[摘要] 酸性鍍銅工藝在印制板生產(chǎn)中占有重要地位。本文簡述了印制板生產(chǎn)對酸性鍍銅工藝的要求。

介紹FD-3102酸性鍍銅工藝的研制。

[關(guān)鍵詞] 酸性鍍銅、添加劑、印制板

酸性光亮鍍銅工藝迄今為止已有一百多年的歷史。其優(yōu)點(diǎn)為成份簡單、成本低。但存在均鍍能力差，鍍層粗糙，不光亮等缺點(diǎn)。通過近幾十年來的研制，現(xiàn)代的酸性鍍銅工藝已具有良好的分散能力和深鍍能力，可獲得結(jié)晶細(xì)致、光亮的具有良好的導(dǎo)電性能的銅層。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，酸性鍍銅工藝已在印制板生產(chǎn)中占有重要的位置。

印制板是電子工業(yè)重要的電子部件之一，幾乎所有的電子設(shè)備，小到電子表、手機(jī)，大到計(jì)算機(jī)、通訊設(shè)備，主要的集成電路等電子元器件，為了它們之間電氣互連都要使用印制板。

從六十年代金屬孔化、雙面印制板的大規(guī)模生產(chǎn)，到七十年代多層印制板發(fā)展，并不斷向高精度、高速度、細(xì)線、小孔、高可靠、低成本、自動化、連續(xù)生產(chǎn)的方向發(fā)展。進(jìn)人90年代，多層印制板技術(shù)迅速發(fā)展，新型的印制板具有埋盲孔，孔徑為Φ0.15mm，導(dǎo)線密度和間距在0.lmm以下的高密度積層式薄型多層板。酸性鍍銅作為印制板化學(xué)沉積銅后的加厚鍍層和作為圖形電鍍的底鍍層。一般化學(xué)沉積銅厚度在0.5～2um，必須電鍍5～8um的銅層，鍍銅液必須具有良好的分散能力和深鍍能力，使板面鍍層與孔內(nèi)壁厚度比接近1:1。由于印制板的后道工序波峰焊溫度在260～270℃，以及熱固化整平(溫度在232。C)時，不至于因環(huán)氧樹脂基體上銅鍍層的膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致銅層產(chǎn)生斷裂(環(huán)氧樹脂的膨脹系數(shù)為12.8×10-5/℃，銅的膨脹系數(shù)為0.68×10-5/rC)，這要求柔軟性好。目前，普通的酸性鍍銅光亮劑難以達(dá)到現(xiàn)代電鍍印制板工藝的要求。

l 研制方向

硫酸鹽鍍銅用于印制板電鍍，采用的是硫酸銅濃度低，硫酸濃度高。即：低銅高酸工藝，具有較好的分散能力，但在鍍液內(nèi)沒有合適的添加劑，不可能獲得有使用價值的鍍層。隨著化學(xué)工業(yè)的發(fā)展新興合成材料問世，使鍍銅工藝有了較大的發(fā)展。國外一些著名的電鍍添加劑生產(chǎn)廠家都生產(chǎn)出了一些性能優(yōu)良的適于印制板的酸性鍍銅添加劑。國內(nèi)研制酸銅始于70年代初期，通過幾十年的研制，也掌握了一些規(guī)律。大量的專利文獻(xiàn)的報(bào)導(dǎo)，也促進(jìn)了酸銅工藝的發(fā)展。如含S及N的雜環(huán)化合物或磺酸鹽，這一類的化合物具有較好的光亮度。某些含硫基的雜環(huán)化合物，既可得到較好光亮度又有填平作用，可以說既是光亮劑又是填平劑，此類添加劑必須與二硫化合物配合，才能獲得范圍較寬、光亮度較好的鍍層。某些聚醚類的化合物，即表面活性劑與上述添加劑配合后。由于其能夠在陰極與液界面上定向排列和產(chǎn)生吸附作用，從而提高了陰卷化作用，除了它的潤濕作用可以消除銅鍍層產(chǎn)生針孔、麻砂現(xiàn)象外，使鍍層的晶粒更加均勻、細(xì)致和緊密對印制板電鍍來講是極為重要的。如目前國內(nèi)應(yīng)用較廣的M、N、H1、SP、P、TPS、OP乳化劑等。由于這些原料通過不同的搭配研制成的添加劑在國內(nèi)具有較大市場，搭配得當(dāng)也可獲得較好的效果。但此類光亮劑控制范圍較窄。低區(qū)走位較差，添加劑的組份在溶液內(nèi)有變化對外觀、分散能力都帶來較大影響。我們在對試驗(yàn)中就有體會。在新研制的鍍液中搭配得當(dāng)，從霍爾槽試片外觀、分散能力與國外相差不大。但電解消耗后，一些性能較好的添加劑，整個試片外觀亮度均勻下降，補(bǔ)加后恢復(fù)如初，性能較差的添加劑，電解以后，電流區(qū)還比較光亮，但低區(qū)已明顯失光，分散能力下降，盡管補(bǔ)加添加劑以后又可恢復(fù)，但整個電鍍過程中的變化影響較大，對印制板而言，會造成嚴(yán)重的影響。為改善以上缺陷，如在苯基噻唑的基團(tuán)上聯(lián)接一個苯胺基團(tuán)，它與非離子表面活性劑和有機(jī)硫化合物組合能在低電流區(qū)范圍內(nèi)改善整平和均勻沉積。在添加劑中補(bǔ)加聚乙烯化合物。傳統(tǒng)含氧聚合物使用中的缺點(diǎn)就是電解液的穩(wěn)定性問題。正常使用時這些化合物會分解，隨著溫度的升高分解現(xiàn)象變得十分明顯。為改善上現(xiàn)象，提供一個含聚烷基乙烯醚化合物，滿足裝飾和增強(qiáng)線路板導(dǎo)電性的電鍍。此外，根據(jù)性能要求，也與聚吩嗪化合物或含氮硫化合物很好的結(jié)合。某些染料的應(yīng)用，如晶體紫色、酰胺以及具有阿樸藏花紅的酞青衍生物，特別是對表面活性劑的選擇。由于國內(nèi)酸銅中間體較少，我們在參閱了大量國內(nèi)外資料的基礎(chǔ)上與風(fēng)帆化工公司配合，配制成FD3102印制板電鍍酸性鍍銅添加劑。本工藝的特點(diǎn)為：

(1)可獲得均勻、細(xì)致、良好導(dǎo)電性能、良好外觀的光亮鍍層。

(2)鍍層厚度均勻，板面厚度與孔壁厚度接近1:1。

(3)鍍銅層與基體結(jié)合牢固，在鍍后的后續(xù)工序加過程中，不會出現(xiàn)起泡、起皮等現(xiàn)象。

(4)鍍液穩(wěn)定、添加劑單一型補(bǔ)加、便于維護(hù)、操作范圍寬、管理容易。

(5)添加劑分解產(chǎn)物少，處理周期長，雜質(zhì)容忍性高。

2. 電鍍工藝

2.1 工藝配方

硫酸銅 60～100g/L

硫酸 170～220g/L

Cl- 40～100mg/L

FD3102M 2～3ml/L(僅新槽用)

FD3102 2～3ml/L

DK 1～3A/dm2

溫度 室溫

陽極 含磷1～3‰

SA:SK 2:1或更高

攪拌 連續(xù)過濾、空氣攪拌、陰極移動

2.2 溶液的配制

(1).將鍍槽及備用槽清洗干凈。

(2).內(nèi)加入計(jì)算量的硫酸，由于硫酸的放熱反應(yīng)，溶液溫度會升高，在此條件下加入計(jì)算量的硫酸銅，攪拌至完全溶解。

(3)加入1～2ml/L H2O2，攪拌1小時，升溫到60~65℃，保溫1小時，以趕走多余的H2O2。

(4)加活性炭3g/L，攪拌1小時，靜置2小時后，過濾直至溶液無炭粉為止，將溶液轉(zhuǎn)入鍍槽中。

(5)以1～3Ah/L電解溶液。

(6)補(bǔ)加添加劑，電解數(shù)小時后即可試鍍。

2.3各成份的作用

(1)硫酸和硫酸銅。在鍍銅溶液中，硫酸銅與硫酸是溶液的主要成份。在鍍液中，它們是互相依存關(guān)系，硫酸銅和硫酸的比電阻(?·cm)25。C見表1。

表l

隨著硫酸濃度增加比電阻降低，溶液導(dǎo)電性能顯

著提高，硫酸濃度以170～230g/L為宜。濃度太低，溶液導(dǎo)電性能差，鍍液分散能力下降，濃度太高，會降低Cu+2的遷移率。效率反應(yīng)會降低，而且對銅鍍層的延伸率不利。我們采用遠(yuǎn)近陰極法，硫酸銅為70g/L，硫酸200g/L的條件下，補(bǔ)加國外某添加劑與FD3102測試分散能力結(jié)果如下表2。每個數(shù)據(jù)做5次，取平均值。

表2

(2)氯離子。氯離子含量影響較大，在工藝范圍內(nèi)才能獲得滿意鍍層。含量過低，鍍層整平性和光亮下降，鍍層粗糙，外觀色澤不均勻。含量過高，低區(qū)整平、光亮下降，孔眼處發(fā)紅。

(3)添加劑。無添加劑的溶液只能得到粗糙無光的鍍層，補(bǔ)加FD3102后，才能獲得光亮、填平性能好、結(jié)晶細(xì)致的銅層。除配制新槽或大處理槽液后補(bǔ)加FD3102M外，以后只需補(bǔ)加FD3102添加劑即可。消耗量在80～120ml/kAh。光亮劑過低，整個鍍層外觀光亮下降。光亮劑過高，孔眼處鍍層發(fā)白霧。

(4)陽極。在酸銅溶液中銅陽極主要溶解成為Cu+2，Cu2+離子在陰極上放電還原成金屬銅。普通電解銅板作為陽極溶解時會產(chǎn)生一部份Cu1+和銅粉，造成鍍層粗糙，光亮下降。為避免和盡量少產(chǎn)生Cu1+，光亮酸銅需采用含磷1～3‰的磷銅板。這類陽極在溶解時會產(chǎn)生一層黑色膜，它的成份是Cu3P。這層黑膜具有金屬的導(dǎo)電性(電層率1.5×104 ? –1 -cm)，它覆蓋在銅陽極的表面，加速Cu+1氧化，減少了Cu+1的積累和產(chǎn)生，大大減少Cu+1進(jìn)入溶液的機(jī)會。光亮酸性鍍銅必須采用磷銅陽極才能保持生產(chǎn)正常。

2.4操作條件的影響

1.溫度

溫度對鍍液性能影響較大。隨著溫度的升高，允許電流密度提高，沉積速度加快。但溫度過高，添加劑的消耗增大鍍層結(jié)晶粗糙。溫度過低電流密度開不大，高區(qū)容易燒焦。印制板電鍍溫度應(yīng)控制在20～30。C。

2.電流密度

電流密度的高低與溫度、攪拌、主鹽濃度的高低等因素有關(guān)。當(dāng)其它因素一致時，鍍液內(nèi)允許的電流密度范圍也就一定了。提高電流密度，可以提高沉積速度。一般在保證鍍層質(zhì)量的前提下，盡量使用較高的電流密度，這樣可以提高生產(chǎn)效率。 由于印制板圖形多種多樣，對準(zhǔn)確的施鍍面積有一定的難度。根據(jù)工廠條件，有采用膜面積積分儀、稱重法、計(jì)算機(jī)計(jì)算圖形面積。對于一般工廠，也可采用估算法。估算待鍍線條占全板面積的百分?jǐn)?shù)。就可以通過全板面積估算施鍍面積，此法比較粗糙，但簡單快捷。這種方法與估算人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。

3.攪拌和過濾

攪拌可以消除濃差極化，從而提高電流密度。攪拌可以用空氣攪拌或陰極移動。陰極移動的方向最好與陽極表面成一定的角度，這樣有利于孔內(nèi)溶液流動，孔內(nèi)氣泡也能及時被趕走。移動次數(shù)以15～20次/分，移動幅度25～50mm為佳。用空氣攪拌可以給溶液帶來中度到強(qiáng)烈的攪拌。同時提供了一定氧氣，促進(jìn)溶液中的Cu+氧氣成Cu2+。

由于攪拌對溶液翻動較大，這就對溶液的清潔程度提出了高要求，為保證印制板電鍍的質(zhì)量，應(yīng)配備連續(xù)過濾裝備(特別是空氣攪拌)。不論采用聚丙烯(PP)濾芯，還是采用其它過濾介質(zhì)，其過濾精度為5～10um。溶液每小時交換2～5次。過濾液出口安

裝在槽底，進(jìn)口安排在液面下100mm處。進(jìn)出口管

須對應(yīng)在槽子的對角線上，以達(dá)到最佳的過濾效果。

2.5溶液的維護(hù)

為了保證正常生產(chǎn)，對鍍液的精心維護(hù)是很重要的。

(1) 定期分析調(diào)整鍍液中硫酸銅、硫酸、氯離子含量，使之處于工藝規(guī)范內(nèi)。

(2)添加劑應(yīng)少加勤加，一般可根據(jù)安培小時消耗補(bǔ)加，結(jié)合赫爾槽和經(jīng)驗(yàn)調(diào)整，添加劑過低，光亮度下降，添加劑過高，孔眼處發(fā)霧，可小電流電解一段時間消除。

(3)保持鍍液的清潔，定期清洗過濾芯。掛具使用得當(dāng)，絕緣破損的掛具要及時處理，否則會帶來交叉污染影響鍍液。

(4)鍍液長時間電鍍后，由于干膜或抗電鍍油墨溶出物及板材溶出物的積累會造成鍍液有機(jī)污染。隨著時間的持續(xù)，會影響鍍層的質(zhì)量。一般每年應(yīng)進(jìn)行大理一次。如發(fā)現(xiàn)使用周期縮短，光亮劑消耗變大，外觀亮度下降時，應(yīng)處理鍍液。其處理如下：

a.在攪拌條件下加入1～2ml/L，H202，充分?jǐn)嚢?～2小時。

b.升溫到65。C，繼續(xù)攪拌2小時。

c.加入3～5g/L的活性炭，攪拌2小時。待溶液逐步降至室溫時，可取小樣做霍爾槽試驗(yàn)，鍍層無光澤后，可進(jìn)行鍍液過濾。

d.以0.55Ah/L電解鍍液，按配槽量加入FD3102添加劑并攪拌均勻，試鍍。

故 障 處 理 表