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1、LOGO第第7章章 孔金属化技术孔金属化技术现代印制电路原理和工艺现代印制电路原理和工艺孔金属化技术孔金属化技术 概述概述 1钻孔技术钻孔技术 2去钻污工艺去钻污工艺 3化学镀铜技术化学镀铜技术 4一次化学镀厚铜孔金属化工艺一次化学镀厚铜孔金属化工艺 5孔金属化的质量检测孔金属化的质量检测 6直接电镀技术直接电镀技术 LOGO孔金属化技术孔金属化技术v孔金属化工艺是印制电路板制造技术中最为重要孔金属化工艺是印制电路板制造技术中最为重要的工序之一的工序之一v目前的金属化孔主要有三类：埋孔、盲孔和过孔目前的金属化孔主要有三类：埋孔、盲孔和过孔埋孔盲孔过孔图7-1多层挠性线路中的过孔、埋孔和盲孔LO
2、GO孔金属化技术孔金属化技术v 那么孔金属化到底是怎么定义的呢？那么孔金属化到底是怎么定义的呢？v孔金属化是指在两层或多层印制板上钻出所需要孔金属化是指在两层或多层印制板上钻出所需要的过孔，各层印制导线在孔中用化学镀和电镀方的过孔，各层印制导线在孔中用化学镀和电镀方法使绝缘的孔壁上镀上一层导电金属使之互相可法使绝缘的孔壁上镀上一层导电金属使之互相可靠连通的工艺。双面印制板或多层印制办制造工靠连通的工艺。双面印制板或多层印制办制造工艺的核心问题是孔金属化过程。艺的核心问题是孔金属化过程。LOGO孔金属化技术孔金属化技术v 其质量的好坏受三个工艺控制，这三个工艺是其质量的好坏受三个工艺控制，这三个
3、工艺是v1、钻孔技术。、钻孔技术。v2、去钻污工艺。、去钻污工艺。v3、化学镀铜工艺。、化学镀铜工艺。LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.2 钻孔技术钻孔技术v目前印制电路板通孔的加工方法包括目前印制电路板通孔的加工方法包括数控钻孔数控钻孔、机械冲孔机械冲孔、等离子体蚀孔等离子体蚀孔、激光钻孔激光钻孔、化学蚀孔化学蚀孔等。等。孔金属化线蚀刻机LOGO影响钻孔的六个主要因素影响钻孔的六个主要因素 钻头钻头 钻床钻床 工艺参数工艺参数 盖板及垫板盖板及垫板 加工环境加工环境 加工板材加工板材 因素因素LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.2.2激光钻孔v微小孔的加工是生产高密度互连（微小孔的加工
4、是生产高密度互连（HDI）印制板）印制板的重要步骤，激光钻孔是目前最容易被人接受的的重要步骤，激光钻孔是目前最容易被人接受的微小孔的加工方式。微小孔的加工方式。PCB激光钻孔机激光钻孔机 LOGO孔金属化技术孔金属化技术v1.1.激光成孔的原理激光成孔的原理 激光射到工件的表面时会发生三种现象即反射、激光射到工件的表面时会发生三种现象即反射、吸收和穿透。吸收和穿透。v激光钻孔的主要作用就是能够很快地除去所要加激光钻孔的主要作用就是能够很快地除去所要加工的基板材料，它主要靠光热烧蚀和光化学裂蚀工的基板材料，它主要靠光热烧蚀和光化学裂蚀或称之为切除。或称之为切除。LOGO孔金属化技术孔金属化技术v
5、 3.3.激光钻孔加工激光钻孔加工 (1).CO21).CO2激光成孔的不同的工艺方法激光成孔的不同的工艺方法 (1).(1).开铜窗法开铜窗法 (2).(2).开大窗口工艺方法开大窗口工艺方法 (3).(3).树脂表面直接成孔工艺方法树脂表面直接成孔工艺方法 (4).(4).采用超薄铜箔的直接烧蚀的工艺方法采用超薄铜箔的直接烧蚀的工艺方法LOGO孔金属化技术孔金属化技术图75示：采用CO2激光“开大窗口”成孔 左图底垫已经进行除钻污处理 LOGO孔金属化技术孔金属化技术v (2).(2).NdNd：YAGYAG激光钻孔工艺方法激光钻孔工艺方法 v NdNd：YAGYAG激光技术在很多种材料上
6、进行徽盲孔与激光技术在很多种材料上进行徽盲孔与通孔的加工。其中在聚酰亚胺覆铜箔层压板上钻通孔的加工。其中在聚酰亚胺覆铜箔层压板上钻导通孔，最小孔径是导通孔，最小孔径是25m25m。LOGO孔金属化技术孔金属化技术v 1).1).根据两类激光钻孔的速度采取两种并用的工根据两类激光钻孔的速度采取两种并用的工艺方法艺方法 基本作业方法就是先用基本作业方法就是先用YAGYAG把孔位上表面的铜把孔位上表面的铜箔烧蚀，然后再采用速度比箔烧蚀，然后再采用速度比YAGYAG钻孔快的钻孔快的CO2CO2激光激光直接烧蚀树脂后成孔。直接烧蚀树脂后成孔。图76 两类激光钻孔并用的工艺方法LOGO孔金属化技术孔金属化
7、技术v2).2).直接成孔工艺方法直接成孔工艺方法UVUV YAG YAG可直接穿铜与烧树脂及纤维而成孔基本原理可直接穿铜与烧树脂及纤维而成孔基本原理和工艺方法和工艺方法 采用采用YAGYAG激光钻微盲孔两个步骤：激光钻微盲孔两个步骤：第第一一枪打穿铜箔，枪打穿铜箔，第第二二步清除孔底余料。步清除孔底余料。LOGO孔金属化技术孔金属化技术v化学蚀孔方法比等离子等离子体蚀孔、激光蚀孔化学蚀孔方法比等离子等离子体蚀孔、激光蚀孔法价格便宜，能蚀刻法价格便宜，能蚀刻50m50m以下的孔。但所能蚀刻以下的孔。但所能蚀刻的材料有限，主要针对聚酰亚胺材料。的材料有限，主要针对聚酰亚胺材料。LOGO孔金属化技
8、术孔金属化技术v钻污的产生是由印制板的材料组成决定的钻污的产生是由印制板的材料组成决定的7.3 7.3 去钻污工艺去钻污工艺环氧树脂或环氧玻纤布铜层图77 刚性板的组成结构聚酰亚胺丙烯酸、环氧类热固胶膜铜层图78 挠性板组成结构LOGO孔金属化技术孔金属化技术v当前去钻污方法有很多，分干法和湿法两种当前去钻污方法有很多，分干法和湿法两种v干法处理是在真空环境下通过等离子体除去孔壁干法处理是在真空环境下通过等离子体除去孔壁内钻污。内钻污。v湿法处理包括浓硫酸、浓铬酸、高锰酸钾和湿法处理包括浓硫酸、浓铬酸、高锰酸钾和PIPI调调整处理，整处理，LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.3.1等离子体处
9、理法等离子体处理法1.1.等离子体去钻污凹蚀原理等离子体去钻污凹蚀原理v等离子体是电离的气体，整体上显电中性，是一种带电粒等离子体是电离的气体，整体上显电中性，是一种带电粒子组成的电离状态，称为物质第四态。子组成的电离状态，称为物质第四态。2.2.等离子体去钻污凹蚀系统等离子体去钻污凹蚀系统v印制板专用的等离子体化学处理系统印制板专用的等离子体化学处理系统-等离子体去腻污凹等离子体去腻污凹蚀系统蚀系统孔金属化双面电路互连型LOGO等离子体处理工艺过程等离子体处理工艺过程等离子体去钻污凹蚀等离子体去钻污凹蚀等离子体去钻污凹蚀等离子体去钻污凹蚀高压湿喷砂高压湿喷砂高压湿喷砂高压湿喷砂 去除玻璃纤维
10、去除玻璃纤维去除玻璃纤维去除玻璃纤维 烘板烘板烘板烘板 等离子体等离子体等离子体等离子体凹蚀处理凹蚀处理凹蚀处理凹蚀处理 LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.3.27.3.2浓硫酸去钻污浓硫酸去钻污v 由于由于H2SO4H2SO4具有强的氧化性和吸水性，能将环氧树脂炭具有强的氧化性和吸水性，能将环氧树脂炭化并形成溶于水的烷基磺化物而去除。反应式如下：化并形成溶于水的烷基磺化物而去除。反应式如下：v除钻污的效果与浓除钻污的效果与浓H2SO4H2SO4的浓度、处理时间和溶液的温度的浓度、处理时间和溶液的温度有关。用于除钻污的浓有关。用于除钻污的浓H2SO4H2SO4的浓度不得低于的浓度不得低于8
11、686，室温，室温下下20402040秒钟，如果要凹蚀，应适当提高溶液温度和延长秒钟，如果要凹蚀，应适当提高溶液温度和延长处理时间。处理时间。浓H2SO4CmH2nOnmCnH2OLOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.3.37.3.3碱性高锰酸钾处理法碱性高锰酸钾处理法 1 1.溶胀溶胀v溶胀环氧树脂，使其软化，为高锰酸钾去钻污作准备。溶胀环氧树脂，使其软化，为高锰酸钾去钻污作准备。2.2.去钻污去钻污v利用高锰酸钾的强氧化性，使溶胀软化的环氧树脂钻污氧利用高锰酸钾的强氧化性，使溶胀软化的环氧树脂钻污氧化裂解。化裂解。3 3还原还原v去除高锰酸钾去钻污残留的高锰酸钾、锰酸钾和二氧化锰去除高锰酸
12、钾去钻污残留的高锰酸钾、锰酸钾和二氧化锰LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.3.4 PI7.3.4 PI调整法去钻污调整法去钻污 1 1.浸去离子水浸去离子水v用去离子水浸泡，去掉一些钻污和自来水用去离子水浸泡，去掉一些钻污和自来水 2.2.去钻污去钻污v添加剂把聚酰亚胺和丙烯酸胶膜腻污溶涨，使其容易被分添加剂把聚酰亚胺和丙烯酸胶膜腻污溶涨，使其容易被分解和去除。接着聚酰亚胺钻污与联胺（胫）反应分解，从解和去除。接着聚酰亚胺钻污与联胺（胫）反应分解，从而去除掉相应的钻污。而去除掉相应的钻污。3.3.自来水洗自来水洗v去钻污后要充分清洗去钻污后要充分清洗LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.4
13、.1化学镀铜的原理化学镀铜的原理v它是一种自催化氧化还原反应，在化学镀铜过程它是一种自催化氧化还原反应，在化学镀铜过程中中Cu2得到电子还原为金属铜，还原剂放出电得到电子还原为金属铜，还原剂放出电子，本身被氧化。子，本身被氧化。1.1.化学镀铜反应机理化学镀铜反应机理:v Cu2 Cu2L L2e=Cu2e=CuL L 2HCHO 2HCHO4OH4OH2HCOO2HCOO2H22H22e2eH2OH2O Cu2 Cu2+2HCHO+4OH+2HCHO+4OHCu+2HCOO-+2H2O+H2Cu+2HCOO-+2H2O+H27.4 7.4 化学镀铜技术化学镀铜技术LOGO孔金属化技术孔金属化
14、技术v副反应副反应 2Cu2 2Cu2HCOHHCOH5OH5OHCu2OCu2OH HOOOO Cu2OCu2OH2O2CuH2O2Cu+2OH2OH 2Cu2CuCuCuCu2Cu2 2H2HCOH+NaOHHCOH+NaOHHCOONaCOONaCH3CH3OHOHLOGO孔金属化技术孔金属化技术v2 2化学镀铜液的稳定性化学镀铜液的稳定性v在化学镀铜液中加入适量的稳定剂，并采用空气在化学镀铜液中加入适量的稳定剂，并采用空气搅拌溶液搅拌溶液v严格控制化学镀铜液的操作温度严格控制化学镀铜液的操作温度v严格控制化学镀铜液严格控制化学镀铜液PH值值v连续过滤化学镀铜液连续过滤化学镀铜液v在镀液
15、中加入高分子化合物掩蔽新生的铜颗粒在镀液中加入高分子化合物掩蔽新生的铜颗粒LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.4.27.4.2化学镀铜的工艺过程化学镀铜的工艺过程1.1.典型孔金属化工艺流程：典型孔金属化工艺流程：v钻孔板钻孔板去毛刺去毛刺去钻污去钻污清洁调整处理清洁调整处理水洗水洗 粗化粗化水洗水洗预浸预浸活化处理活化处理水洗水洗加速处加速处理理水洗水洗化学镀铜化学镀铜二级逆流漂洗二级逆流漂洗水洗水洗 浸浸酸酸 电镀铜加厚电镀铜加厚 水洗水洗 干澡干澡LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.5.1 双面印制板一次化学镀厚铜双面印制板一次化学镀厚铜v1.用液体感光胶（抗电镀印料）制作双面电路图
16、形。然后蚀刻图形。v2.网印或幕帘式涂布液体感光阻焊剂，制出阻焊图形v3.再用液体感光胶涂布板面，用阻焊底片再次曝光，显 影，使孔位焊盘铜裸露出来。v4.钻孔v5.化学镀厚铜v6.化学镀铜层涂抗氧化助焊剂LOGOv7.5.27.5.2多层板一次化学镀厚铜工艺多层板一次化学镀厚铜工艺v1.1.用液体感光胶制作内层电路用液体感光胶制作内层电路 v2.2.多层叠层与压制多层叠层与压制 v3.3.用液体感光胶制作外层电路用液体感光胶制作外层电路 v4.4.印阻焊掩膜，固化印阻焊掩膜，固化 v5.5.用稀释的液体感光胶涂布面，用阻焊掩膜曝光，露出用稀释的液体感光胶涂布面，用阻焊掩膜曝光，露出焊盘焊盘 v
17、6.6.钻孔钻孔 v7.7.H2SO4/HFH2SO4/HF凹蚀处理凹蚀处理 v8.8.粗化，活化，粗化，活化，NaOHNaOH解胶解胶 v9.9.化学镀厚铜化学镀厚铜20m 20m 孔金属化技术孔金属化技术LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.6.17.6.1背光试验法背光试验法v背光试验法是检查孔壁化学镀铜完整性最常用的背光试验法是检查孔壁化学镀铜完整性最常用的方法。方法。LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.6.2玻璃布试验玻璃布试验v玻璃布试验是为了检查化学镀铜槽液活性而设计玻璃布试验是为了检查化学镀铜槽液活性而设计的一种验证方法。的一种验证方法。v7.6.3金相显微剖切金相显微剖切v
18、金相显微剖切是观察孔壁上除钻污、化学铜及电金相显微剖切是观察孔壁上除钻污、化学铜及电镀层全貌和厚度的最可靠方法镀层全貌和厚度的最可靠方法LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.7.1 概述概述v直接电镀的优点：直接电镀的优点：v(1)(1)不含传统的化学不含传统的化学CuCu产品。产品。v(2)(2)工艺流程简化，取消了反应复杂的化学工艺流程简化，取消了反应复杂的化学CuCu槽液；减少槽液；减少了中间层（化学了中间层（化学CuCu沉积层）。改善了电镀沉积层）。改善了电镀CuCu的附着力，提的附着力，提高了高了PCBPCB的可靠性。的可靠性。v(3)(3)减少了控制因素，简化了溶液分析、维护和管理
19、。减少了控制因素，简化了溶液分析、维护和管理。v(4)(4)药品数量减少，生产周期短，废物处理费用减少，降药品数量减少，生产周期短，废物处理费用减少，降低了生产的总成本。低了生产的总成本。v(5)(5)提供了一种新的流程提供了一种新的流程选择性直接电镀（或称完全选择性直接电镀（或称完全的图形电镀）。的图形电镀）。7.77.7直接电镀技术直接电镀技术LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.7.2 7.7.2 钯系列钯系列v1 1技术原理技术原理v钯系列方法是通过吸附钯系列方法是通过吸附PdPd胶体或钯离子，使印制胶体或钯离子，使印制板非导体的孔壁获得导电性，为后续电镀提供了板非导体的孔壁获得导电性
20、，为后续电镀提供了导电层导电层.v2.工艺流程工艺流程 以典型的以典型的Neopact法工艺流程见表法工艺流程见表74。LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.7.3 7.7.3 导电性高分子系列导电性高分子系列 非导体表面在高锰酸钾碱性水溶液中发生化学反应生成二非导体表面在高锰酸钾碱性水溶液中发生化学反应生成二氧化锰层氧化锰层,然后在酸溶液中然后在酸溶液中,单体吡咯或吡咯系列杂环化合单体吡咯或吡咯系列杂环化合物在非导体表面上失去质子而聚合，生成紧附的不溶性导物在非导体表面上失去质子而聚合，生成紧附的不溶性导电聚合物。将附有这类导电聚合物的印制板直接电镀完成电聚合物。将附有这类导电聚合物的印制板
21、直接电镀完成金属化。金属化。1.1.技术原理技术原理v(1)(1)吡咯的导电机理吡咯的导电机理v(2)(2)覆铜板上覆盖聚吡咯膜覆铜板上覆盖聚吡咯膜v(3)(3)导电膜上电镀铜原理导电膜上电镀铜原理LOGO孔金属化技术孔金属化技术v2 2工艺概述工艺概述v使用导电性有机聚合物的直接金属化工艺称之为使用导电性有机聚合物的直接金属化工艺称之为DMS(DirectDMS(Direct Metallization System)Metallization System)工艺工艺.它可以分它可以分为前处理为前处理,生成导电性聚合物膜和酸性硫酸铜电镀三个基生成导电性聚合物膜和酸性硫酸铜电镀三个基本阶段本阶
22、段,.,.v钻孔后的覆铜箔板钻孔后的覆铜箔板水洗水洗整平整平水洗水洗氧化氧化水洗水洗单单体溶液催化体溶液催化水洗水洗干燥干燥.然后进行板面电镀然后进行板面电镀,板面图形电板面图形电镀或完全图形电镀镀或完全图形电镀LOGO导电膜上电镀铜工艺导电膜上电镀铜工艺 整平整平把钻孔后的印制板浸在65的整平剂溶液中3,然后取出,在25,于去离子水中漂洗2min。氧化DMS过程综合处理的目的是在孔壁内(含表面)生成一层连续的、无空洞的、结合牢固的致密沉积铜 催化催化催化剂是有机物的单体溶液.当覆盖有二氧化锰氧化层的印制板孔壁接触酸性单体溶液,便在非导体孔壁表面上生成不溶性导电聚合物层,作为以后直接电镀的基底
23、导电层 电镀电镀 将涂覆有导电性有机聚合物膜的印制板置于普通电镀铜溶液中电镀.电镀时间取决于印制板的板厚/孔径比,一般30内完成孔金属化LOGO孔金属化技术孔金属化技术v7.7.37.7.3碳黑系列碳黑系列CC黑导电膜。黑导电膜。取消化学镀铜工艺的直接电镀工艺的研究取消化学镀铜工艺的直接电镀工艺的研究,其中较为其中较为成熟的工艺之一是利用碳黑悬浮液的直接电镀成熟的工艺之一是利用碳黑悬浮液的直接电镀,碳黑碳黑/石墨石墨基直接金属化是以石墨为分散相的所谓黑孔化技术。基直接金属化是以石墨为分散相的所谓黑孔化技术。其工艺程序为其工艺程序为:v1)1)采用碳黑悬浮液涂覆采用碳黑悬浮液涂覆PCBPCBv2)2)干燥干燥,彻底除去碳黑悬浮液中的悬浮介质，在彻底除去碳黑悬浮液中的悬浮介质，在PCBPCB孔壁上孔壁上获得连续碳黑层获得连续碳黑层v3)3)采用导电性石墨层悬浮液涂覆采用导电性石墨层悬浮液涂覆PCBPCB v4)4)干燥干燥,彻底除去石墨悬浮液中的悬浮介质，在彻底除去石墨悬浮液中的悬浮介质，在PCBPCB孔壁的孔壁的碳黑层获得连续石墨层；碳黑层获得连续石墨层；v5)5)直接电镀，在碳黑直接电镀，在碳黑/石墨层上直接电镀金属。石墨层上直接电镀金属。LOGOLOGO