CN110402034B - 一种提高pcb图形电镀面均性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高PCB图形电镀面均性的方法，包括：步骤1，将显影后的基板放入治具，并传送到前处理装置中；步骤2，将前处理装置抽真空；步骤3，等离子处理前处理装置；步骤4，将治具传送到治具脱着装置，使基板与治具分离；步骤5，将基板垂直安装在挂具上，且在所述PCB基板边缘设置辅助阴极；步骤6，将基板放到10％硫酸中浸渍7min；步骤7，配置镀铜液并放入镀铜槽中，再将基板浸入镀铜槽镀铜；步骤8，将基板移出镀铜槽并4级水洗；步骤9，完成电镀。本发明的方法可在板面和激光孔内形成厚度均匀的加厚铜层。
Description
技术领域
本发明涉及PCB技术领域，具体而言，涉及一种提高PCB图形电镀面均性的方法。
背景技术
PCB图形电镀是利用电镀的方法进行板面和孔内的铜层加厚，并使激光孔全部填满铜，形成层间导体。现有的图形电镀工艺，由于工艺方法不合理，存在以下不足：
(1)没有专用搬送治具，使基板图形直接与设备接触，导致基板上粘上异物，产生断线、缺口和堵孔；
(2)没有等离子处理，使种子铜层和护铜干膜表面同药液接触不充分，产生镀铜不均和断线；
(3)没有辅助阴极或设置不合理，导致基板中央和周边的镀厚不均匀，或者基板边缘产生毛刺；
(4)镀铜槽内的喷流装置设置不合理，导致激光孔不能填满或者产生凹陷；
(5)镀铜药液中的添加剂成分和浓度设定不合理，导致镀铜粗糙、激光孔凹陷和板面不均。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种提高PCB图形电镀面均性的方法，可在板面和激光孔内形成符合厚度要求且全板均匀的加厚铜层。
本发明提供了一种提高PCB图形电镀面均性的方法，包括以下步骤：
步骤1，上料：将显影后的PCB基板放入治具，并将所述治具传送到前处理装置中；
步骤2，抽真空：将前处理装置抽真空；
步骤3，等离子处理：采用等离子处理机对抽真空后的前处理装置进行等离子处理；
步骤4，基板分离：在前处理装置中，将所述治具传送到治具脱着装置，使所述PCB基板与所述治具分离；
步骤5，装板：将所述PCB基板垂直安装在前处理装置的挂具上，且在所述PCB基板边缘设置辅助阴极；
步骤6，浸酸：将挂具上的PCB基板放到前处理装置中预先配置的10％硫酸溶液中，浸渍7min，去除所述PCB基板表面氧化膜；
步骤7，镀铜：配置镀铜液，并将镀铜液放入前处理装置的镀铜槽中，再将挂具上的PCB基板浸入所述镀铜槽，开始镀铜使激光孔全部填满铜，形成层间导体；
步骤8，水洗：将所述PCB基板移出所述镀铜槽，通过4级水洗将所述PCB基板表面的残余镀铜液彻底洗净；
步骤9，完成电镀，从前处理装置中取出所述PCB基板。
作为本发明进一步的改进，所述步骤1中，所述治具为回型结构，所述PCB基板放置在所述治具的中间部位，所述治具内侧的两个相对边缘分别设置有多个夹锁装置，所述PCB基板的两个边缘通过多个夹锁装置固定在所述治具上。
作为本发明进一步的改进，所述治具的材料采用316不锈钢。
作为本发明进一步的改进，所述步骤3中，在等离子处理时，将O2供给压力控制为0.2～0.3MPa，Ar供给压力控制为0.2～0.3MPa，入射电力控制为2.6±0.1KW。
作为本发明进一步的改进，所述步骤5中，每个挂具上下横梁上分别设置多个T型夹具，所述PCB基板的两个相对边缘被T型夹具夹住以将所述PCB基板限定在所述挂具的上下横梁之间，每3个T型夹具通过不锈钢板连接后作为扣型阴极，同时每5枚PCB基板并列作为一组，每组左右两边各设置一根不锈钢作为竖型阴极。
作为本发明进一步的改进，所述步骤7中，所述步骤7中，所述挂具固定在所述镀铜槽的V支架上。
作为本发明进一步的改进，所述步骤7中，所述镀铜槽底部设置若干喷流管。
作为本发明进一步的改进，所述步骤7，在配置镀铜液时，首先用水、氧化铜粉和硫酸配置成包含浓度为150g/L的硫酸铜和浓度为150g/L硫酸的电镀液，然后在电镀液中加入氯化钠将氯离子浓度调整到8ppm，最后加入镀铜添加剂。
作为本发明进一步的改进，所述步骤7中，所述镀铜槽内的镀铜液控制温度在23.0±2.0℃。
作为本发明进一步的改进，所述步骤7中，采用1～3A/dm2的电流密度进行镀铜。
本发明的有益效果为：
1、通过专用搬送治具，使基板图形不直接与设备接触，避免基板上粘上异物而产生断线、缺口和堵孔。
2、增加等离子处理，使种子铜层和护铜干膜表面同药液接触更加充分，进而确保镀铜不均，并避免断线；
3、在合理的位置设置多个辅助阴极，使得基板中央和周边的镀厚更加均匀，避免基板边缘产生毛刺；
4、在镀铜槽内底部设置喷流管，通过喷流的方式冲击基板表面，加大板面接触镀液的交换能力，将板面线路和激光孔内的铜层加厚，并使激光孔全部填满铜，避免激光孔不能填满镀铜或者孔内产生凹陷；
5、镀铜药液中的添加剂成分和浓度设定合理，避免镀铜粗糙、激光孔凹陷和板面不均的问题。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种提高PCB图形电镀面均性的方法的流程示意图；
图2为本发明的治具的结构示意图；
图3为本发明的挂具的结构示意图；
图4为本发明的竖型阴极的结构示意图；
图5为本发明的扣型阴极的结构示意图；
图6为本发明的T型夹具的结构示意图；
图7为本发明的镀铜槽的结构示意图。
图中：
1、治具；2、PCB基板；3、夹锁装置；4、挂具；5、T型夹具；6、扣型阴极；7、竖型阴极；8、镀铜槽；9、镀铜液；10、V支架；11、阴极膜；12、阳极膜；13、阳极；14、喷流管。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
如图1所示，本发明实施例所述的一种提高PCB图形电镀面均性的方法，主要包括上料、抽真空、等离子处理、基板分离、装板、浸酸、镀铜、水洗这几个步骤。
下面将详述各个步骤的具体流程。
步骤1，上料：将显影后的PCB基板2放入治具1，并将治具1传送到前处理装置中。
如图2所示，治具1为回型结构，PCB基板2放置在治具1的中间部位，治具1内侧的两个相对边缘分别设置有多个夹锁装置3，PCB基板2的两个边缘通过多个夹锁装置3固定在治具1上。
本发明加入了治具1，用于搬送PCB基板2，通过治具1边缘的夹锁装置3将PCB基板2夹住，将PCB基板2固定在治具1的中间部位，使得PCB基板2在搬运的过程中避免接触各个设备造成异物附着、磕碰等不良，同时在加工过程中可以将PCB基板2两面同时进行等离子处理。
步骤2，抽真空：将前处理装置抽真空。
先对前处理装置抽真空，除去装置中的不凝性气体和水分，确保前处理装置中后续等离子过程的顺利进行，为等离子体提供高真空环境。
步骤3，等离子处理：采用等离子处理机对抽真空后的前处理装置进行等离子处理。
等离子体是一种具有一定颜色的准中性电子流，是正离子和电子的密度大致相等的电离气体。在等离子状态下脱离原子束缚的电子和原子，中性原子，分子和离子做无序运动，具有很高的能量，但整体显中性。高真空室内部的气体分子被电能激化，被加速的电子互相碰撞使原子、分子的最外层电子被激化脱离轨道，生成离子或反应性比较高的自由基。这样生成的离子、自由基继续相互碰撞和被电场加速，并与材料表面相互冲撞，破坏数微米深度的分子间原有的结合方式，削去孔内一定深度的表面物质形成微细凹凸，同时产生的气体成分成为反应性官能基(或官能团)，它们诱导物质表面发生物理、化学变化，因此能够除去钻污从而能够提高镀铜的结合力。
本申请中对PCB基板去钻污使用的气体是O2和Ar。将O2供给压力控制为0.2～0.3MPa，Ar供给压力控制为0.2～0.3MPa，入射电力控制为2.6±0.1KW。
Ar和O2输入至等离子机真空腔体后，在等离子发生器的高频高压电场作用下，两种气体发生离解或相互作用生成含有自由基、原子、分子及电子的等离子气体氛，等离子体中的自由基，正离子与孔壁上高分子有机材料发生化学反应。
在等离子体化学反应中，起到化学作用的粒子主要是正离子及自由基粒子。自由基在化学反应过程中能量传递的“活化”作用，处于激发状态的自由基具有较高的能量，易于与物体表面分子结合时会形成新的自由基，新形成的自由基同样处于不稳定的高能量状态，很可能发生分解反应，在变成较小分子同时生成新的自由基，这种反应过程还可能继续进行下去，最后分解成水、二氧化碳之类的简单分子。在另一些情况下，自由基与物体表面分子结合的同时，会释放出大量的结合能，这种能量又成为引发新的表面反应推动力，从而引发物体表面上的物质发生化学反应而被去除。
另外，将PCB基板2表面的脏污去除后，可以在后续镀铜过程中，使种子铜层和护铜干膜表面同药液接触更加充分，保证铜表面均匀性较好，也避免断线。
步骤4，基板分离：在前处理装置中，将治具1传送到治具脱着装置，使PCB基板2与治具1分离。
治具脱着装置可以与治具1进行配套设置，该治具脱着装置可以解锁治具1的夹锁装置，使得PCB基板2脱离治具1，使得PCB基板2与治具1之间不会因为人为脱离而产生脏污，进一步确保基板表面的干净。
步骤5，装板：将PCB基板2垂直安装在前处理装置的挂具4上，且在PCB基板2边缘设置辅助阴极。
如图3-5所示，每个挂具4上下横梁上分别设置多个T型夹具5，PCB基板2的两个相对边缘被T型夹具5夹住以将PCB基板2限定在挂具4的上下横梁之间，每3个T型夹具5通过不锈钢板连接后作为扣型阴极6，同时每5枚PCB基板2并列作为一组，每组左右两边各设置一根不锈钢作为竖型阴极7。
因为PCB基板在电镀过程中PCB基板的端面附近电力线最大，如果没有辅助阴极的话，在镀铜过程中PCB基板断面附近厚度会明显大于基板中部，会造成PCB基板整版面厚度不均匀。增加了辅助阴极后会有导流的作用，会把多余的电力线吸引到辅助阴极的地方，这样可以将PCB基板端面附近的镀铜厚度和PCB基板中心部位的镀铜厚度保持一致，从而保证了基板镀铜厚度均匀性及稳定的生产性。同时在前处理等离子的配合下会增加抗镀膜及铜表面的亲水性，在镀铜的过程中使药液和PCB基板表面交换充分，从而达到镀铜厚度均匀的作用，提高整体的镀铜品质。本发明的多个辅助阴极包括：每个PCB基板上边缘的3个T型夹具所组成的辅助阴极(扣型阴极6)、PCB基板下边缘的3个T型夹具所组成的辅助阴极(扣型阴极6)、每组PCB基板左边缘所设置的辅助阴极(竖型阴极7)以及每组PCB基板右边缘所设置的辅助阴极(竖型阴极7)，这些辅助阴极可以对每组PCB基板的周边及各个基板中央形成良好均匀的保护，消除PCB基板在电镀时由于电力线过于集中而出现的毛刺和烧焦等毛病，也避免基板中央和周边镀铜厚度不均匀。
如图6所示，T型夹具5用于夹住PCB基板2，同时通过不锈钢板连接后也可作为辅助阴极。
步骤6，浸酸：将PCB基板放到前处理装置中预先配置的10％硫酸溶液中，浸渍7min，去除PCB基板表面氧化膜。
步骤7，镀铜：配置镀铜液，并将镀铜液放入前处理装置的镀铜槽中，再将PCB基板浸入镀铜槽，开始镀铜使激光孔全部填满铜，形成层间导体。
在配置镀铜液时，首先用水、氧化铜粉和硫酸配置成包含浓度为150g/L的硫酸铜和浓度为150g/L硫酸的电镀液，然后在电镀液中加入氯化钠将氯离子浓度调整到8ppm，最后加入镀铜添加剂。氯化钠作为活化剂，帮助阳极溶解，消除镀层应力，增加镀层平整和光亮。选用合适的镀铜添加剂且设定合理浓度，可以避免镀铜粗糙、激光孔凹陷和板面不均。镀铜添加剂一般可以选用络合剂：酒石酸钾钠、柠檬酸钠、乙二胺四乙酸二钠、三乙醇胺等，可使镀层结晶细致光亮，防止铜离子在碱性条件下生成沉淀等作用；还原剂：甲醛、乙二醛、乙醛酸、次磷酸盐等，可使铜配离子还原为金属铜；促进剂：聚二硫二丙烷磺酸钠、3-巯基-1-丙烷磺酸钠等，可提高阴极电流密度，使镀层均匀细致；抑制剂：最常用聚乙二醇，能够吸附在镀件表面，减少光亮剂等助剂的扩散，达到平整效果。
在镀铜时，为确保整个镀铜过程的顺利进行，将镀铜槽8内的镀铜液9控制温度在23.0±2.0℃，并采用1～3A/dm2的电流密度进行镀铜。
如图7所示，本发明的镀铜槽8采用现有技术中的V支架结构，挂具4固定在V支架上，镀铜时将PCB基板2浸入镀铜槽8中。电镀液至槽体顶端的距离为A，溢流口至阴极顶端的距离为B，基板顶端至隔膜上部距离为C，电极高度及阳极膜高度为D，阴极膜底部至阴极下端距离为E，阴极底部至喷流管14中心的距离为F，喷流管中心至槽底距离为G，喷流管之间的间隙为H，阴极膜至阳极膜的宽度为I，阴极至阳极膜宽度为J，V支架中心至阳极距离为K，V支架中心至阳极膜宽度为L，镀铜槽槽体宽度M，槽体深度为N。
在镀铜槽8内底部设置喷流管14，将新鲜的药液(镀铜液)通过喷流管直接喷流到PCB基板的表面，在阴极膜的隔离作用下，基板表面能更好的进行药液交换，保证了其电镀铜过程的稳定性。这种喷流方式直接冲击基板表面，加大板面接触镀液的交换能力，将板面线路和激光孔内的铜层加厚，使得激光孔内填满镀铜，同时避免孔内产生凹陷。
步骤8，水洗：将PCB基板移出镀铜槽，通过4级水洗将PCB基板表面的镀铜液彻底洗净。
4级水洗即4次水洗，能洗去铜表面的杂质，也能将基板表面残留的镀铜液完全清洗干净。
步骤9，完成电镀，从前处理装置中取出PCB基板。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种提高PCB图形电镀面均性的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，上料：将显影后的PCB基板(2)放入治具(1)，并将所述治具(1)传送到前处理装置中；
步骤2，抽真空：将前处理装置抽真空；
步骤3，等离子处理：采用等离子处理机对抽真空后的前处理装置进行等离子处理；
步骤4，基板分离：在前处理装置中，将所述治具(1)传送到治具脱着装置，使所述PCB基板(2)与所述治具(1)分离；
步骤5，装板：将所述PCB基板(2)垂直安装在前处理装置的挂具(4)上，且在所述PCB基板(2)边缘设置辅助阴极；其中，每个挂具(4)上下横梁上分别设置多个T型夹具(5)，所述PCB基板(2)的两个相对边缘被T型夹具(5)夹住以将所述PCB基板(2)限定在所述挂具(4)的上下横梁之间，每3个T型夹具(5)通过不锈钢板连接后作为扣型阴极(6)，同时每5枚PCB基板(2)并列作为一组，每组左右两边各设置一根不锈钢作为竖型阴极(7)；
步骤6，浸酸：将挂具(4)上的PCB基板(2)放到前处理装置中预先配置的10％硫酸溶液中，浸渍7min，去除所述PCB基板(2)表面氧化膜；
步骤7，镀铜：配置镀铜液(9)，并将镀铜液(9)放入前处理装置的镀铜槽(8)中，再将挂具(4)上的PCB基板(2)浸入所述镀铜槽(8)，开始镀铜使激光孔全部填满铜，形成层间导体，所述镀铜槽(8)底部设置若干喷流管(14)；
步骤8，水洗：将所述PCB基板(2)移出所述镀铜槽(8)，通过4级水洗将所述PCB基板(2)表面的残余镀铜液彻底洗净；
步骤9，完成电镀，从前处理装置中取出所述PCB基板(2)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述治具(1)为回型结构，所述PCB基板(2)放置在所述治具(1)的中间部位，所述治具(1)内侧的两个相对边缘分别设置有多个夹锁装置(3)，所述PCB基板(2)的两个边缘通过多个夹锁装置(3)固定在所述治具(1)上。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述治具(1)的材料采用316不锈钢。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中，在等离子处理时，将O2供给压力控制为0.2～0.3MPa，Ar供给压力控制为0.2～0.3MPa，入射电力控制为2.6±0.1KW。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，所述步骤7中，所述挂具(4)固定在所述镀铜槽(8)的V支架(10)上。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7，在配置镀铜液时，首先用水、氧化铜粉和硫酸配置成包含浓度为150g/L的硫酸铜和浓度为150g/L硫酸的电镀液，然后在电镀液中加入氯化钠将氯离子浓度调整到8ppm，最后加入镀铜添加剂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，所述镀铜槽(8)内的镀铜液(9)控制温度在23.0±2.0℃。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，采用1～3A/dm2的电流密度进行镀铜。
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