chǎn)生的蒸汽膨脹漲力趨向于將鍍層從孔壁的非導(dǎo)電基材上拉離，可能會(huì)造成孔壁脫離；同樣孔內(nèi)的毛刺披鋒產(chǎn)生的銅粉吸附在孔內(nèi)在除油過(guò)程中若是不被除去，也會(huì)被電鍍銅層包覆，同樣該處銅層與非導(dǎo)電基材之間沒(méi)有任何結(jié)合力而言，這種情況最終也可能會(huì)造成孔壁脫離的結(jié)果。

　　以上兩種結(jié)果無(wú)論發(fā)生與否，但有一點(diǎn)無(wú)可否認(rèn)，該處的結(jié)合力明顯變差而且該處熱應(yīng)力明顯升高，可能會(huì)破壞電鍍層的連續(xù)性，特別是在焊接或波焊過(guò)程中，結(jié)果造成吹孔的產(chǎn)生。吹孔現(xiàn)象實(shí)際上是從結(jié)合力脆弱的鍍層下的非導(dǎo)電基材出產(chǎn)生的蒸氣因受熱膨脹而噴出造成的！ 假若我們的無(wú)電銅沉積在基材銅箔的污物上或多層板內(nèi)層銅箔圓環(huán)上的污染物上，這樣無(wú)電銅和基底銅之間的結(jié)合力也會(huì)比清洗良好的銅箔之間的結(jié)合力差很多，結(jié)合不良的結(jié)果可能會(huì)產(chǎn)生：假若油污是點(diǎn)狀的話，可能造成起泡現(xiàn)象的發(fā)生，；假若污物面積較大時(shí)，甚至可能造成無(wú)電銅產(chǎn)生脫離現(xiàn)象；

　　除油過(guò)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(shí)間

　　5．除油槽內(nèi)的機(jī)械攪拌；

　　6．除油劑清洗效果下降的清洗點(diǎn)；

　　7．除油后的水洗效果；

　　在上述清洗操作中，溫度是一個(gè)值得關(guān)注的關(guān)鍵的因素，許多除油劑都有一個(gè)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(yīng)該在60F以上；

　　2．空氣攪拌；

　　3．最好有噴淋；

　　4．整個(gè)水洗有足夠的新鮮水及時(shí)更換。

　　除油槽后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(huì)成為線路板上的污染物，繼而污染后續(xù)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(nèi)裝備噴嘴時(shí)板件在水洗時(shí)有新鮮水沖洗板面；

　　條件c不經(jīng)常使用，但是ab兩項(xiàng)是必需的； 清洗水的水流量取決于如下因素：1．廢液帶出量（ml/掛）;2．水洗槽內(nèi)工作板負(fù)載量 ;3．水洗槽的個(gè)數(shù)（逆流漂洗）

　　二．電荷調(diào)整或整孔：

　　典型的除油后采用電荷調(diào)整工藝，一般在一些特殊板材和多層板生產(chǎn)中，因?yàn)闃?shù)脂本身的電荷因素，在經(jīng)過(guò)除膠渣凹蝕的過(guò)程后，需要在電荷方面作調(diào)整處理；調(diào)整的重要作用就是對(duì)非導(dǎo)電的基材進(jìn)行“超級(jí)浸潤(rùn)”，換句話來(lái)說(shuō)，就是將原先帶微弱負(fù)電荷的樹(shù)脂表面經(jīng)過(guò)調(diào)整液處理后變性為帶微弱正電荷活性表面。在一些情況下提供一個(gè)均勻連續(xù)正電荷極性表面，這樣可以保證后續(xù)活化劑可以被有效充分的吸附在孔壁上。 有時(shí)候調(diào)整的藥品會(huì)被加到除油劑中，于是也會(huì)稱為除油調(diào)整液，盡管單獨(dú)的除油液和調(diào)整液會(huì)比合二為一的除油調(diào)整液效果更佳，但是行業(yè)的趨勢(shì)已將二者合二為一，調(diào)整劑其實(shí)就是一些表面活性劑而已。調(diào)整后的水洗極為重要，水洗不充分，會(huì)使表面活性劑殘留在板銅面上，污染后續(xù)微蝕，活化液，以致可能影響最終銅銅之間的結(jié)合力，結(jié)果降低化學(xué)銅和基材銅之間的結(jié)合力。此處應(yīng)該注意清洗水的溫度和有效清洗的水流量。調(diào)整劑的濃度應(yīng)該要特別注意，應(yīng)該避免太高濃度的調(diào)整劑的使用，適量的調(diào)整劑反而會(huì)起到更明顯的作用。 三.微蝕 無(wú)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，本步驟的目的是為后續(xù)的無(wú)電銅沉積提供一個(gè)微粗糙的活性銅面結(jié)構(gòu)。如果沒(méi)有微蝕步驟，化學(xué)銅和基材銅之間的結(jié)合力會(huì)大大降低； 粗化后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(xué)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(shí)沒(méi)有被清洗掉，微蝕劑可以通過(guò)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(xiàn)實(shí)的和有效的，因?yàn)楸砻婊钚詣埩舻你~面面積較大時(shí)，允許微蝕劑作用的機(jī)會(huì)很小，經(jīng)常會(huì)微蝕不到大片表面活性劑殘留處的銅面。