高分子导电胶直接电镀工艺

发布日期:2016-07-26

  摘要:高分子导电胶直接电镀工艺是在非金属孔壁表面上生成不溶性高分子聚合物导电层,不需要整板电镀铜层加厚就可直接进行图形电镀,从而取代传统的PTH流程。本文主要介绍我司高分子导电胶产品及其直接电镀工艺的特点和加工流程。

  关键词:直接电镀、聚合反应、水平线、整孔、催化、氧化

  一、概述

  高分子导电胶直接电镀工艺的出现是对传统PTH的挑战,它可以取代化学铜以及黑孔化、钯直接电镀工艺,具有流程短;排污少、无甲醛:节水、节电的优势,适合在水平线上加工,在反应过程中不产生氢气以及溶液表面张力低,对薄板、小孔径板的加工十分有利。

  我司推出的高分子导电胶产品代号为DM系列,产品分别是,整孔剂为DM-101A、DM-101B;氧化剂为DM-102;催化剂为DM-103A、DM-103B、DM-103C。我司高分子导电胶直接电镀工艺技术已进行初步推广使用,本文对该技术工艺特点、加工流程、与前后道工序配套生产方面做简要概述。

  二、直接电镀工艺

  1.反应原理

  首先在一种低碱性溶液中,PCB基材的非导电区沉积一层薄膜,此薄膜同样可以沉积在玻璃、聚四乙烯氟、聚酰亚胺的表面,然后在酸性高锰酸盐溶液中发生化学反应,在非导体表面上生成MnO2吸附层,它会嵌入PCB基材非导体区域的孔隙中,最后PCB基材放入一种由有机单体化合物、乳化剂、有机多元酸组成的弱酸性水溶液中,吸附有MnO2氧化剂的PCB基材接触酸性单体溶液时,便在非导体孔壁表面上生成不溶性高分子聚合物导电层,这种导电膜具有导电性,可作为以后直接电镀用的导电层,且具有耐酸性,可长时间存放。

  2.该工艺的特点

  a).不含甲醛,排出污水不含金属络合物,是环保型产品;

  b).使用水平线较低的耗水量,可降低排放的废水量和污水处理量;

  c).比传统PTH流程短,无须全板镀,设备占地面积少;操作人手减少,降低了人工成本; d).生产周期短,整个成膜三步骤只需五分钟,因而效率大为提高;

  e).水平密闭式设备,操作环境污染小,在0.6mm厚度以下的薄板、0.3mm以下小孔径板的PCB制作上优势突出;

  f).该工艺形成的导电膜可以存放达到5天的时间,使生产管控有更大的宽容度;

  3.工艺流程

  a).除股流程与传统流程相同,采用水平线线制作,即:

  入板---膨松---三级水洗---除胶渣---二级水洗---中和---二级水洗---烘干

  b).成膜流程

  整孔---二级水洗---氧化---水刀清洗---催化---=级水洗---烘干一出板检查检

  4、流程说明

  a)整孔

  由两种(DM-101A、DM-101B)浓缩液与蒸馏水或去离子水以及固体碳酸钠混合调配成的弱碱性(pH值为10.5)溶液,在非金属表面沉积一层薄膜.同时促进氧化流程中MnO2的沉积。

  b)氧化

  在一种含高锰酸钠的中性盐溶液中,可选择性的在孔内非导体材料表面覆盖一层二氧化锰层(在pH值为5~7的范围内,通过温度和沉浸时间进行成膜控制)。

  c)催化

  在一种有机单体化合物、乳化剂和有机多元酸的混合水溶液中。单体在酸性条件下通过与MnO2薄膜反应.选择性地在树脂和玻璃纤维上聚合为导电薄膜层,作为后序电镀的导电层。

  d)烘干

  除去膜层中的水分,增加膜与基材的附着力。

  e)检查

  用检孔孔镜检查孔壁覆盖是否完整。

  5、工艺条件

  表一:我司高分子导电胶DM系列化学药水工艺

  序号名称溶液开缸浓度pH温度处理时间备注

  1整孔DM-101A:30ml/L

  DM-102B:10ml/L

  Na2CO3:5g/L10-1150℃30~60SDI水配槽

  2氧化DM-102:110ml/L5-788℃55-70SDI水配槽

  3催化DM-103A:16ml/L

  DM-103A:30ml/L

  DM-103A:6ml/L1.9-2.118℃100SDI水配槽

  三、质量检测

  主要检测高分子聚合膜的导电性、电镀铜的沉积速度,以及电镀铜后孔壁与电镀铜层之间的结合强度、耐热性能等。

  1.高分子聚合膜的导电性测试

  表二:两种测试聚合膜导电性能方法

  序号方法具体步骤标准备注

  1导电膜

  背光法用专用的测试版板先过高分子导电胶水平通孔线,然后经过电镀线正常的前处理,再以20ASF电流密度,电镀10min,清洗、烘干,检查评判镀层覆盖情况。1、覆盖能力需要达到3级以上;    2、背光测试需要大于9级。

  2哈林槽上铜速率用4英寸×1英寸的边条(一端带1英寸双面铜皮,其余为基材),经过高分子导电胶水平通孔线后,用哈林槽以20ASF电流电镀5min,计算上铜速率与评定标准做比较。上铜速率需要达到3mm/min

  2、直接电镀镀层性能测试

  表三:测试项目及条件

  序号检查内容检查方法判断标准

  1表观退膜后目视观察无夹膜

  2孔铜厚度金相切片依据生产需要

  3孔无铜电测(全部飞针测试)无孔内无铜

  4浸锡热应力测试锡炉浸锡测试,288℃,10S,3次再做金相切片无孔壁分离,孔壁铜与内层铜分离,孔壁、孔角断裂现象

  5喷锡热应力测试热风整平试验,260℃,10S,3次,再电测,切片分析无孔壁分离,孔壁铜与内层铜分离,孔壁、孔角断裂现象;无孔无铜

  四、与前后工序的匹配

  1.钻孔

  对钻孔板来板同样要在去磨板机上进行处理,保证孔内无粉尘堵塞、毛刺、钻屑等。

  2.干膜图形转移

  1)做完高分子导电胶聚合膜并烘干的板隔纸交图形转移工序,如不能当班制作.可以存放在室温环境5天,不宜放于高温、高湿、有酸碱的环境中(如电镀、蚀刻工序)

  2)干膜前处理:我们用1000#磨刷加微蚀两种方式进行贴膜前的板面处理,磨痕要求在6-12mm,经后序加工,热应力试验后切观察孔口没有异常,孔铜厚度正常.报废率也没有异常,说明目前使用的工艺适用于高分子导电胶直接电镀;

  3)显影及退膜:由于碱性物质对高分子导电胶具有破坏作用,固此干膜显影要避免多次反复显影,如果必须退膜,则退膜后需要返同前工序重新过高分子导电胶水平线成膜处理。

  4)停留时间:完成图形转移的板应当在2天内电镀,存放环境同前述。

  3.图形电镀(铜光剂和干膜的选择)

  在图形转移后进行电镀,由于没有全板电镀层,所以图形电镀时必须一次将孔铜镀到工艺要求的厚度。由于使用的干膜厚度不同的生产厂有不同,这就要求特别注意镀铜加镀锡厚度如果超过干膜厚度,就会导致退膜不净,尤其是3-4mil间距板就会出现夹膜非常严重。

  在评估直接电镀生产线时,要对现有的电镀线铜光剂的深镀(TP%)能力及均镀能力(COV%)进行评价.通过对线上在用镀铜光剂做测试,以确定该系别的铜光剂、干膜与直接电镀进行是否匹配,是否适合批量性生产。

  4.后工序同正常PCB生产流程。

  五、注意事项

  1、 每次生产前必须事先补充好液位,分析并调整好药水各参数到最佳范围后才能进行生产;

  2、 生产首板前用测试板做哈林槽实验,检查基材上铜速率和孔内上膜状况;除胶线做除胶速率。

  3、 出板后需插架,待板面温度冷却至室温,方可叠板送至下工序;

  4、 水平环保通孔后的板需要在5天内完成干菲林工序。经干菲林显影后的合格板需要在2天内完成图形电镀工序,超出时间则按水平通孔返工方法处理;

  5、 各药水缸添加药水所使用的量具需严格分开使用;

  6、 水平环保通孔前后工序之工艺参数、生产物料或生产线变更时须考虑对水平环保通孔的影响,需先行试板,无品质问题后方可量产;

  7、 直接电镀药水DM-103A需要储存在温度为15-30℃范围内,其他物料与其他普通物料一致;

  8、 停工4小时以上,需要对所有药水进行分析,调整到操作范围;

  9、各段水床已覆盖上滚轮1/2为宜,在制作薄板时可以适当的降低各段的压力,以防卡板;

  10、水平通孔后干湿膜前注意事项:磨痕控制在6-12mm,对需要过水平通孔的1/3OZ底铜板需要做首件,用显微镜观察孔口底铜是否被磨掉,以确保孔口底铜完好,防止高分子导电膜被针辘刷掉。

  11、PCB板直接电镀前需要进行钻孔和去毛刺处理,同传统PTH工艺一样,来料保证孔内无粉尘堵塞、毛刺、钻屑等缺陷。

  12、图形电镀时,为了保证小孔径板孔内镀层厚度和板向铜厚的均匀性,电镀TP能力应保证85%以上及均镀能力应保持在90%以上。阴极电流密度采用18ASF,镀铜时间依据铜厚要求调整。同时如果,客户对孔铜要求很高,或者图形分布特别不均匀、板面线宽、间距又较小,为了减少报废损失,就要考虑采用2.0mil厚的干膜做图形转移。

  六、结束语

  高分子导电胶直接电镀工艺与传统PTH工艺相比有着显著的优势,完全可以替代PTH工艺,其具有简化工艺、无污染、降低成本;获得厚度均匀、附着性良好、无镀层空洞的镀铜层,同样能够使用于多层板、柔性板等。

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