沉铜

沉铜

在PCB板材钻完孔之后,板材上的孔还没具有导电的功能,需要通过化学反应在孔壁上沉积一层铜,使其具有导电性,实现通路。

PCB沉铜

一、沉铜原理

络合铜离子(Cu2+-L)得到电子而被还原为金属铜;通常是利用甲醛在强碱性环境中所具有的还原性并在Pd作用下而使Cu2+被还原。 

Pd 

    Cu2++2HCHO+40H- → Cu+2HC-O-

二、沉铜工艺流程

碱性除油→二或三级逆流漂洗→粗化(微蚀)→二级逆流漂洗→预浸→活化→二级逆流漂洗→解胶→二级逆流漂洗→沉铜→二级逆流漂洗→浸酸 

1、碱性除油 

① 作用与目的: 

除去板面油污,指印,氧化物,孔内粉尘;对孔壁基材进行极性调整(使孔壁由负电荷调整为正电荷)便于后工序中胶体钯的吸附; 

② 多为碱性除油体系,也有酸性体系,但酸性除油体系较碱性除油体系无论除油效果,还是电荷调整效果都差,表现在生产上即沉铜背光效果差,孔壁结合力差,板面除油不净,容易产生脱皮起泡现象。 

③ 碱性体系除油与酸性除油相比:操作温度较高,清洗较困难;因此在使用碱性除油体系时,对除油后清洗要求较严 

④ 除油调整的好坏直接影响到沉铜背光效果; 

2、微蚀:

 ① 作用与目的: 

除去板面的氧化物,粗化板面,保证后续沉铜层与基材底铜之间良好的结合力; 新生成的铜面具有很强的活性,可以很好吸附胶体钯; ② 粗化剂: 

目前市场上用的粗化剂主要用两大类:硫酸双氧水体系和过硫酸体系,硫酸双氧水体系优点:溶铜量大,(可达50g/L),水洗性好,污水处理较容易,成本较低,可回收, 缺点:板面粗化不均匀,槽液稳定性差,双氧水易分解,空气污染较重 

过硫酸盐包括过硫酸钠和过硫酸铵,过硫酸铵较过硫酸钠贵,水洗性稍差,污水处理较难,与硫酸双氧水体系相比,过硫酸盐有如下优点:槽液稳定性较好,板面粗化均匀, 缺点:溶铜量较小(25g/L)过硫酸盐体系中硫酸铜易结晶析出,水洗性稍差,成本较高; ③ 另外有杜邦新型微蚀剂单过硫酸氢钾,使用时,槽液稳定性好,板面粗化均匀,粗化速率稳定,不受铜含量的影响,操作简单,适宜于细线条,小间距,高频板等 。

3、预浸/活化: 

⑤ 预浸目的与作用:主要是保护钯槽免受前处理槽液的污染,延长钯槽的使用寿命,主要成分除氯化钯外与钯槽成份一致,可有效润湿孔壁,便于后续活化液及时进入孔内活化使之进行足够有效的活化; 

⑥ 预浸液比重一般维持在18波美度左右,这样钯槽就可维持在正常的比重20波美度以上; ⑦ 活化的目的与作用:经前处理碱性除油极性调整后,带正电的孔壁可有效吸附足够带有负电荷的胶体钯颗粒,以保证后续沉铜的均匀性,连续性和致密性;因此除油与活化对后续沉铜的质量起着十分重要的作用, 

⑧ 生产中应特别注意活化的效果,主要是保证足够的时间,浓度(或强度) 

⑨ 活化液中的氯化钯以胶体形式存在,这种带负电的胶体颗粒决定了钯槽维护的一些要点:保证足够数量的亚锡离子和氯离子以防止胶体钯解胶,(以及维持足够的比重,一般在18波美度以上)足量的酸度(适量的盐酸)防止亚锡生成沉淀,温度不宜太高,否则胶体钯会发生沉淀,室温或35度以下。

4、解胶: 

⑩ 作用与目的:可有效除去胶体钯颗粒外面包围的亚锡离子,使胶体颗粒中的钯核暴露出来,以直接有效催化启动化学沉铜反应, 

 ⑪原理:因为锡是两性元素,它的盐既溶于酸又溶于碱,因此酸碱都可做解胶剂,但是碱对水质较为敏感,易产生沉淀或悬浮物,极易造成沉铜孔破;盐酸和硫酸是强酸,不仅不利与作多层板,因为强酸会攻击内层黑氧化层,而且容易造成解胶过度,将胶体钯颗粒从孔壁板面上解离下来;一般多使用氟硼酸做主要的解胶剂,因其酸性较弱,一般不造成解胶过度,且实验证明使用氟硼酸做解胶剂时,沉铜层的结合力和背光效果,致密性都有明显提高;

5、沉铜 

⑫ 作用与目的:通过钯核的活化诱发化学沉铜自催化反应,新生成的化学铜和反应副产物氢气都可以作为反应催化剂催化反应,使沉铜反应持续不断进行。通过该步骤处理后即可在板面或孔壁上沉积一层化学铜。 

 ⑬原理:利用甲醛在碱性条件下的还原性来还原被络合的可溶性铜盐。 

 空气搅拌:槽液要保持正常的空气搅拌,目的是氧化槽液中的亚铜离子和槽液中的铜粉,使之转化为可溶性的二价铜。 

沉铜工艺在是一个比较复杂的流程,在完成沉铜之后还要进行电镀,增加沉铜的厚度,以达到设定的厚度。


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