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化學鍍銅/沉銅工藝流程先容

浏览次数:033日期:2019-11-17
化學鍍銅(Eletcroless Plating Copper)通常也叫沉銅或孔化(PTH)是一種本身催化性氧化還原反應。首先用活化劑處理,使盡緣基材表麵吸附上一層活性的粒子通常用的是金屬鈀粒子(鈀是一種十分昂貴的金屬,價格高且一向在上升,為降低本錢現在國外有實用膠體銅工藝在運行) ,銅離子首先在這些活性的金屬鈀粒子上被還原,而這些被還原的金屬銅晶核本身又成為銅離子的催化層,使銅的還原反應繼續在這些新的銅晶核表麵上進行。化學鍍銅在我們PCB製造業中得到了廣泛的利用,目前最多的是用化學鍍銅進行PCB的孔金屬化。PCB孔金屬化工藝流程如下:鑽孔→磨板往毛刺→上板→整孔清潔處理→雙水洗→微蝕化學粗化→雙水洗→預浸處理→膠體鈀活化處理→雙水洗→解膠處理(加速)→雙水洗→沉銅→雙水洗→下板→上板→浸酸→一次銅→水洗→下板→烘幹 一、鍍前處理1.往毛刺 鑽孔後的覆銅泊板, 其孔口部位不可避免的產生一些小的毛刺,這些毛刺如不往除將會影響金屬化孔的質量。最簡單往毛刺的方法是用200~400號水砂紙將鑽孔後的銅箔表麵磨光。機械化的往毛刺方法是采用往毛刺機。往毛刺機的磨輥是采用含有碳化矽磨料的尼龍刷或氈。一般的往毛刺機在往除毛刺時,在順著板麵移動方向有部分毛刺倒向孔口內壁,改進型的磨板機,具有雙向轉動帶擺動尼龍刷輥 ,消除了除了這類弊病。2 整孔清潔處理 對多層PCB有整孔要求,目的是除往鑽汙及孔微蝕處理。之前多用濃硫酸除鑽汙,而現在多用堿性高錳酸鉀處理法,隨後清潔調整處理。 孔金屬化時,化學鍍銅反應是在孔壁和全部銅箔表麵上同時發生的。假如某些部位不清潔,就會影響化學鍍銅層和印製導線銅箔間的結合強度,所以在化學鍍銅前必須進行基體的清潔處理。最常用的清洗液及操縱條件列於表如下:清洗液及操縱條件配方組分 1 2 3 碳酸鈉(g/l) 40~60 — — 磷酸三鈉(g/l) 40~60 — — OP乳化劑(g/l) 2~3 — — 氫氧化鈉(g/l) — 10~15 — 金屬洗淨劑(g/l) — — 10~15 溫 度(℃) 50 50 40 處理時間(min) 3 3 3 攪拌方法 空氣攪拌機械移動 空氣攪拌機械移動 空氣攪拌 機械移動3.覆銅箔粗化處理 利用化學微蝕刻法對銅表麵進行浸蝕處理(蝕刻深度為2-3微米),使銅表麵產生凹凸不平的微觀粗糙帶活性的表麵,從而保證化學鍍銅層和銅箔基體之間有牢固的結合強度。以往粗化處理首要采用過硫酸鹽或酸性氯化銅水溶液進行微蝕粗化處理 。現在大多采用硫酸/雙氧水(H2SO4/H202 )其蝕刻速度比較恒定,粗化效果均勻一致。由於雙氧水易分解,所以在該溶液中應加進合適的穩定劑,如許可控製雙氧水的快速分解,進步蝕刻溶液的穩定性使本錢進一步降低。常用微蝕液配方如下:  硫酸H2SO4        150~200克/升  雙氧水H202        40~80毫升/升         常用穩定劑如下 :  穩定劑化合物  添加量  蝕刻銅速率      雙氧水H202分解率  C2H5NH 2    10g/l     28%        1.4mg/l.min  n-C4H9NH2    10ml/l    232%        2.7 mg/l.min  n-C8H17NH2   1 ml/l     314%        1.4mg/l.min  H2NCH2NH2    10g/l               2.4 mg/l.min  C2H5CONH2   0.5 g/l    98%           /  C2H5CONH2   1 g/l     53%           /  不加穩定劑    0      100%        快速分解 我們以不加穩定劑的蝕刻速率 為100%,那麽蝕刻速率大於100%的為正性加速穩定劑,小於100%的為負性減速穩定劑。對於正性的加速穩定劑不用加熱,在室溫(25度C)條件下就具有較高的蝕刻速度。而負性減速穩定劑,必須加熱使用才能產生微蝕刻銅的效果。應重視新開缸的微蝕刻液,開始蝕刻時速率較慢,可加進4g/l硫酸銅或保存25%的舊溶液。二、活化 活化的目的是為了在基材表麵上吸附一層催化性的金屬粒子 ,從而使全部基材表麵順利地進行化學鍍銅反應。常用的活化處理方法有敏化—活化法(分步活化法)和膠體溶液活化法(一步活化法) 。1.敏化-活化法(分步活化法)(1)敏化處理:常用的敏化液是氯化亞錫的水溶液。其典型配方如下:  氯化亞錫(Sncl2.2H2O)    30~50g/L  鹽酸             50~100ml/L  錫粒             3~5g/l  配製時先將水和鹽酸混合,然後加進氯化亞錫邊攪拌使其溶解。錫粒可防止Sn2+氧化 。  敏化處理在室溫下進行,處理時間為3~5min,水洗後進行活化處理。(2)活化處理:常用的離子型活化液是氯化鈀的溶液 ,其典型配方如下:  氯化鈀pdCl20.        5~1g/L  鹽酸             5~10ml/L  處理條件-室溫,處理1~2min 敏化-活化法的溶液配製和操縱工藝簡單,在初期的印製板孔金屬化工藝中曾得到廣泛利用。這類方法有二個首要缺點:一是孔金屬化的合格率低,在化學鍍銅後總會發現有個別孔沉不上銅,其首要有二個方麵的啟事,其一是Sn+2離子對環氧玻璃的基體表麵濕潤性不是很強,其二是Sn+2很易氧化特別是敏化後水洗時間稍長,Sn+2被氧化為Sn+4 ,造成失往敏化效果,使孔金屬化後個別孔沉不上銅。二是化學鍍銅層和銅箔的結協力差,其啟事是在活化過程中 ,活化液中貴金屬離子和銅箔間發生置換反應,在銅表麵上形成一層疏鬆的金屬鈀。假如不往除會影響沉銅層和銅箔間的結合強度。在多層連接和圖形電鍍法工藝中,這類缺陷已成為影響印製板質量首要矛盾,現在是用螯合離子鈀分步活化法來解決這些題目.膠體鈀活化法(一步活化法) (1)配方:常用的膠體鈀活化液配方列於表膠體鈀活化液配方及操縱條件配方組份12氯化鈀 (ml/L)10.25鹽 酸 (37%)(g/L)30010氯化亞錫 (g/L)703.2錫酸鈉 (g/L)70.5氯化鈉 (g/L)—250尿 素 (g/L)—50溫 度室溫室溫時 間 (min)2~32~3pH≤0.10.7~0.8  

  采用膠體鈀活化液能消除銅箔 上形成的疏鬆催化層,而且膠體鈀活化液具有非常好的活性,明顯地進步了化學鍍銅層的質量,是以,在PCB的孔金屬化工藝中,得到了普遍利用。 表中的配方1是酸基膠體鈀,由於其鹽酸含量高,使用時酸霧大且酸性太強對黑氧化處理的多層內層連接盤有浸蝕現象,在焊盤處易產生內層粉紅圈 。活化液中鈀含量較高,溶液用度大 ,所以已很少采用。配方2是鹽基膠體鈀。在鹽基膠體鈀活化液中加進尿素,可以和Sn2+O‖形成穩定的絡合物[H2NCNH3]SC1-3,防止了活化劑產生沉澱,明顯地降低了鹽酸的揮發和Sn2+離子的氧化,從而進步了膠體鈀活化液的穩定性。  (2)膠體鈀活化液的配製方法a.酸基膠體鈀活化液—稱取1g氯化鈀溶解於100ml鹽酸和200ml純水的混合液中,並在恒溫水浴中保持30℃,邊攪拌邊加進氯化亞錫(SnCl2•2H2O)2.54g攪拌12min,然後再與事先配製好的氯化亞錫60g、鹽酸200ml和錫酸鈉7g的混合液溶解在一起,再在45℃的恒溫水浴條件下保溫3h,最後用水稀釋至1L即可使用。b.鹽基膠體鈀活化液-稱取氯化鈀0.25g,加進往離子水200ml,鹽酸10ml,在30℃條件下攪拌,使氯化鈀溶解。然後加進3.2g氯化亞錫並適當攪拌,迅速倒進事先配製好的含有尿素50g、氯化鈉250g、錫酸鈉0.5g和水800mL的混合溶液中,攪拌使之全部溶解,在45℃條件下保溫3h,冷至室溫 ,用水稀釋至1L。(3)膠體鈀處理工藝:采用膠體鈀活化液按下述程序進行:預浸處理→膠體鈀活化處理→水洗→解膠處理→水洗→化學鍍銅→  a.預浸處理-經過粗化處理的覆銅箔板,假如經水洗後直接浸進膠體鈀活化液中進行活化處理,將會使活化液中的含水量不斷增加 ,造成膠體鈀活化液過早聚沉。是以,在活化處理前要先在含有Sn2+的酸性溶液中進行預浸處理1~2min,取出後直接浸進膠體鈀活化液中進行活化處理。配製時應首先將鹽酸與水相混合,然後再加進SnCl2•2H2O ,攪拌溶解,如許可防止SnCl2水解。   酸基膠體鈀預浸液配方:    氯化亞錫(SnCl2.2H2O)       70~100g/L    鹽酸37%(體積)       200-300ml/L    鹽基膠體鈀預浸液配方:    SnCl2.2H2O           30g/L    HCl              30ml/l    NaCl             200g/l    O    ║    H2N-C-NH2          50g/l  b.活化處理-在室溫條件下處理3~5min,在處理過程中應不斷移動覆銅箔板,使活化液在孔內活動,以便在孔壁上形成均勻的催化層。  c.解膠處理-活化處理後,在基材表麵吸附著以鈀粒子為核心,在鈀核的四周,具有堿式錫酸鹽的膠體化合物 。在化學鍍銅前,應將堿式錫酸鹽往除,使活性的鈀晶核充分暴露出來,從而使鈀晶核具有非常強而均勻的活性。經過解膠處理再進行化學鍍銅,不但進步了膠體鈀的活性,而且也明顯進步化學鍍銅層與基材間的結合強度。常用的解膠處理液是5%的氫氧化鈉水溶液或1%氟硼酸水溶液。解膠處理在室溫條件下處理1~2min,水洗後進行化學鍍銅。  d.膠體銅活化液簡介:  明膠           2g/l  CuSO4.5H2O        20g/l  DMAB(二甲胺基硼烷)   5g/l  水合肼          10 g/l  鈀            20ppm  PH            7.0   配製過程:首先分別將明膠和硫酸銅用溫水(40度C)溶解後將明膠加進至硫酸銅的溶液中,用25%H2SO4將PH值調至2..5當溫度為45度C時,將溶解後DMAB在攪拌條件下緩慢加進上述的混合溶液中 ,並加進往離子稀釋至1升,保溫40~45度C,並攪拌至反應開始(約5~10分鍾)溶液的顏色由藍再變成綠色。放置24小時顏色變成紅玄色後加進水合肼,再反應有24小時後膠體溶液的PH值為7,就可投進使用。為了進步膠體銅的活性,通常再加進少量的鈀。