印刷电路板孔金属化的方法
【技术领域】
本发明涉及电路板领域, 尤其涉及一种印刷电路板孔金属化的方法。
【背景技术】
传统的印刷电路板孔金属化的方法是采用化学镀铜。 化学镀铜是一种 不用外加电流, 在绝缘材料表面沉积铜的方法, 其是一种自身催化的氧化 还原反应。 首先在绝缘材料表面吸附金属催化粒子, 如钯离子, 然后, 在 化学镀铜溶液中, 铜离子被还原, 沉积在材料表面的催化层上, 成为新生 的铜晶核, 不断新生的铜晶核又成为不断新生的催化层, 经过自身催化, 材料表面沉积一层铜。 当铜的厚度到达一定厚度(背光 8级以上)后, 再 通过电镀铜来增加铜的厚度, 达到导电的要求。 化学镀铜工艺是电路板孔 金属化生产的主要工艺, 但其需要使用曱醛、 钯、 鳌合物等有害物质, 且 化学镀铜工艺的基材铜和电镀铜之间存在钯金属, 容易分层, 影响连接。
【发明内容】
基于此, 有必要提供一种能有效减少有毒物质使用且基材铜与电镀铜 之间连接较好的印刷电路板孔金属化的方法。
一种印刷电路板孔金属化的方法, 包括将钻孔后的印刷电路板依次进 行如下步骤处理:
磨板处理: 对所述印刷电路板板面进行磨板处理以粗化、 清洁板面, 而后进行第一次水洗以除去板面和孔壁剩余的杂质;
膨松及除胶渣: 对印刷电路板孔壁表面的中小分子树脂进行膨松处理 以溶解中小分子树脂的链结并将所述孔壁膨松, 然后进行第二次水洗以除 去板面和孔壁剩余的杂质和残留液, 再进行除胶渣处理以部分去除孔壁上 膨松的树脂分子, 在所述孔壁表面形成蜂巢状结构, 最后进行第三次水洗
除去板面和孔壁剩余的杂质和残留液;
中和处理: 除去除胶渣处理后吸附在孔壁的杂质离子, 并进行第四次 水洗除去板面和孔壁剩余的杂质和残留液, 最后进行干燥;
微蚀及除油: 首先对板面进行第一次微蚀处理以清洁板面, 然后进行 第五次水洗除去板面和孔壁剩余的杂质和残留液, 再对所述板面及孔壁进 行除油处理以除去板面和孔壁残留的非极性分子杂质, 最后进行第六次水 洗除去板面和孔壁剩余的杂质和残留液;
黑孔化: 首先对印刷电路板进行第一次黑孔化处理使孔壁表面预吸附 一层碳黑导电层, 干燥后进行整孔处理以调整孔壁表面树脂分子所带电荷 以利于进一步吸附碳黑分子, 然后进行第七次水洗除去板面和孔壁剩余的 杂质和残留液, 再进行第二次黑孔化处理使孔壁表面继续吸附碳黑分子以 形成碳黑导电层, 最后干燥;
微蚀: 对黑孔化的印刷电路板进行第二次微蚀处理以清除金属导电层 吸附的碳黑分子, 然后进行第八次水洗除去板面和孔壁剩余的杂质和残留 液;
磨板及抗氧化: 首先对所述印刷电路板进行磨板处理及第九次水洗以 除去板面和孔壁剩余的杂质和残留液, 然后对印刷电路板的金属导电层部 分进行抗氧化处理;
电镀铜: 对抗氧化处理后的印刷电路板进行第十次水洗除去板面和孔 壁剩余的杂质和残留液, 干燥后进行电镀铜处理以在孔壁的碳黑层上电镀 铜金属层。
优选的,所述第一次水洗依次包括如下步骤: 水压为 2.0-3.0 bar的加压 水洗 9-11秒、 超声波浸洗 9-11秒、 水压为 1.0-2.0 bar沖孔水洗 9-11秒、 水 压为 9 bar的高压水洗 9-11秒、 水压为 2.0-3.0 bar的加压水洗 5-6秒及清水 洗 5-6秒。
优选的,所述膨松处理过程使用的膨松剂为 10g/L的氢氧化钠溶液,溶
液温度为 72-78 °C , 处理时间为 120秒。
优选的, 所述第二次水洗依次包括如下步骤: 止水洗 9-11秒、 水压为 1.0-2.0 bar沖孔水洗 27-33秒、 及清水洗 9-11秒。
优选的, 所述除胶渣过程使用的溶液组分为 60g/L的高锰酸钟和 40g/L 的氢氧化钠, 溶液温度为 84-90 °C , 处理时间为 180秒。
优选的, 进行所述第三次水洗前还包括回收水洗液并进行沖污水的过 程。
优选的, 所述第三次水洗是水压为 1.0-2.0 bar沖孔水洗 9-11秒。
优选的, 所述中和处理依次包括如下步骤: 使用温度为 25-30°C、 浓度 为 90g/L的硫酸预中和处理 12-16秒; 水刀洗 9-11秒; 水压为 1.0-2.0 bar 沖孔水洗 9-11秒; 以及使用温度为 35-45 °C , 浓度为 90g/L的硫酸中和处理 40-50秒。
优选的, 所述第四次水洗依次包括如下步骤: 水刀洗 9-11秒、 水刀洗 9-11秒、 水刀洗 9-11秒、 溢流水洗 9-11秒及清水洗 9-11秒。
优选的, 所述第一次微独处理是使用温度为 32-38°C、 组分为 75g/L的 过石 A酸钠和质量分数为 10%的石充酸的 £蚀液处理 25秒;
所述第二次维持处理是使用温度为 40°C、 组分为 75g/L的过硫酸钠和 质量分数为 10%的硫酸的微独液处理 40-48秒。
优选的,所述第五次水洗依次包括如下步骤: 水压为 2.0-3.0 bar的加压 水洗 9-11秒、超声波浸洗 9-11秒、 水压为 1.0-2.0 bar沖孔水洗 9-11秒及水 压为 2.0-3.0bar的加压水洗 9-11秒。
优选的,所述除油处理是使用温度为 50-60°C、组分为 30g/L的碳酸钠、 60g/L的磷酸三钠和 50g/L的氢氧化钠的除油液处理 60秒。
优选的, 所述第六次水洗及所述第七次水洗为重复进行四次溢流水洗 9-11秒。
优选的, 所述第一次黑孔化处理为使用温度为 32-38°C , 碳黑质量浓度
为 2-3%的黑孔液处理 60秒;
所述第二次黑孔化处理为使用温度为 32-38°C , 碳黑质量浓度为 2-3% 的黑孔液处理 92秒。
优选的, 整孔处理为使用温度为 32-38°C、 质量浓度为 40-45%的羟乙 基乙二胺溶液处理 60秒。
优选的, 所述第八次水洗为重复进行三次溢流水洗 9-11秒。
优选的, 所述第九次水洗为重复进行两次溢流水洗 9-11秒。
优选的, 所述抗氧化处理为在室温下使用组分为质量分数为 1%的 2- 已基苯骈咪唑、 质量分数为 0.2%的醋酸铅和质量分数为 0.04%的氨水的抗 氧化液处理 16-20秒。
优选的, 所述第十次水洗依次包括重复三次的溢流水洗 9-11秒及清水 洗 9-11秒。
上述印刷电路板孔金属化的方法过程中, 磨板之后设计第一次水洗, 清洗孔壁的效果较好; 并且在第一次水洗之后设计了除胶渣工序, 包括膨 松处理、 第二次水洗及除胶渣过程, 其能够除掉钻孔后留在孔壁的胶渍, 增强黑孔的附着力; 在黑孔化之前加入了微蚀处理和除油步骤, 使线路板 表面洁净, 经过两次黑孔化之后再进行微蚀处理和抗氧化处理, 再次使线 路板表面洁净, 保障后续工序电镀铜牢固, 不会掉膜。 黑孔工艺基材上的 铜与电镀铜连接可靠, 不存在铜连接分层问题, 可靠性好, 且黑孔工艺在 基材表面不会有杂质, 连接质量较好。 此外, 黑孔工艺没有用到曱醛、 重 金属, 对环境基本无污染。
【附图说明】
图 1 为利用黑孔化方法进行的孔金属化与利用化学镀铜工艺进行的孔 金属化的照片比较, 其中, 左侧上下两幅照片为利用化学镀铜工艺进行的 孔金属化, 右侧上下两幅照片为利用黑孔化方法进行的孔金属化。
【具体实施方式】
下面主要结合附图及具体实施例对印刷电路板孔金属化的方法作进一 步详细的说明。
一实施方式的印刷电路板孔金属化的方法, 将钻孔后的印刷电路板依 次进行如下步骤处理: 磨板处理 第一次水洗 膨松处理 第二次水 洗 除胶渣 第三次水洗 中和处理 第四次水洗 干燥 第一 次微蚀处理 第五次水洗 除油处理 第六次水洗 第一次黑孔化处 理 干燥 整孔处理 第七次水洗 第二次黑孔化处理 干燥 第 二次微独处理 第八次水洗 磨板处理 第九次水洗 抗氧化处理 第十次水洗 干燥及电镀铜处理。
真 各舟工艺备件可表夹 1 ·
表 1 处理时间
步骤 溶液组分 温度(。C ) 备注
(秒) 磨; ^反处理 至 320#+500#磨刷 加压水洗 至 9-11 2.0-3.0 bar 超声波浸洗 至 9-11 第一次 冲孔水洗 至 9-11 1.0-2.0 bar 水洗 高压水洗 至 18-22 9 bar 加压水洗 至 9-11 2.0-3.0 bar 清水洗 至 9-11 常压 检查 氢氧化钠: 10
膨松 72-78 120 - 克 /升
止水洗 至 an 9-11 常压 冲孔水洗 至 im. 9-11 1.0-2.0 bar 第二次
冲孔水洗 至 im. 9-11 1.0-2.0 bar 水洗
冲孔水洗 至 im 9-11 1.0-2.0 bar 清水洗 至皿 9-11 常压 高锰酸钾: 60 克 /升
除胶渣 84-90 180 - 氢氧化钠: 40 克 /升
回收水洗 冲污水
第三次水
冲孔水洗 至 9-11 1.0-2.0 bar 洗 石巟酸: 90克 /
预中和 25-30 12-16 - 升
水刀洗 至 mi 9-11 常压 中和处理
冲孔水洗 至皿 9-11 1.0-2.0 bar
4酸: 90克 /
中和 35-45 40-50 - 升
水刀洗 至 /jm 9-11 常压 水刀洗 至 9-11 常压 第四次水
水刀洗 至 /jm. 9-11 常压 洗
溢流水洗 '-曰 9-11 常压 清水洗 ,-曰 9-11 常压
强风吹干 45-55 30
过硫酸钠: 75 第一次微蚀处理 克 /升 32-38 25 - 硫酸: 10wt% 加压水洗 至 9-11 2.0-3.0 bar 超声波浸
第五次水 ^至έ* 9-11 常压 洗
洗
冲孔水洗 9-11 1.0-2.0 bar 加压水洗 9-11 2.0-3.0 bar 碳酸钠: 30克 / 升
磷酸三钠: 60
除油 50-60 60 - 克 /升
氢氧化钠: 50 克 /升 溢流水洗 ^έ* 9-11 常压 第六次水 溢流水洗 ^έ* 9-11 常压 洗 溢流水洗 至 9-11 常压 溢流水洗 至 9-11 常压 第一次黑孔化处理 碳黑: 2-3wt% 32-38 60 干燥 75-85 50-60秒 检查 至 羟乙基乙二胺
整孔处理 32-38 60
40-45wt%
溢流水洗 至 an 9-11 常压 第七次水 溢流水洗 至 im. 9-11 常压 洗 溢流水洗 至 im. 9-11 常压 溢流水洗 至 an 9-11 常压 第二次黑孔化处理 碳黑: 2-3wt% 32-38 92 干燥 75-85 50-60秒 检查 过硫酸钠: 75
第二次微蚀处理 克 /升 40 40-48 - 硫酸: 10wt% 溢流水洗 至'-曰
/jm 9-11 常压 第八次水
溢流水洗 至 9-11 常压 洗
溢流水洗 至 /no. 9-11 常压 磨板 800#磨刷 第九次水 溢流水洗 至 /no. 9-11 常压 洗 溢流水洗 至 /no. 9-11 常压
2-已基苯骈咪 11坐: lwt% 抗氧化 醋酸铅: 至 16-20 - 0.2wt% , 氨水: 0.04wt% 溢流水洗 至 9-11 常压 第十次水
溢流水洗 '-曰 9-11 常压 洗
溢流水洗 ,-曰 9-11 常压
清水洗 至 9-11 常压1 干燥 75-85 50-60秒
2 电镀铜
其中, 磨板处理过程可以通过酸洗、 机械磨刷、 水洗、 烘干等一系列 作用, 达到去除板面氧化物、 油污、 手指印及其它污物的目的, 通过粗化、 清洁板面以增强板面的附着力。 本实施方式通过机械磨刷的方式进行磨板 处理。
膨松处理和除胶渣可以溶解中小分子软化孔壁上的树脂的链结, 将其 膨松, 然后利用相应的除胶渣剂, 如 KMn04溶液等对胶渣进行氧化处理而 去除, 同时形成与电镀铜结合之蜂巢状表面, 有利于后续工序的进行。
中和处理是将板面残留的 Mn7+、 Mn6+及 Mn4+还原为可溶性的 Mn2+, 自板面或孔中去除, 防止残留于孔壁, 导致孔破或电镀镀层附着不良。
在黑孔化处理之前加入了微蚀处理和除油, 可以使线路板表面洁净, 经过两次黑孔之后再微蚀, 抗氧化, 再次使线路板表面洁净, 保障后工序 电镀铜牢固, 不会掉膜。
黑孔化处理过程是将钻孔印刷电路板置于黑孔液中, 将精细的碳黑粉 末浸涂在印刷电路板的孔壁上形成导电层, 然后通过后续的电镀铜处理进 行铜电镀。
本实施方式对使用的自来水进行的杀菌处理, 优选的采用紫外线对自 来水杀菌, 得到纯水。
紫外线是介于可视光线和 X射线之间的电磁波频谱。 200nm至 400nm 的紫外光谱有很强的杀菌效力, 其峰值在 265nm。 在这个波长范围内的紫 外线通过刺穿细胞膜, 破坏细胞内脱氧核糖核酸和破坏细胞内的其它分子, 使微生物不能再复制和繁殖, 而最终达到消毒作用。
依照波长范围, 紫外线分为 4个波段: 真空紫外线: 40-200nm、 紫外 线 c: 200-280匪、 紫外线 b: 280-315匪、 紫外线 a: 315-400匪。
紫外线消毒作用是通过微生物体内的脱氧核糖核酸吸收紫外光线来完 成。 最大吸收值分别是在波长 200nm和 265nm, 波长为 200nm的紫外光, 主要是被中枢脱氧核糖核酸的核糖和磷酸盐所吸收。 而波长为 265nm的紫 外线主要被核酸中的腺嘌呤, 鸟嘌呤, 胞核嘧啶和胸腺嘧啶(核糖核酸中 的尿嘧啶)所吸收。 在吸收紫外线辐射以后, 胸腺嘧啶二聚物是最为常见 菌的原理就是, 这些二聚物和另外一些光化产品可以阻止脱氧核糖核酸的 复制和再繁殖, 从而达到杀死细胞的目的。
另外对于脱氧核糖核酸和核糖核酸, 紫外线能够引起细胞内的蛋白质、 酶和其它分子的光化学反应。 蛋白质的吸收峰值大约在 280nm左右, 然而 在蛋白质中的缩氨酸根则吸收 240nm以下的紫外线。 紫外线也对其它的不 饱和生物分子有杀伤力, 例如: 辅酶、 荷尔蒙和电子负载体。 当然, 紫外 线对分子的影响, 不仅仅作用于脱氧核糖核酸和核糖核酸, 其对一些的微 生物也有显着的作用, 例如真菌类、 原生动物和藻类。 虽然紫外线不能像 作用于脱氧核糖核酸一样, 刺穿这些较大的微生物, 但是其还是能用破坏 其它分子的方法达到杀菌效果。
这个方法与传统化学方法相比较, 此方法较为有优势。 紫外线消毒是 一种完全无公害技术, 对人类、 动物、 水生物以及产品均不产生危害, 而 且不会在消毒过程中产生有害副产品。 在消毒杀菌的永久性方面, 此项技 术对所有的微生物均有极高的效力, 其中也包括对氯极有免疫力的微小隐 孢子虫。
紫外线消毒系统内有一个紫外线灯管和一个石英套管。 这个紫外线灯 管被固定在石英套管里, 然后整个套管将被固定到一个柱状不锈钢反应室 内。 这样的设计是为了让待处理水在从一端进入反应器的同时开始被处理, 而整个消毒过程将伴随水流流至反应器的另一端。
本实施方式的印刷电路板孔金属化的方法首先将印刷电路板放入黑孔
液中按上述工艺流程进行孔金属化处理, 然后再在该工艺流程中按各相关 的设备调较相应的各个参数, 从而使印刷电路板孔金属化的前后生产工艺 和相配套的设备形成一个有效而精确的系统。 确保了精细的碳黑能充分被 吸附在非导体的孔壁表面, 形成均匀细致而结合牢固的导电层, 为后续电 镀制程顺利进行提供了保证。 同时, 进行黑孔生产时, 药水会产生大量废 气, 在停产时, 废气冷凝, 流回到黑孔药水缸中, 各种废气混合在一起, 因此冷凝水中有很多杂物, 造成黑孔药水变质, 本实施方式设有冷凝回收 装置, 该装置不允许废气冷凝回流到黑孔药水缸中, 是一种防止黑孔液变 质的方法。 精准的各类参数也使生产工艺中节省了能源, 更利环保。
本实施方式所制造出来的印刷线路板经过测试, 黑孔附着力 4艮好。 相 比较传统的化学镀铜工艺, 本实施方式的方法具有显着的优点, 如表 2所 表 2 号 项目 对比结果 黑孔生产线的设备投资是化学镀铜水平生产线的 50% ,
1 (月产能 30万尺的水平线)。
使用成本 黑孔生产线使用的化学药水比化学镀铜生产线使用的药水减少
75% , 黑孔线化学药品用量为 4-10mIJm2, 化学镀铜线化学药品用 量为 25-30mL/m2。
黑孔工艺基材上的铜与电镀铜连接可靠, 不存在铜连接分层问题, 化学镀铜工艺因为基材铜和镀铜之间有钯金属存在, 连接可靠性不 如黑孔工艺。
工艺品质
黑孔工艺在基材表面不会有杂质, 化学镀铜工艺由于后续电镀的原 因, 表面上有杂质, 化学镀铜层与电镀铜层之间有分层, 影响连接 质量, 如图 1所示。
黑孔工艺的分析项目比化学镀铜工艺减少 50% , 黑孔工艺分析项目
5 有 6项, 化学镀铜工艺分析项目有 13项。
生产难易程度
黑孔工艺溶液不需要活化, 可以直接生产, 化学镀铜溶液需要做假 板激活化学槽液, 造成药水损耗, 影响生产效率。
黑孔工艺的溶液使用寿命比化学镀铜工艺长,黑孔药水可使用 1年, 每半年洗一次槽, 化学镀铜药水使用 3个月, 每周需要洗一次槽。 黑孔工艺的流程时间是化学镀铜工艺的四分之一, 黑孔工艺流程时
8 间为 12分钟, 化学镀铜工艺流程时间为 50分钟。
黑孔工艺没有用到甲醛, 没有用到重金属,化学镀铜工艺用到甲醛,
9
对环境的影响 钯, 鳌合物等有害物质。
0 黑孔工艺产生的废水量只有化学镀铜工工艺的 20% ,对环境影响小。
上述印刷电路板孔金属化的方法过程中, 磨板之后设计第一次水洗, 清洗孔壁的效果较好; 并且在第一次水洗之后设计了除胶渣工序, 包括膨 松处理、 第二次水洗及除胶渣过程, 其能够除掉钻孔后留在孔壁的胶渍, 增强黑孔的附着力;在黑孔化之前加入了微独和除油,使线路板表面洁净, 经过两次黑孔之后再微蚀, 抗氧化, 再次使线路板表面洁净, 保障后续工 序电镀铜牢固, 不会掉膜。 黑孔工艺基材上的铜与电镀铜连接可靠, 不存 在铜连接分层问题, 可靠性好, 且黑孔工艺在基材表面不会有杂质, 连接 质量较好。 此外, 黑孔工艺没有用到曱醛、 重金属, 对环境基本无污染。 详细, 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。 应当指出的是, 对于本领域的普通技术人员来说, 在不脱离本发明构思的前提下, 还可以 做出若干变形和改进, 这些都属于本发明的保护范围。 因此, 本发明专利 的保护范围应以所附权利要求为准。