Neopact直接電鍍工藝的應用

　摘要：本文敘述了Neopact直接電鍍工藝的應用，包括工藝過程及控制，各參數對溶液性能的影響，品質檢驗，廢水處理等。該工藝穩定可靠，控制容易而且環境污染小，廢水處理簡單，可以取代傳統化學沉銅工藝，投入規模生產。

　　前言

　　自從1963年IBM公司Mr.Rodovsky提出直接電鍍的基本的理論以來，這項全新的技術引起了人們的高度重視，并在印制板行業得到了飛速的發展和應用。

　　眾所周知，傳統的印制板化學沉銅工藝具有其自身無法克服的缺點：

　?。?）含有甲醛這一致癌物質，嚴重影響操作者的身體健康，污染環境；

　　（2）含有大量的絡合劑，致使廢水處理困難；

　?。?）自身氧化還原體系，容易自發分解，難以控制等。

　　直接電鍍工藝則具有化學沉銅不可比擬的優越性：不含甲醛，EDTA等絡合物，污染小，容易控制，成品率高，廢水處理簡單，所以直接電鍍也稱為"環保電鍍"。

　　直接電鍍經過近四十年的發展，如今已形成了成熟的工藝技術，其化學品也相繼商品化，如Atotech公司的Neopact,LeaRonal公司的Comductron,Blasberg公司的DMS-E,Shipley公司的Crimson,Electro Chemical公司的Shadow等，四川超聲印制板公司采用了Neopact直接電鍍工藝。

　　工藝過程及控制

　　一、工藝流程

　　該公司采用的是垂直式Neopact直接電鍍工藝，其流程如下：

　　調整Ⅰ―調整Ⅱ―二級DI水洗―微蝕―二級水洗―預浸―吸附―二級DI水洗―后浸―二級DI水洗―浸H2SO4 酸―板鍍銅—二級水洗―烘干

　　二、直接電鍍工序的作用

　　調整Ⅰ：主要是清潔表面，去除油污，并兼有使基材極化的作用。
　　調整Ⅱ：主要是調整孔壁，使帶負電荷的絕緣表面轉變為帶正電荷，提高孔壁對帶負電荷的膠體鈀活化劑的吸附能力。
　　微蝕：徹底清除印制板表面的氧化層，并產生一定的均勻細致的微觀粗糙度，從而提高銅面的附著力。
　　預浸：保護活化液，防止雜質，氧化物帶入活化液，延長活化液的使用壽命。被吸附在帶正電荷的孔壁絕緣層表面，提供均勻而稠密 的鈀晶體，為鍍銅奠定基礎。
　　后浸：去除鈀周圍的有機絡合物及還原劑，顯著提高鈀層的導電能力，從而確保在大面積的非導體表面也能獲得有效而可靠的直接電鍍層。

　　三、工藝參數的影響

　　為了更好地控制工藝過程，提高產品質量，我們需要弄清各個工藝參數對品質及槽液性能的影響，現結合質量及生產經驗將其總結如 下，供同行參考。

　　1、調整

　　NeopactUX濃度：過低時覆蓋能力差，背光級數低，對于板厚大于2mm的板將會出現中央環形空洞。過高時，覆蓋能力極好，但會影響到鍍層與基銅間 的結合力，內層互連缺陷增加。

　　pH值：過低時覆蓋能力差，當pH值低于范圍0.5-1時，這種缺陷就非常明顯肉眼可見。過高時，溶液中有機物降解加快，壽命縮短，并需經常補加。

　　溫度：過低時覆蓋率降低，但影響較小，肉眼不易發現，如板子在不潤濕的狀態進入時，小孔濕潤性將會受到影響，從而影響到小孔的調整效果。

　　銅含量：在處理板子的過程中，溶液中的銅離子會不斷增加，但它對覆蓋能力的影響極小，即使銅離子濃度很高，其影響也很難在標準的FR－4板上發現。

　　2、微蝕

　　Part A 濃度：過高時，微蝕速度過高，從而造成內層銅箔的負蝕，溶液中銅離子濃度增加很快并縮短溶液壽命；過低時，清潔效果差，銅與銅之間的結合力差。

　　Part B 濃度：過高時，對覆蓋能力有一些影響；過低時，清潔效果差。銅含量：過高時，Part消耗極快，而且清潔效果差。

　　溫度：過高時，微蝕速率高，銅溶解快，重新開缸頻率高；過低時，清潔效果不佳。

　　3、預浸

　　磷酸濃度：過高時，直接導致吸附液pH值超標。

　　溫度：過高時，溶解銅太多，直接導致吸附液中的銅離子增加。

　　銅含量：過高時，帶入吸附缸，直接影響吸附效果，縮短吸附液 的壽命。

　　4、吸附

　　鈀濃度：過低時，覆蓋率及溶液穩定性均會受到影響，并對銅與銅之間的結合力有負面影響，當鈀濃度低于150ppm時，將導致不可挽回的損失并需要重新開缸。過高時，高達350ppm都不會有負面影響，只是成本增加。

　　溫度：過高時，覆蓋率稍好，但會縮短溶液壽命。過低時，覆蓋率降低，還原劑的添加劑反應遲鈍。?

　　氧化還原電位：過高時，膠體老化加快。如果這種情況時間較長，將導致不可挽回的損失；覆蓋率，銅與銅之間的結合力逐漸惡化，最終導致溶液沉淀和或褪色。當氧化還原電位低于－300mV時，還原劑消耗量極大并有氫氣排出，覆蓋率受到嚴重影響。

　　pH值：過高時，覆蓋率欠佳但影響不大。過低時，膠體老化加快，當pH低于1.4 時，覆蓋率極差，尤其是在玻璃纖維表面；同時氧 化還原電位會超出范圍，并且不能通過添加還原劑使其復原。

　　銅含量：過高時，氧化還原電位極不穩定，很難保持要求范圍之內，而且銅極易沉積在氧化還原電極表面，影響電位的測定。銅含量過高，也會縮短溶液壽命，降低覆蓋率并引起鍍層結合力問題，銅的絕對濃度高和銅的增長速度快（>50mg/L/周）都有較大的影響。

　　5、后浸

　　后浸劑濃度：過低時，覆蓋率會有所降低。過高時，沒有負面影響。

　　pH值：本溶液是一種穩定的緩沖體系，溶液呈堿性時，對鍍層不會有影響，如果呈酸性將導致溶液分解失效。

　　6、板鍍銅：

　　由于吸附的鈀層有一定的電阻，這就要求電流密度要比傳統化學沉銅后鍍銅大，一般控制在2.0-2.5A/dm2,電鍍時間15min，鍍層可達0.3mil。添加劑方面，有機添加劑過量添加對覆蓋率有影響，所以添加劑的添加一般應控制在下限。過多的光亮劑也會引起環狀空洞，另外后浸劑的帶入還會造成拐角裂紋(Coner cracks)

　　工序成份控制范圍ml/L 時 間分 溫 度℃ PH 分 析頻 率 消 耗 量ml/m3 藥 水 壽 命m2/L
　　調整Ⅰ調整劑UX緩沖劑50-6050-60 5－7 60 11－12 兩天一次 2020 4
　　調整Ⅱ調整劑UX緩沖劑70-8070-80 5－7 55 11－12 兩天一次 1515 4
　　微蝕 Part A Part B 15-20 1.5-2.5 25 每日一次 30g/m230g/m2 Cu2+>15g/l
　　預浸 H3PO4(85%) 1.5-2.0 1-2 室溫 2－2.3 每周更換
　　吸附基本劑還原劑 Pd:200-250ppm氧化還原電位－230～－290mv 5-7 55 1.6－2.3 每日一次303還原劑自動添加每日600ml(450 升溶液) Cu2+>100mg/L 或30
　　后浸后浸劑 180－220 2-3 30 10-12 兩天一次 25 8
　　酸浸硫酸 100 <1 室溫每周更換
　　酸性鍍銅硫酸銅硫酸氯離子添加劑CP 60－80g/L100-12040-70ppm1-3 15-20 25 每周兩次 113L/1 萬ALL

　　工藝參數的控制體會

　　1、溶液穩定性較好，產品質量也很穩定；
　　2、調 整Ⅰ， 調 整Ⅱ的作用各有側重，所以調整Ⅰ的溫度，pH值比調整Ⅱ高，而調整Ⅱ的Neopact UX濃度比調整Ⅰ高，這樣控制其效果會更好一些；另外，調整Ⅰ中Neopact UX消耗相對較快一些，應注意補加；
　　3、調整劑可以用化學方法分析，這給控制帶來了方便；
　　4、Part A part B選擇性微蝕體系，微蝕后細致均勻，清潔程度較好；
　　5、吸附膠體鈀配制簡單，而且可以直接添加DI水調整液位；
　　6、后浸液穩定性好，變化較慢；
　　7、整個體系操作范圍寬，控制容易；
　　8、Neopact直接電鍍工藝對清洗水的要求較高，清洗水需采用不含NaCIO的市水或DI水。

　　品質檢驗

　　反映直接電鍍成敗的主要特征就是電鍍銅時銅的沉積速度，孔壁及無銅區的覆蓋完整程度。

　　1、直接電鍍檢驗方法

　　為了檢查直接電鍍的效果，我們設計了一種專用試驗板（雙面板），板中有三排分別為∮0.8，0.6，0.4的孔和事先蝕好的圓形（∮3～14）及長方形（4×50mm）無銅區，兩面圖形完全一樣。

　　先試驗板按正常程序走完直接電鍍，然后在試驗室里進行浸還H2SO4――板面電鍍――水洗――吹干――背光試驗。

　　板面電鍍的條件為：電流密度2－2.5A/dm2，2分鐘，室溫，空氣攪拌，陽極為磷銅板。這些條件與生產線完全一樣，只是電鍍時間短。

　　電鍍過程中可以觀察無銅區的上銅情況，在直接電鍍較為正常的情況下，電鍍30秒無銅區便可基本覆蓋完全。

　　電鍍結束經水洗吹干后，可以憑肉眼或借助檢孔鏡觀察板面，無銅區或孔壁的覆蓋情況。如果孔壁沒有空洞，無銅區覆蓋完全，說明直接電鍍很正常，可以進行生產。當然，觀察孔壁是關鍵，無銅區可能由于夾具等問題致使板子兩面供電不一致而使部分無銅區不能完全覆蓋，事實證明這種情況（孔壁覆蓋完全）也是完全可以進行生產的。

　　經肉眼觀察如有疑問，可以做背光試驗進一不驗證。實踐表面直接電鍍正常時其背光級數通常可以到10級。

　　如果孔壁有空洞，背光級數低說明直接電鍍有問題，需觀察孔壁的具體情況，分析原因并有針對性的調整溶液。

　　鍍層性能測試

　　將直接電鍍的板件按正常工藝進行以后的工序生產，最后對蝕刻后及成品鍍層進行如下試驗。

　　1．耐熱沖擊試驗

　　按照IPC－TM－659（288攝氏度，10s，三次）對成品鍍層進行耐熱沖擊試驗，結果表面及孔內鍍層無分層斷裂情況，鍍層整體光亮；對蝕刻后鍍層進行288攝氏度/10s/五次〕熱沖擊，結果孔內鍍層無分層，斷裂情況。

　　2．拉脫強度

　　按照GB4677.3－84進行無焊盤金屬化孔拉脫強度試驗，結果全部合格。

　　廢水處理

　　Neopact直接電鍍廢水處理也非常簡單，普通的廢水處理站即可完成，其具體的處理方法如下：

　　1．洗滌水：

　　各種槽液帶出的洗滌用水可以直接送到中和系統中中和沉淀。

　　2.調整液：

　　首先用水按5：1的比例稀釋溶液，再用NaOH溶液調節pH＝10，加粉末Na2S2O8250g/100L, 反應1.5小時后加入15％的Na2S溶液，直至在硝酸鉛試紙上出現淺棕色，在pH＝9時進行過濾，濾出溶液可以放入最后中和的廢水中。

　　3.微蝕液

　　加入亞硫酸鈉，直至槽液中氧化劑完全分解后進行中和處理即可。

　　4.預浸液

　　可以直接進行中和處理。

　　5.吸附液

　　可以直接進行中和處理。

　　6.后浸液

　　將溶液用水稀釋3倍后，加10％的Na2S溶液，直至醋酸鉛試紙變黃為止。然后加石灰乳劑使pH＝12，并加入CaCI2溶液，使之最佳凝聚，最后過濾，并將濾液pH值調到6.5～9.5即可。

　　結論

　　1.該工藝控制范圍寬，操作簡單，溶液穩定，維護簡單。
　　2.質量穩定可靠，孔內無銅率可以為零；鍍層性能好，完全可以取代傳統化學沉銅。
　　3.該工藝環境污染小，廢水處理溶液。
　　4.該工藝可以投入大規模生產。