Neopact直接電鍍工藝的應(yīng)用

　摘要：本文敘述了Neopact直接電鍍工藝的應(yīng)用，包括工藝過(guò)程及控制，各參數(shù)對(duì)溶液性能的影響，品質(zhì)檢驗(yàn)，廢水處理等。該工藝穩(wěn)定可靠，控制容易而且環(huán)境污染小，廢水處理簡(jiǎn)單，可以取代傳統(tǒng)化學(xué)沉銅工藝，投入規(guī)模生產(chǎn)。

　　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(lái)，這項(xiàng)全新的技術(shù)引起了人們的高度重視，并在印制板行業(yè)得到了飛速的發(fā)展和應(yīng)用。

　　眾所周知，傳統(tǒng)的印制板化學(xué)沉銅工藝具有其自身無(wú)法克服的缺點(diǎn)：

　?。?）含有甲醛這一致癌物質(zhì)，嚴(yán)重影響操作者的身體健康，污染環(huán)境；

　　（2）含有大量的絡(luò)合劑，致使廢水處理困難；

　　（3）自身氧化還原體系，容易自發(fā)分解，難以控制等。

　　直接電鍍工藝則具有化學(xué)沉銅不可比擬的優(yōu)越性：不含甲醛，EDTA等絡(luò)合物，污染小，容易控制，成品率高，廢水處理簡(jiǎn)單，所以直接電鍍也稱為"環(huán)保電鍍"。

　　直接電鍍經(jīng)過(guò)近四十年的發(fā)展，如今已形成了成熟的工藝技術(shù)，其化學(xué)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(guò)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(diào)整Ⅰ―調(diào)整Ⅱ―二級(jí)DI水洗―微蝕―二級(jí)水洗―預(yù)浸―吸附―二級(jí)DI水洗―后浸―二級(jí)DI水洗―浸H2SO4 酸―板鍍銅—二級(jí)水洗―烘干

　　二、直接電鍍工序的作用

　　調(diào)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(diào)整Ⅱ：主要是調(diào)整孔壁，使帶負(fù)電荷的絕緣表面轉(zhuǎn)變?yōu)閹д姾?，提高孔壁?duì)帶負(fù)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(chǎn)生一定的均勻細(xì)致的微觀粗糙度，從而提高銅面的附著力。
　　預(yù)浸：保護(hù)活化液，防止雜質(zhì)，氧化物帶入活化液，延長(zhǎng)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(chǔ)。
　　后浸：去除鈀周圍的有機(jī)絡(luò)合物及還原劑，顯著提高鈀層的導(dǎo)電能力，從而確保在大面積的非導(dǎo)體表面也能獲得有效而可靠的直接電鍍層。

　　三、工藝參數(shù)的影響

　　為了更好地控制工藝過(guò)程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，我們需要弄清各個(gè)工藝參數(shù)對(duì)品質(zhì)及槽液性能的影響，現(xiàn)結(jié)合質(zhì)量及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)將其總結(jié)如 下，供同行參考。

　　1、調(diào)整

　　NeopactUX濃度：過(guò)低時(shí)覆蓋能力差，背光級(jí)數(shù)低，對(duì)于板厚大于2mm的板將會(huì)出現(xiàn)中央環(huán)形空洞。過(guò)高時(shí)，覆蓋能力極好，但會(huì)影響到鍍層與基銅間 的結(jié)合力，內(nèi)層互連缺陷增加。

　　pH值：過(guò)低時(shí)覆蓋能力差，當(dāng)pH值低于范圍0.5-1時(shí)，這種缺陷就非常明顯肉眼可見(jiàn)。過(guò)高時(shí)，溶液中有機(jī)物降解加快，壽命縮短，并需經(jīng)常補(bǔ)加。

　　溫度：過(guò)低時(shí)覆蓋率降低，但影響較小，肉眼不易發(fā)現(xiàn)，如板子在不潤(rùn)濕的狀態(tài)進(jìn)入時(shí)，小孔濕潤(rùn)性將會(huì)受到影響，從而影響到小孔的調(diào)整效果。

　　銅含量：在處理板子的過(guò)程中，溶液中的銅離子會(huì)不斷增加，但它對(duì)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(biāo)準(zhǔn)的FR－4板上發(fā)現(xiàn)。

　　2、微蝕

　　Part A 濃度：過(guò)高時(shí)，微蝕速度過(guò)高，從而造成內(nèi)層銅箔的負(fù)蝕，溶液中銅離子濃度增加很快并縮短溶液壽命；過(guò)低時(shí)，清潔效果差，銅與銅之間的結(jié)合力差。

　　Part B 濃度：過(guò)高時(shí)，對(duì)覆蓋能力有一些影響；過(guò)低時(shí)，清潔效果差。銅含量：過(guò)高時(shí)，Part消耗極快，而且清潔效果差。

　　溫度：過(guò)高時(shí)，微蝕速率高，銅溶解快，重新開(kāi)缸頻率高；過(guò)低時(shí)，清潔效果不佳。

　　3、預(yù)浸

　　磷酸濃度：過(guò)高時(shí)，直接導(dǎo)致吸附液pH值超標(biāo)。

　　溫度：過(guò)高時(shí)，溶解銅太多，直接導(dǎo)致吸附液中的銅離子增加。

　　銅含量：過(guò)高時(shí)，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(guò)低時(shí)，覆蓋率及溶液穩(wěn)定性均會(huì)受到影響，并對(duì)銅與銅之間的結(jié)合力有負(fù)面影響，當(dāng)鈀濃度低于150ppm時(shí)，將導(dǎo)致不可挽回的損失并需要重新開(kāi)缸。過(guò)高時(shí)，高達(dá)350ppm都不會(huì)有負(fù)面影響，只是成本增加。

　　溫度：過(guò)高時(shí)，覆蓋率稍好，但會(huì)縮短溶液壽命。過(guò)低時(shí)，覆蓋率降低，還原劑的添加劑反應(yīng)遲鈍。?

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

　　pH值：過(guò)高時(shí)，覆蓋率欠佳但影響不大。過(guò)低時(shí)，膠體老化加快，當(dāng)pH低于1.4 時(shí)，覆蓋率極差，尤其是在玻璃纖維表面；同時(shí)氧 化還原電位會(huì)超出范圍，并且不能通過(guò)添加還原劑使其復(fù)原。

　　銅含量：過(guò)高時(shí)，氧化還原電位極不穩(wěn)定，很難保持要求范圍之內(nèi)，而且銅極易沉積在氧化還原電極表面，影響電位的測(cè)定。銅含量過(guò)高，也會(huì)縮短溶液壽命，降低覆蓋率并引起鍍層結(jié)合力問(wèn)題，銅的絕對(duì)濃度高和銅的增長(zhǎng)速度快（>50mg/L/周）都有較大的影響。

　　5、后浸

　　后浸劑濃度：過(guò)低時(shí)，覆蓋率會(huì)有所降低。過(guò)高時(shí)，沒(méi)有負(fù)面影響。

　　pH值：本溶液是一種穩(wěn)定的緩沖體系，溶液呈堿性時(shí)，對(duì)鍍層不會(huì)有影響，如果呈酸性將導(dǎo)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(tǒng)化學(xué)沉銅后鍍銅大，一般控制在2.0-2.5A/dm2,電鍍時(shí)間15min，鍍層可達(dá)0.3mil。添加劑方面，有機(jī)添加劑過(guò)量添加對(duì)覆蓋率有影響，所以添加劑的添加一般應(yīng)控制在下限。過(guò)多的光亮劑也會(huì)引起環(huán)狀空洞，另外后浸劑的帶入還會(huì)造成拐角裂紋(Coner cracks)

　　工序成份控制范圍ml/L 時(shí) 間分 溫 度℃ PH 分 析頻 率 消 耗 量ml/m3 藥 水 壽 命m2/L
　　調(diào)整Ⅰ調(diào)整劑UX緩沖劑50-6050-60 5－7 60 11－12 兩天一次 2020 4
　　調(diào)整Ⅱ調(diào)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(yù)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(dòng)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(wàn)ALL

　　工藝參數(shù)的控制體會(huì)

　　1、溶液穩(wěn)定性較好，產(chǎn)品質(zhì)量也很穩(wěn)定；
　　2、調(diào) 整Ⅰ， 調(diào) 整Ⅱ的作用各有側(cè)重，所以調(diào)整Ⅰ的溫度，pH值比調(diào)整Ⅱ高，而調(diào)整Ⅱ的Neopact UX濃度比調(diào)整Ⅰ高，這樣控制其效果會(huì)更好一些；另外，調(diào)整Ⅰ中Neopact UX消耗相對(duì)較快一些，應(yīng)注意補(bǔ)加；
　　3、調(diào)整劑可以用化學(xué)方法分析，這給控制帶來(lái)了方便；
　　4、Part A part B選擇性微蝕體系，微蝕后細(xì)致均勻，清潔程度較好；
　　5、吸附膠體鈀配制簡(jiǎn)單，而且可以直接添加DI水調(diào)整液位；
　　6、后浸液穩(wěn)定性好，變化較慢；
　　7、整個(gè)體系操作范圍寬，控制容易；
　　8、Neopact直接電鍍工藝對(duì)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(zhì)檢驗(yàn)

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

　　1、直接電鍍檢驗(yàn)方法

　　為了檢查直接電鍍的效果，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種專用試驗(yàn)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(zhǎng)方形（4×50mm）無(wú)銅區(qū)，兩面圖形完全一樣。

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

　　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(yáng)極為磷銅板。這些條件與生產(chǎn)線完全一樣，只是電鍍時(shí)間短。

　　電鍍過(guò)程中可以觀察無(wú)銅區(qū)的上銅情況，在直接電鍍較為正常的情況下，電鍍30秒無(wú)銅區(qū)便可基本覆蓋完全。

　　電鍍結(jié)束經(jīng)水洗吹干后，可以憑肉眼或借助檢孔鏡觀察板面，無(wú)銅區(qū)或孔壁的覆蓋情況。如果孔壁沒(méi)有空洞，無(wú)銅區(qū)覆蓋完全，說(shuō)明直接電鍍很正常，可以進(jìn)行生產(chǎn)。當(dāng)然，觀察孔壁是關(guān)鍵，無(wú)銅區(qū)可能由于夾具等問(wèn)題致使板子兩面供電不一致而使部分無(wú)銅區(qū)不能完全覆蓋，事實(shí)證明這種情況（孔壁覆蓋完全）也是完全可以進(jìn)行生產(chǎn)的。

　　經(jīng)肉眼觀察如有疑問(wèn)，可以做背光試驗(yàn)進(jìn)一不驗(yàn)證。實(shí)踐表面直接電鍍正常時(shí)其背光級(jí)數(shù)通?？梢缘?0級(jí)。

　　如果孔壁有空洞，背光級(jí)數(shù)低說(shuō)明直接電鍍有問(wèn)題，需觀察孔壁的具體情況，分析原因并有針對(duì)性的調(diào)整溶液。

　　鍍層性能測(cè)試

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

　　1．耐熱沖擊試驗(yàn)

　　按照IPC－TM－659（288攝氏度，10s，三次）對(duì)成品鍍層進(jìn)行耐熱沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表面及孔內(nèi)鍍層無(wú)分層斷裂情況，鍍層整體光亮；對(duì)蝕刻后鍍層進(jìn)行288攝氏度/10s/五次〕熱沖擊，結(jié)果孔內(nèi)鍍層無(wú)分層，斷裂情況。

　　2．拉脫強(qiáng)度

　　按照GB4677.3－84進(jìn)行無(wú)焊盤(pán)金屬化孔拉脫強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果全部合格。

　　廢水處理

　　Neopact直接電鍍廢水處理也非常簡(jiǎn)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(tǒng)中中和沉淀。

　　2.調(diào)整液：

　　首先用水按5：1的比例稀釋溶液，再用NaOH溶液調(diào)節(jié)pH＝10，加粉末Na2S2O8250g/100L, 反應(yīng)1.5小時(shí)后加入15％的Na2S溶液，直至在硝酸鉛試紙上出現(xiàn)淺棕色，在pH＝9時(shí)進(jìn)行過(guò)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(jìn)行中和處理即可。

　　4.預(yù)浸液

　　可以直接進(jìn)行中和處理。

　　5.吸附液

　　可以直接進(jìn)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(guò)濾，并將濾液pH值調(diào)到6.5～9.5即可。

　　結(jié)論

　　1.該工藝控制范圍寬，操作簡(jiǎn)單，溶液穩(wěn)定，維護(hù)簡(jiǎn)單。
　　2.質(zhì)量穩(wěn)定可靠，孔內(nèi)無(wú)銅率可以為零；鍍層性能好，完全可以取代傳統(tǒng)化學(xué)沉銅。
　　3.該工藝環(huán)境污染小，廢水處理溶液。
　　4.該工藝可以投入大規(guī)模生產(chǎn)。