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)氧樹脂-玻璃纖維布基材，酚醛紙基板，聚酯玻纖板等）上通過蝕刻（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),常見如：CEM-1,FR-3;

　　環(huán)氧樹脂玻纖板：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)，常見如：FR-4,FR-5,G-10,G-11;

　　無紡玻纖聚酯基板：適合于某些特殊用途，NEMA級(jí)，常見如：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)成穿過非導(dǎo)電基材的孔的話（當(dāng)時(shí)尚無埋盲孔的概念）。

　　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，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.在濕漿法過程中是采用噴嘴噴漿處理孔.一些化學(xué)原料無論在回蝕和/或除膠渣工藝中用來溶解聚合物樹脂.通常的(如環(huán)氧樹脂系統(tǒng)),濃硫酸,鉻酸的水溶液等都曾經(jīng)被使用過.無論哪種方法,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)銅覆蓋性的很多問題.它會(huì)通過氧化機(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結(jié)果.這種情況可以通過二次活化解決,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/無電銅前處理作用的簡(jiǎn)要說明。

　　下面簡(jiǎn)述無電化學(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)銅覆蓋性的問題（亦即微空洞和無銅區(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)果無論發(fā)生與否，但有一點(diǎn)無可否認(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)，甚至可能造成無電銅產(chǎn)生脫離現(xiàn)象；

　　除油過程中的重要因素：

　　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)闃渲旧淼碾姾梢蛩兀诮?jīng)過除膠渣凹蝕的過程后，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)”，換句話來說，就是將原先帶微弱負(fù)電荷的樹脂表面經(jīng)過調(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)的無電銅沉積提供一個(gè)微粗糙的活性銅面結(jié)構(gòu)。如果沒有微蝕步驟，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)沒有被清洗掉，微蝕劑可以通過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。