多层板孔金属化工艺的简单介绍

　　一、写在最前面

　　大家都知道，孔金属化是多层板生产过程中最关键的环节，他直接关系到多层板内在质量的好坏。孔金属化的整个过程又可以分为去钻污和化学沉铜两个步骤。化学沉铜是对内外层电路互连的过程；去钻污可以起到是去除高速钻孔过程中因高温而产生的环氧树脂钻污的作用，保证化学沉铜后电路连接的可靠性。

　　二、孔金属化

　　多层板工艺分凹蚀工艺和非凹蚀工艺。凹蚀工艺同时要去除环氧树脂和玻璃纤维，形成可靠的三维结合；非凹蚀工艺仅仅去除钻孔过程中脱落和汽化的环氧钻污，得到干净的孔壁，形成二维结合，单从理论上讲，三维结合要比二维结合可靠性高，但通过提高化学沉铜层的致密性和延展性，完全可以达到相应的技术要求。非凹蚀工艺简单、可靠，并已十分成熟，因此在大多数厂家得到广泛应用。高锰酸钾去钻污是典型的非凹蚀工艺。

　　工艺流程：

　　环氧溶胀→二级逆流漂洗→高锰酸钾去钻污→二级逆流漂洗→中和还原→二级逆流漂洗→调整→二级逆流漂洗→粗化→二级逆流漂洗→预浸→离子钯活化→二级逆流漂洗→还原→水洗→化学沉铜→二级逆流漂洗→预浸酸→预镀铜

　　工艺原理及控制

　　溶胀：

　　目的：溶胀环氧树脂，使其软化，为高锰酸钾去钻污作准备。

　　配方：NaOH　20g/l、已二醇乙醚 30g/l、已二醇　2g/、水　　其余、温度　60-80℃、时间　5min

　　环氧树脂是高聚形化合物，具有优良的耐蚀性。其腐蚀形式主要有溶解、溶胀和化学裂解（如：浓硫酸对环氧树脂主要是溶解作用，其凹蚀作用是十分明显的）。根据“相似相溶”的经验规律，醚类有机物一般极性较弱，且有与环氧树脂有相似的分子结构（R-O-R'），所以对环氧树脂有一定的溶解性。因为醚能与水发生氢键缔合，所以在水中有一定的溶解性。因此，常用水溶性的醚类有机物作为去钻污的溶胀剂。溶胀液中的氢氧化钠含量不能太高，否则，会破坏氢键缔合，使有机链相分离。在生产中，常用此中方法来分析溶胀剂的含量。

　　去钻污

　　目的：利用高锰酸钾的强氧化性，使溶胀软化的环氧树脂钻污氧化裂解。

　　配方：NaOH　35g/l、KMnO4　 55g/l、NaCIO　 0.5g/l、温度　75℃、时间　10min

　　高锰酸钾是一种强氧化剂，在强酸性溶液中，与还原剂作用，被还原为Mn2+；在中性和弱碱性环境中，被还原为MnO2；在NaOH浓度大于2moL/L，被还原为MnO42-。高锰酸钾在强酸性的环境中具有更强的氧化性，但在在碱性条件下氧化有机物的反应速度比在酸性条件下更快。在高温碱性条件下，高锰酸钾使环氧树脂碳链氧化裂解：

　　4MnO4-+C环氧树脂+40H- = 4MnO42-+CO2(g)+2H2O

　　同时，高锰酸钾发生以下副反应：

　　4MnO4- +40H- = 4MnO42- + O2(g) + 2H2O

　　MnO42-在碱性介质中也发生以下副反应：

　　MnO42- + 2H2O + 2e- = MnO2(s) + 40H-

　　NACIO作为高锰酸钾的再生剂，主要是利用其强氧化性使MnO42-氧化为MnO4-。

　　还原：

　　目的：去除高锰酸钾去钻污残留的高锰酸钾、锰酸钾和二氧化锰

　　配方：H2SO4　100mL/l、NaC2O4　 30g/l、温度　 40℃、

　　锰离子是重金属离子，它的存在会引起“钯中毒”，使钯离子或原子失去活化活性，从而导致孔金属化的失败。因此，化学沉铜前必须去除锰的存在。

　　在酸性介质中：

　　3MnO42-+4H+ = 2MnO4-+MnO2(s)+2H2O

　　2MnO4-+5C2O42-+16H+ = 2Mn2++10CO2(g)+8H2O5

　　C2O42-+MnO2+4H+ = Mn2++2CO2+2H2O

　　由以上反应可知，通过还原步骤，可完全去除高锰酸钾去钻污残留的高锰酸钾、锰酸钾和二氧化锰。有关资料中，也有用肼类化合物及其他一些强还原性物质进行还原处理的，这主要是从塑料电镀中处理残留的 Ｃｒ６＋ 沿用过来的，也具有一定的效果，但对二氧化锰的作用，有待探讨，这就需要尽量避免二氧化锰的生成。

　　调整：

　　目的：调整孔壁电荷

　　配方：阴离子型表面活性剂 0.5g/l

　　为使环氧树脂表面在后序处理中吸附到均匀的钯离子，必须把印制板津入到含有阴离子表面活性剂中，使其表面吸附到一层均匀负性的有机薄膜。

　　粗化：

　　目的：除去铜表面的有机薄膜；微观粗化铜表面。

　　配方：H2SO4　100mL/l、H2O2　 80ML/l、NH2CH2NH2　10g/l

　　调整处理时，在环氧树脂吸附有机表面活性剂的同时，铜表面也形成了一层有机薄膜。如果不加以处理，这层薄膜将使铜表面在活化溶液中吸附大量的钯离子，造成钯离子的大量浪费，同时，由于薄膜的存在，将降低基体铜层与化学镀铜层的结合力。经粗化处理后，基体铜层形成微观粗糙表面，增加结合力。

　　预浸：

　　目的：预防带入杂质；润湿环氧树脂孔壁。

　　配方：H2SO4　1mL/l；有机碱络合剂　　 20mL/l

　　由于活化液的使用周期较长，且活性受杂质影响明显，所以在活化前必须进行预浸处理，防止杂质积累，影响其活性。在预浸液中，络合剂和活化液中的络合剂相同，但由于预浸液呈酸性，络合剂以盐的形式存在，其并没有络合能力，仅是浸润孔壁，为络合钯离子作准备。

　　活化：

　　目的：为形成化学沉铜所需的活化中心做准备。

　　配方：PbCL2　0.3g/l、络合剂X　　5g/l、NaOH　 5g/l、HBO3　 5g/l、去离子水　　余量

　　在活化溶液中，络合剂的选择和PH的控制十分重要。首先，铜比钯有更强的金属活性，PbCl2的标准氧化还原电位是-0.268V(PbCl2+2e-=Pb+2Cl-),Cu2+的标准氧化还原电位是0.337V(Cu2++2e-=Cu)，铜和钯离子是很容易发生置换反应的：Cu+PbCl2=CuCl2+Pb

　　因此，作为离子型活化液，要防止PCB上的铜箔和钯离子发生反应，必须加入能与钯离子形成稳定络合物的络合剂。根据软硬酸碱理论（硬亲硬，软亲软），属于交界酸的PB2+与交界碱Ｘ能形成稳定的络合物，可提高钯的氧化还原电位，避免发生置换反应。另外，ＰＨ值对钯离子的活性影响很大，当PH<10时，络合剂X以离子形式存在，不与钯离子发生络合反应，溶液中易产生Pb(OH)2沉淀，溶液活性降低；当PH值过高时水洗时，PH值不能迅速有效降低，影响Pb2+在孔壁上的沉积。为使活化液能稳定在PH10.5左右，可选用NaOh+HbO3的PH缓冲液。

　　还原：

　　目的：使PB2转化为Pb

　　配方：CH3BH4　0.5g/l、HBO3　　　　　　　　　　5g/l

　　PB2必须转化为Ｐｂ单质才具有催化活性，引发沉铜反应的产生。CH3BH4易分解（CH3BH4→HBO3），混入适当的硼酸能适当的阻止分解反应的发生。

　　化学沉铜：

　　目的：使各层间电路互连，实现其电器性能。

　　配方：络合剂　　适量、Cu2+　3g/l、NaOH　10g/l、HCHO　　6g/l、稳定剂　　少量

　　通常，络合剂采用EDTA或EDTP或双络合剂（两者混用）。

　　在多层板生产工艺已十分成熟的今天。在整个工艺的发展过程中，专业性的化学药水供应商是至关重要的，他们可以用自身的专业知识完善各种工艺配方，为印制板生产的企业提供强大的技术保障。印制板生产的企业为了保证质量，基本上都会选择用由化学药水供应商提供的浓缩药液，这种生产与开发分离的模式在很大的程度上给印制板生产企业提供了方便，但是很多化学药水提供商对其产品是保密的，这也相应的引起了在解决印制板生产过程中思维不够活跃，仅仅依据药水提供商的思路去解决问题，当然，我们不能否认该模式在解决一般性问题上的有效性，但是有些特殊的问题，这种模式就显得力不从心，因为解决任何的问题都应该找到根源，认识事物的本质，这样才能在解决问题时显得得心应手。