通孔镀铜技术详解
通孔镀铜技术详解
在印制电路板制造技术中，虽关键的就是化深沉铜工序。它主要的作用就是使双面和多层印制电路板的非金属孔，通过氧化还原反应在孔壁上沉积一层均匀的导电层，再经过电镀加厚镀铜，达到回路的目的．要达到此目的就必须选择性能稳定、可靠的化学沉铜液和制定正确的、可行的和有效的工艺程序。
一．工艺程序要点：
1．沉铜前的处理；2.活化处理；3．化学沉铜。
二．沉铜前的处理：
1．去毛刺：沉铜前基板经过钻孔工序，此工序虽容易产生毛刺，它是造成劣质孔金属化的最重要的隐患。必须采用去毛刺工艺方法加以解决。通常采用机械方式，使孔边和内孔壁无倒刺或堵孔的现象产生．
2．除油污：
⊙油污的来源：钻头由于手接触造成油污、取基板时的手印及其它。
⊙油污的种类：动植物油脂、矿物等。前者属于皂化油类；后者属于非皂化油类。
⊙油脂的特性：动植物油类属于皂化油类主要成分高级脂肪酸，它与碱起作用反应生成能溶于水的脂肪酸盐和甘油；矿物油脂化学结构主要是石腊烃类，烯属烃及环烷属烃类和氯化物的混合物，不溶于水也不与碱起反应。
⊙除油处理方法的选择依据：根据油的性质、根据油沾污的程度。
⊙方法：采用有机溶剂和化学及电化学碱性除油。
⊙作用与原理：
□可皂化性油类与碱液发生化学反应生成易溶于水的脂肪酸盐和甘油。反应式如下：(C17H35COO)3十3NAOH3C17H35COON a+C2H5(OH)2
□非皂化油类：主要靠表面活性剂如OP乳化剂、十二烷基磺酸钠、硅酸钠等。这些物质结构中有两种基团，一种是憎水性的；一种是亲水性．首先乳化剂吸附在油与水的分界面上，以憎水基团与基体表面上的油污产生亲和作用，而亲水基团指向去油液，水是非常强的极性分子，致使油污与基体表面引力减少，借者去油液的对流、搅拌，油污离开基体表面，实现了去油的最终目的。
3.粗化处理：
⊙粗化的目的：主要保证金属镀层与基体之间良好的结合强度。
⊙粗化的原理：使基体的表面产生微凹型坑，以增大其表面接触面积，与沉铜层形成机械钮扣结合，获得较高的结合强度。
去油⊙粗化的方法和选择：基本有以下几种方法，主要起到酸蚀和强氧化作用。
一．过硫酸铵；一．过硫酸钠；一．氯化铜溶液；一．双氧水／硫酸。
4．活化处理：
⊙活化的目的：主要形成“引发中心”，使铜沉积均匀一致。
⊙活化的基本原理：在被镀的非金属表面沉积一层均匀的活化中心核心质点．
⊙活化的方法和选择：
一．分步活化方法；
从生产实践证明：胶体钯(一步活化法)活化性能优良，使所获得的沉积层结合强度好，使用的时间长，但配制条件严格．活化液呈浅咖啡。
⊙胶体钯类型有三种：酸性胶体钯、盐基钯、碱性胶体钯。
⊙胶体钯的配制：
将1克二氯化钯溶于100毫升盐酸和200毫升的水溶液中，待全部溶解后，再将烧杯放在恒
温水浴中保持30℃±1℃，在搅拌的条件下，加入2．54克二氯化锡(Sn Cl2〃2H2O)反应12分钟，然后将两溶液(A、B)相混合(B溶液成份为二氯化锡75克／升，银酸钠NaSnO447H2
O7克／升、盐酸200毫升／升)并在40—50℃的恒温水浴条件下继续保温3小时(加盖)。采用此种工艺方法的原理是钯微粒的催化性能与老化温度有关。从实践得知最佳的条件为60℃±5℃，保温4—6小时不但能提高钯粒的催化活性，还可以延长其使用寿命。
⊙活化机理：
“胶态钯”的胶团结构是双电层，[Pd0]m为胶核。活化时，在孔内首先吸附Sn2+，被吸附二价锡离子再吸附C1-1，形成〖nSn2+〃2(n—x)Cl—〗吸附层，成为胶体集团。这样的胶团具有负电性，在水溶液的碰撞，而不会聚沉，吸附层外的2xCl-1为扩散层，形成如下形式：⊙活化液的维护：因为活化液配制比较复杂，成本高，使用时要注意以下几点：
一．为避免将水带入活化液，活化前在下列溶液处理理2—3分钟：
SnCl2〃2H2O 40克/升
HCl 100毫升/升
此种工艺方法称之预浸，然后进行活化处理，目的是把水滤干。
一．摄化后的基板应尽量少带溶液，同时在回收槽反复清洗，用此水来补充活化液的消耗或用于新配溶液。
一．活化液使用一段时间后，当发现分层现象时，可按活化液实际容量每升加10—20克氯化亚锡，分层现象就可以消失。
一．当温度低于15℃时，活化效果差，应采用加温。要求采用水浴套槽加温。
⊙解胶处理：除去多余的残留的活化液，以防带入沉铜槽内，导致溶液分解。
N a OH 50克／升
处理时间1．5分钟
三．化学沉铜：
1.沉铜配方：
⊙通用性沉铜溶液：
甲液：酒石酸钾钠100克
硫酸铜25克
氢氧化钠35克
蒸馏水1升
乙液：甲醛(36—40％)8—15毫升
甲乙液混合比例：100：8—15
工艺条件：温度20—25℃
时间20分钟
2．化学沉铜基本原理：
⊙各组成分的作用：
一．硫酸铜：是溶液中的主盐，提供二价铜离子来源；
一．酒石酸钾钠：是络合剂。主要作用使铜呈溶解的络合状态存在，防止二价铜离子在碱性介质中产生Cu(OH)2的沉淀。同时还可以控制二价铜离子的浓度．具有缓冲作用，以维持溶液的PH。
一氢氧化钠：使溶液保持一定的PH．因为甲醛在碱性条件下，才具有还原作用。—．甲醛：还原剂．
—.稳定剂：使沉铜液稳定和改善铜层性能，防止产生副反应。
化学沉铜沉积机理：
3.影响沉铜速度的主要因素：
—．溶液酸值(PH)：提高PH值，铜沉积速度加快，同时也加快氧化亚铜生成反应速度．这与还原电位随PH升高而下降有关。
当PH下于或等于11时，化学沉铜速度非常缓慢；PH小于10．5时沉铜急剧停止，PH 太低导致铜层表面钝化原因引起的。
所以，PH值太高氧化亚铜生成速度加快，溶液内部沉积速度加快，二价铜离子降低，不仅导致铜溶液的分解，而且沉铜速度也太快。通常采用的PH为12．8—13。
⊙溶液的浓度：
提高溶液中二价铜离子浓度，对沉铜速度影响特别明显，但也不是无限增加。
⊙甲醛的浓度：提高甲醛浓度，沉铜速度加快，但过多易造成沉铜层粗糙。
⊙酒石酸钾钠与二价铜离子的比值：沉铜速度与比值有关，当比值小于3时，提高酒石酸钾钠的浓度，可提高沉积铜的速度；反之相反，还可能致使沉铜液不稳定。