CN102791085A

CN102791085A - 一种印制电路板通孔电镀铜方法

Info

Publication number: CN102791085A
Application number: CN2012103038641A
Authority: CN
Inventors: 周国云; 何为; 王守绪; 周珺成; 陶志华; 张怀武; 肖强
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2012-11-21

Abstract

一种印制电路板通孔电镀铜方法，属于印制电路板制造领域。本发明采用需要通孔电镀铜的印制电路板镀件作为隔离板将电镀槽体隔成高低液面两个电镀槽，通过高低位电镀液槽之间的压力差来使得镀液在印制电路板通孔中保持流动和更新，可消除印制电路板通孔电镀过程中的毛细管效应，减小电镀液分布对通孔镀层厚度的影响，从而提高镀层的均匀性和通孔深镀能力。整个方法非常简单、容易实现，特别适用于高厚径比通孔的电镀，且电镀过程中无需摇摆阴极，镀液无需充气搅拌。

Description

一种印制电路板通孔电镀铜方法

技术领域

本发明属于印制电路板制造领域，特别涉及到一种印制电路板高厚径比通孔电镀铜的方法。

背景技术

印制电路板是一类重要的电子产品基本部件，电子产品的发展趋势要求其层数增加，通孔变小，从而导致通孔的厚径比（通孔深度与通孔直径之比）增大。当通孔的厚径比增大，如果采用传统的摇摆打气电镀的方式镀铜，就会导致镀层厚度在孔口到中心处成梯度式减薄，导致通孔的金属化质量很难满足要求。在行业中，印制电路孔金属化深镀能力是一个重要的评价指标。深镀能力，即孔壁平均镀层厚度与电路板表面镀层厚度的比值。黎钦源等使用传统的摇摆打气电镀的方式在1.2A/dm³的电流密度，对深度2.00mm、直径为0.25mm的通孔进行电镀，其深镀能力只有50%（参考文献:[1]黎钦源,吕红刚,刘攀.高厚径比HDI通盲孔电镀参数研究.印制电路信息,2009,(Z1):217~224）。由于通孔的电镀难度与电流密度分布、电镀液交换速率、孔的直径、孔的厚度等参数相关。因此，高厚径比的微孔电镀是本技术领域的一个技术难题。

印制电路板中高厚径比通孔电镀技术的核心提高电镀技术的深镀能力。为克服传统电镀技术中存在的电流密度分布、电镀液交换速率等影响深镀能力的问题，人们从以下个方面进行了技术改进，其一是使用有脉冲电镀，二是改进镀液配方，三是采用强制对流电镀。脉冲电镀是现在生产实践中解决高厚径比通孔电镀的主要方法，对于孔厚径比在10:1以上通孔电镀具有很好的效果，例如参考文献[1]黎钦源等对深度3.00mm、直径为0.25mm的通孔进行电镀，其深镀能力可达到78%。但是，脉冲电镀设备昂贵，耗电量增加，使得很多企业望成莫及。为此，可在传统摇摆打气方法的基础上，通过调整镀液配方，添加高分散性电镀添加剂，采用低电流密度的方法来提高深镀能力，例如王芳槐等采用高分散添加剂，硫酸铜:盐酸为1:15~18，电流密度为1A/dm³电镀孔径为0.3，深度为2.4的通孔，其深镀能力为73.7%（参考文献[2]：王芳槐,江民权，李俊江．高厚径比多层板电镀工艺实践．第二届全国青年印制电路学术年会论文．2002年，深圳）。改进镀液配方的方法对于8:1的孔厚径比电镀几乎达到了极限，如参考文献[2]中孔厚径比为10:1时，其深镀能力低于50%。采用强制对流电镀，通过向阴极喷射电镀液，使得镀液在通孔内强制对流从而提高电镀液在孔内的交换速率，达到提高深镀能力的目的。该方法简便易行，电镀成本低，对于直径较大的通孔效果明显，但是，对于微小孔，由于毛细管效应，电镀液很难进入孔内，电镀液交换效果不明显，电镀深镀能力很难提高（参考文献:[3]李文宾.喷嘴垂直喷流电镀方法.中国发明专利.2005-09-07）。对于脉冲电镀和改进配方的方法电镀的高厚径比微小通孔，由于毛细管效应亦难以达到电镀要求。

发明内容

本发明提供一种新型印制电路板通孔电镀铜方法。该方法采用镀件将电镀室隔离为两个电镀槽，其中一个电镀槽内的电镀液面高于另一个电镀槽的电镀液面，二者之间形成压力差，使得镀液流经通孔，从而实现通孔电镀过程中孔内溶液快速交换；同时采用抽水泵将低液面电镀槽中的电镀液回抽至高液面的电镀槽中以维持压力差。本发明通过巧妙的设计镀液压力差，可消除印制电路板通孔电镀过程中的毛细管效应，使得通孔深镀能力提高，特别适用于高厚径比的印制电路板通孔电镀铜，且电镀过程中无需打气、摇摆。

本发明技术方案如下：

一种印制电路板通孔电镀铜方法，如图1所示，包括：1）采用需要通孔电镀铜的印制电路板镀件作为隔离板将电镀槽体隔成两个电镀槽，其中一个电镀槽内的电镀液面高于另一个电镀槽的电镀液面，二者之间形成压力差，使得镀液可以通过通孔从高位电镀液槽流入低位电镀液槽，孔内镀液不断得到更新；2）采用抽水泵将低液面电镀槽中的电镀液回抽至高液面的电镀槽中以维持压力差；3）通孔电镀铜采用直流电镀，电镀过程中无需摇摆阴极，镀液无需充气搅拌。

根据上述技术方案，本领域技术人员容易想到，不同厚径比的印制电路通孔需要的压力差是不一样的：厚径比越大的通孔，采用本发明电镀铜时所需要的压力差越大。而本发明提供的印制电路板通孔电镀铜的方法，所述高位电镀液槽和低位电镀液槽之间的压力差是可调节的，具体调节方式可采用控制抽水泵回抽电镀液的速度予以控制。电镀过程中，通过调节高低位电镀液槽之间的压力差来调节镀液在通孔内流动的速率，从而调整镀液在孔内的交换速率。当增加该压力差时，也可消除高厚径微小通孔所产生的毛细管效应，实现微小孔内镀液中的铜离子通过对流更新。

电镀铜过程中，由于镀液在通孔内溶液不断地流动而得到更新，孔内的铜离子浓度、电镀液电阻率等参数与主体溶液接近，其镀层厚度差异只受电流密度分布的影响，而电镀液浓度对其影响较小。通过实现通孔内溶液不断地得到更新，从而消除电镀溶液交换速率或铜离子扩散的差异而造成孔壁镀层不均匀，深镀能力低的现象。

本发明中所述的通孔，可以是印制电路板中不同厚径比的通孔，特别适用于高厚径比的微小通孔。

综上所述，本发明提供的印制电路板通孔电镀铜方法，采用高低位电镀液槽之间的压力差来使得镀液在印制电路板通孔中保持流动和更新，可消除印制电路板通孔电镀过程中的毛细管效应，减小电镀液分布对通孔镀层厚度的影响，从而提高镀层的均匀性和通孔深镀能力。整个方法非常简单、容易实现，特别适用于高厚径比通孔的电镀，且电镀过程中无需摇摆阴极，镀液无需充气搅拌。

附图说明

图1为本发明电镀方法示意图。

图中，1-电源；2-电镀槽；3-阳极；4-高位镀液槽；5-低位镀液槽；6-隔离挡板；7-印制电路板；8-电镀通孔

具体实施方式

对比实施例1

使用机械数控机在印制电路覆铜基板上钻0.25mm通孔，板材为生益36/1.6FR-4双面覆铜板料，通孔厚径比为6:1。除去钻污后，进行化学镀铜。

作为本发明的对比实施例，将样品在电流1.5A/dm³，打开左右摇摆和打气，电镀1h。电镀完后，制作金相显微切片，在金相显微镜下测量1h内电镀层的厚度。测试结果表明，孔壁镀层厚度增加了16μm，深镀能力为64%。

实施例2

按照本发明的方法，使用同一批电镀液，将样品在电流1.5A/dm³，压力差为8cm液面高度差条件下电镀1h。电镀完后，制作金相显微切片，在金相显微镜下测量1h内电镀层的厚度。测试结果表明，孔壁镀层厚度增加了19μm；孔壁均匀性好，深镀能力为78%。

实施例3

使用机械数控机在印制电路覆铜基板上钻0.25mm通孔，板材为生益36/1.6FR-4双面覆铜板料，通孔厚径比为6：1。除去钻污后，进行化学镀铜。

按照传统方法，但不打气、不摇摆，将样品在电流2A/dm³电镀1h。电镀完后，制作金相显微切片，在金相显微镜下测量1h内电镀层的厚度。测试结果表明，孔壁镀层厚度增加了11.5μm，深镀能力为38%。

实施例4

按照本发明的方法，使用同一批电镀液，将样品在电流2A/dm³，压力差为14cm液面高度差条件下电镀1h。电镀完后，制作金相显微切片，在金相显微镜下测量1h内电镀层的厚度。测试结果表明，高镀液侧孔口被电镀铜堵住，孔壁镀层厚度从高镀液侧向低镀液侧梯度递减，高位为21μm，低位为12μm。

由于电流密度大，而且镀液更新速率快，过大的电流密度及压力差导致孔口铜的电镀速率快，从而堵住孔口。因此，本发明方法在电镀过程中电流密度，压力差应控制在合适的范围。

实施例5

使用机械数控机在印制电路覆铜基板上钻0.20mm通孔，板材为生益覆铜板压合的六层印制电路板，板厚2.16cm，通孔厚径比为11:1。除去钻污后，在炭黑溶液中摇摆两次10min，然后使用传统摇摆打气方法在电流1.5A/dm³下电镀铜100min。

电镀完后，制作金相显微切片，在金相显微镜下测量100min内电镀层的厚度。测试结果表明，孔壁镀层厚度从孔口向中心呈梯度式降低，最厚处为18μm，六层中第三到第四层铜没有镀上，出现断路。

实施例6

使用机械数控机在印制电路覆铜基板上钻0.20mm通孔，板材为生益覆铜板压合的六层印制电路板，板厚2.16cm，通孔厚径比为11:1。除去钻污后，使用本方法在电流1.5A/dm³，压力差为8cm液面高度差条件下电镀1h。

电镀完后，制作金相显微切片，在金相显微镜下测量1h内电镀层的厚度。测试结果表明，测试结果表明，孔壁镀层厚度增加了16μm，最薄处10μm；电镀的深镀能力为75%。

Claims

1.一种印制电路板通孔电镀铜方法，包括：1）采用需要通孔电镀铜的印制电路板镀件作为隔离板将电镀槽体隔成两个电镀槽，其中一个电镀槽内的电镀液面高于另一个电镀槽的电镀液面，二者之间形成压力差，使得镀液可以通过通孔从高位电镀液槽流入低位电镀液槽，孔内镀液不断得到更新；2）采用抽水泵将低液面电镀槽中的电镀液回抽至高液面的电镀槽中以维持压力差；3）通孔电镀铜采用直流电镀，电镀过程中无需摇摆阴极，镀液无需充气搅拌。

2.根据权利要求1所述的印制电路板通孔电镀铜的方法，其特征在于，所述高位电镀液槽和低位电镀液槽之间的压力差可调节。

3.根据权利要求2所述的印制电路板通孔电镀铜的方法，其特征在于，所述压力差的调节方式采用控制抽水泵回抽电镀液的速度予以控制。