??
一、概述
黑孔化直接電鍍的出現(xiàn)對傳統(tǒng)的PTH是個挑戰(zhàn)，它最大特點(diǎn)就是替代傳統(tǒng)的化學(xué)鍍銅工藝，利用物理作用形成的導(dǎo)電膜就可以直接轉(zhuǎn)入電鍍。從效率觀點(diǎn)分析，由于其構(gòu)成的工藝程序簡化，減少了控制因素，與傳統(tǒng)PTH制造程序相比較，使用藥品數(shù)量減少，生產(chǎn)周期大大縮短，因此生產(chǎn)效率大幅度提高，同時污水處理費(fèi)用減少，使印制電路板制造的總成本降低。
二、黑孔化直接電鍍的特點(diǎn)
1.黑孔化液不含有傳統(tǒng)的化學(xué)鍍銅成分，取消甲醛和危害生態(tài)環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)如EDTA、NTA、EDTP等在配方中使用，屬于環(huán)保型產(chǎn)品。
2.工藝流程簡化，黑孔化制程只需12分鐘，代替了極薄而難以控制的中間層（化學(xué)鍍銅層），從而改善電鍍銅的附著力，提高了PCB/FPC孔金屬化的可靠性。
3.溶液的分析、維護(hù)和管理使用程序大幅度簡化。
4.與傳統(tǒng)的PTH相比，操作便捷，生產(chǎn)周期短，廢物處理費(fèi)用減少，從而降低了生產(chǎn)的總成本。
5.提供了一種新的工藝流程 —— 選擇性直接電鍍。
三、黑孔化直接電鍍技術(shù)
3.1 黑孔化原理
它是將精細(xì)的石墨和碳黑粉浸涂在孔壁上形成導(dǎo)電層，然后進(jìn)行直接電鍍。它的關(guān)鍵技術(shù)就是黑孔溶液成分的構(gòu)成。首先將精細(xì)的石墨和碳黑粉均勻的分散在介質(zhì)內(nèi)即去離子水中，利用溶液內(nèi)的表面活性劑使溶液中均勻分布的石墨和碳黑顆粒保持穩(wěn)定，同時具有良好的潤濕性能，使石墨和碳黑能充分被吸附在非導(dǎo)體的孔壁表面上，形成均勻細(xì)致的、結(jié)合牢固的導(dǎo)電層。
3.2 構(gòu)成成分
黑孔化溶液主要有精細(xì)的石墨和碳黑粉（顆粒直徑為0.2-0.3μm）、液體分散介質(zhì)即去離子水和表面活性劑等組成。
3.3 各種成分的作用
（1）石墨和碳黑粉：它是構(gòu)成黑孔化溶液的主要部分，起到導(dǎo)電作用。
（2）液體分散介質(zhì)：是用于分散石墨和碳黑粉的高純度去離子水。
（3）表面活性劑：主要作用是增進(jìn)石墨和碳黑懸浮液的穩(wěn)定性和潤濕性能。
（4）工藝條件：PH值：9.5—10.5，使用溫度：25-32度。
（5）最佳處理面積：300-600 c㎡/克。
3.4 黑孔化溶液的成分的選擇與調(diào)整
（1）使用的表面活性劑，無論是陽離子、陰離子和非離子表面活性劑均可使用，但必須是可溶的、穩(wěn)定的和能與其他成分形成均勻的液體。
（2）為提高黑孔化液的穩(wěn)定性，最好采用氫氧化鉀或試劑氨水調(diào)節(jié)溶液的PH值。
（3）用去離子水作為黑孔化溶液的分散介質(zhì)。
3.5 黑孔化工藝流程和工藝說明
（1）清潔整孔處理 水清洗 黑孔化處理 干燥 微蝕處理水清洗 電鍍銅
（2）工藝說明
清潔整孔處理：黑孔化溶液內(nèi)石墨和碳黑帶有負(fù)電荷，和鉆孔后的孔壁樹脂表面所帶負(fù)電荷相排斥，不能靜電吸附，直接影響石墨碳黑的吸附效果。通過調(diào)整劑所帶正電荷的調(diào)節(jié)，可以中和樹脂表面所帶的負(fù)電荷甚至還能賦予孔壁樹脂正電荷，以便于吸附石墨和碳黑。
水清洗：清洗孔內(nèi)和表面多余的殘留液。
黑孔化處理：通過物理吸附作用，使孔壁基材的表面吸附一層均勻細(xì)致的石墨碳黑導(dǎo)電層。
水清洗：清洗孔內(nèi)和表面多余的殘留液。
干燥：為除去吸附層所含水分，可采用短時間高溫和長時間的低溫處理，以增進(jìn)石墨碳黑與孔壁基材表面之間的附著力。
微蝕處理：首先用堿金屬硼鹽溶液處理，使石墨和碳黑層呈現(xiàn)微溶脹、，生成微孔通道。這是因?yàn)樵诤诳谆^程中，石墨碳黑不僅被吸附在孔壁上，而且也吸附在內(nèi)層銅環(huán)及基板的表面銅層上，為確保電鍍銅與基體銅有良好的結(jié)合，必須將銅上的石墨碳黑除去。為此只有石墨和碳黑層生成微孔通道，才能被蝕刻液除去。因蝕刻液通過石墨和碳黑層生成的微孔通道浸蝕到銅層，并使銅面微蝕掉1-2μm左右，使銅上的石墨碳黑因無立足之處而被除掉，而孔壁非導(dǎo)體基材上的石墨和碳黑保持原來的狀態(tài)，為直接電鍍提供良好的導(dǎo)電層。
檢查：用檢孔鏡或體視顯微鏡檢查孔內(nèi)表面涂覆是否完整、均勻。
電鍍銅：帶電入槽，并采用沖擊電流，確保導(dǎo)電鍍層全部被覆蓋。
最近美諾電化有限公司推出印制電路板黑孔化工藝新方法，見表1所示：
表1 撓性板(多層)直接電鍍工藝規(guī)范
|
工序 號 |
工序名稱 |
使用溶液 |
工藝條件 |
備注 | ||||
|
成分 |
含量（g/L） |
|
溫度（℃） |
時間（分） |
| |||
|
1 |
消除應(yīng)力 |
|
|
|
60~75 |
120~240 |
| |
|
丙酮 |
（75%） |
|
|
30 |
丙酮25% 體積比 | |||
|
2 |
化學(xué)除油 |
|
|
擦拭 |
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
| |||
|
3 |
流動水清洗 |
|
|
|
|
|
| |
|
4 |
除鉆污 |
堿性高錳酸鉀 |
|
4—5% （重量比） |
|
室溫 |
3-5 |
試用法 |
|
等離子處理法 |
|
|
|
|
|
| ||
|
5 |
清潔/調(diào)整 |
MN-715A 去離子水 |
10%（v/v） 90%（v/v） |
|
60-66 |
1.5 |
| |
|
6 |
流動水清洗 |
|
|
|
|
|
| |
|
7 |
去離子水洗 |
|
|
|
|
|
| |
|
8 |
冷風(fēng)干 |
|
|
|
|
|
| |
|
9 |
黑孔化溶液 |
MN-701A |
100%（比重1.01-1.03）PH值9.5-10.5 固形分2.8-3.2% |
|
25~32 |
1.5~3 |
最佳2分鐘 | |
|
10 |
熱風(fēng)干 |
|
|
|
|
|
| |
|
11 |
微蝕 |
MN-726A |
|
|
室溫或 25-35 |
1.5~2 |
| |
|
12 |
流動清水洗 |
|
|
|
|
|
| |
|
13 |
熱風(fēng)干 |
|
|
|
|
|
| |
|
14 |
酸性電鍍銅 |
|
|
|
|
|
| |
3.6注意事項
（1）黑孔溶液槽內(nèi)裝有循環(huán)攪拌裝置，采用水平生產(chǎn)線時使用超聲波方式為最佳，也可以采用水刀噴淋的方式。
（2）采用浸漬方式的干燥可利用烘箱或烘道，溫度為80~85℃，時間2~3分鐘。水平式應(yīng)設(shè)置冷熱風(fēng)干燥段。如加工的特殊材料不耐高溫，應(yīng)采用60~65℃，時間8~10分鐘進(jìn)行干燥；如果用黑孔液制做厚度超過1.0mm以上的FR-4或聚四氟乙烯及CEM-3板，烘干→溫度要定在95℃，時間2分鐘。
（3）黑孔液要定期進(jìn)行固行分及PH值的檢測。在正常使用的條件下，固行分是不會減少的，如果出現(xiàn)固行分減少的現(xiàn)象，采用美諾公司的MN-701B進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)黑孔液的PH值低于9.5時，溶液的活性相應(yīng)降低，必須用試劑氨水將其調(diào)整到位。
（4）黑孔液的儲藏溫度為2~40℃；
（5）在特殊基材上，如聚酰亞胺、聚酯、聚四氟乙烯等，可采用兩次黑孔化處理，其工藝流程如下：
四、質(zhì)量檢查方法
直接電鍍質(zhì)量的優(yōu)劣，就是要分析和研究黑孔化溶液的涂層的導(dǎo)電性和電鍍銅的沉積速度。涂層的導(dǎo)電性強(qiáng)弱與導(dǎo)電層的微觀結(jié)構(gòu)相關(guān)，又同導(dǎo)電層的厚度和基板的厚度有關(guān)，前處理后，電鍍銅之前對印制板之間的電阻值進(jìn)行檢測，因?yàn)樗臏y試數(shù)據(jù)可以反映直接電鍍程序所形成的導(dǎo)電層質(zhì)量狀態(tài)，以便更有把握控制鍍銅加厚工序的工藝參數(shù)；同時還能在短時間內(nèi)鍍銅后直觀通孔銅的覆蓋率來反映直接電鍍性能的優(yōu)劣。
可以制定或采用下列方法進(jìn)行檢測：
4.1 直接電鍍層品質(zhì)檢驗(yàn)
（1）按照工藝要求制定“測試板”幾何尺寸，根據(jù)雙面板孔徑分布的狀態(tài)和孔徑大小，選擇適當(dāng)?shù)目讛?shù)量，按照黑孔化工藝流程進(jìn)行，不經(jīng)鍍銅直接清水洗、烘干，用儀器測定“測試板”兩面的孔電阻值的大小。評定方法為：從完成黑孔液化工藝制程的印制板中隨機(jī)抽取3-5塊，不經(jīng)鍍銅，用儀器測定印制板兩面的孔電阻大小。當(dāng)兩面阻值≤100Ω為優(yōu)良；100Ω < 阻值≤500Ω為良好；500Ω< 阻值≤1000Ω為合格；阻值 > 1000Ω需檢查各項控制指標(biāo)，并且要進(jìn)行調(diào)整。
（2）從完成直接電鍍制程的印制板中隨機(jī)抽取三塊或五塊經(jīng)正常電鍍前處理后進(jìn)行全板電鍍（時間5分鐘），然后取出清洗，再對孔電鍍效果進(jìn)行觀察。如果孔內(nèi)表面覆蓋著銅，屬于合格，如有空洞，即需對各控制工藝參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
（3）將經(jīng)過全板電鍍的基板，按照顯微切片程序進(jìn)行切割所需要的切片做背光測試，如孔鍍層有0-1透光點(diǎn)（三個孔導(dǎo)通孔）為合格，2個以上的透光點(diǎn)為不合格。
（4）用霍氏槽進(jìn)行測試：按照霍氏槽用片相同幾何尺寸的覆銅箔板，在板的中間部分用蝕刻方法制成0.8×50（mm）、1.6×50（mm）、3.2×50（mm）的無銅區(qū)，再將此板進(jìn)行直接電鍍處理后，風(fēng)干，在霍氏槽中電鍍（正常電流為2A），觀察無銅區(qū)鍍上銅的時間，一般在2-3分鐘內(nèi)應(yīng)全部鍍上。
（5）用電阻測試經(jīng)驗(yàn)判斷法：因?yàn)楦鞣N型號的生產(chǎn)板幾何尺寸大小各不相同，孔徑、孔數(shù)量也不相同，經(jīng)過直接電鍍處理后兩面的電阻在一定的范圍波動。為此，需在生產(chǎn)過程中積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，更好的掌握各種類型孔徑合格品電阻值范圍。
當(dāng)然直接電鍍的品質(zhì)檢測的方法很多，以上這幾種品質(zhì)檢測方法，比較簡單、有效和容易操作。
4.2 直接電鍍層的性能檢測
直接電鍍銅的雙面板或多層板，孔內(nèi)鍍銅層度厚度按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定25μm，經(jīng)測定后銜合要求，需經(jīng)過熱沖擊試驗(yàn)，方法如下：
（1）使用“可焊性測試儀”：溫度控制在288℃、時間10秒，進(jìn)行三次熱沖擊試驗(yàn)，然后再制成金相切片進(jìn)行測試，孔鍍層完整、無端裂、裂紋。
（2）熱風(fēng)整平試驗(yàn)：將產(chǎn)品在260℃下通過三次熱風(fēng)整平，再制成金相切片進(jìn)行測試，孔鍍層完整無缺陷比較理想。
（1）基板直接電鍍前需要進(jìn)行鉆孔和去毛刺，同樣對孔質(zhì)量的要求是嚴(yán)格的，應(yīng)確?？變?nèi)無鉆屑、粉末堵塞、毛刺等缺陷。直接電鍍風(fēng)干后進(jìn)行光成像即貼膜、曝光和顯影。為此，直接電鍍至貼膜前停放的時間不能太長，最好直接電鍍后直接進(jìn)行貼膜。
（2）圖形電鍍前的除油應(yīng)使用與直接電鍍兼容的酸性除油劑。同時還要注意光成像電鍍前存放的時間不超過24小時。
（3）圖形電鍍時，電鍍時間應(yīng)控制在半個小時，陰極電流密度采用2A/d㎡，以確?？變?nèi)鍍層厚度。
