CN111343793A - 一种印制电路复合介质基板表面金属化方法 - Google Patents
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Abstract
一种印制电路复合介质基板表面金属化方法，属于印制电路板制作技术领域。包括：1)采用激光打孔的方法在印制电路复合介质基板表面形成深度为1～2μm的孔；2)依次采用低温等离子体法与高锰酸钾法对上步处理后的介质基板进行表面咬蚀处理；3)化学镀铜种子层；4)电镀铜，实现印制电路复合介质基板表面金属化。本发明提供的一种印制电路复合介质基板表面金属化方法，在粗化处理前，采用激光打孔的方法选择性烧蚀复合介质基板形成密集孔，露出树脂和纤维布，一方面增大复合介质基板的表面粗糙度，另一方面，密集孔使得金属镀层与介质基板之间形成铆接结构，增强镀层与介质基板之间的结合强度。
Description
技术领域
本发明属于印制电路板制作技术领域，具体涉及一种印制电路复合介质基板表面金属化方法。
背景技术
印制电路复合介质基板因具有优良的热稳定性、介电性能、力学性能、粘结力、良好的加工技术等特点，而成为生产高频、高速、高性能印制电路的极佳材料，广泛应用于通讯设备、汽车电子、消费电子、航空国防等领域。但由于印制电路复合介质基板表面能和粗糙度低，直接表面金属化时，会削弱复合介质基板与金属镀层之间的结合强度，出现镀层脱落、漏镀等问题，严重阻碍产品的实际应用。目前，通常在复合介质基板表面金属化前，对其进行粗化处理，以改善基板与金属镀层的结合强度。常见的粗化方法包括物理打磨、化学氧化、低温等离子体处理等。
对于具有优异的化学稳定性、抗酸抗碱、强疏水性的印制电路复合介质基板如聚四氟乙烯等，传统的物理打磨粗化方式，强酸强碱溶液等不能解决其与金属镀层结合力较差的问题。Zhou等人使用O2/CF4等离子处理聚四氟乙烯，但在热应力测试时发现孔内金属铜层脱落，说明聚四氟乙烯与铜层结合强度较弱，不能满足印制电路的实际应用【Journal ofApplied Polymer Science,2019,136(42):48052.】。申请号为201511027278.9的中国专利公开了一种采用H2SO4和CrO3的混合溶液粗化处理碳纤维环氧树脂复合材料的方法，粗化后形成于复合材料表面的金属镀层与复合材料有良好的结合强度，但强氧化剂的CrO3严重灼伤了碳纤维复合材料内的环氧树脂，会影响复合材料的结构性能，并且采用的六价铬离子是严重危害环境和人体健康的重金属离子。Ruoff等人使用氧离子束粗化聚酰亚胺薄膜以实现与铜的粘结，但这些研究大部分集中在理论上，离实际应用在印制电路领域还有一定的距离，同时氧离子束处理的生产成本也较高【IBM journal of research anddevelopment,1988,32(5):626-630】。
发明内容
本发明的目的在于，针对背景技术存在的现有印制电路复合介质基板表面金属化易出现抗镀、漏镀、镀层脱落等问题，提出了一种印制电路复合介质基板表面金属化方法，该方法得到的金属镀层与复合介质基板有良好的结合强度。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种印制电路复合介质基板表面金属化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用激光打孔的方法在印制电路复合介质基板表面形成深度为1～2μm的孔；
步骤2、采用低温等离子体法与高锰酸钾法对步骤1处理后的介质基板进行表面咬蚀处理，以进一步咬蚀介质基板的树脂组分；
步骤3；在步骤2处理后得到的复合介质基板表面进行化学镀铜种子层；
步骤4、在步骤3处理后得到的复合介质基板表面电镀铜，即可实现印制电路复合介质基板表面金属化。
进一步地，步骤1所述印制电路复合介质基板由纤维布与树脂组成，其中，所述纤维布为玻璃纤维布或碳纤维布，树脂为环氧树脂、聚四氟乙烯、液晶聚合物、聚烯烃、聚苯醚、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂或聚芳醚腈中的一种。
进一步地，步骤1在复合介质基板表面形成的孔的深度为1～2μm，孔径为75～150μm，孔间距为40～80μm。
进一步地，步骤1所述激光打孔的方法中，采用的激光能量为0.2～2.0mJ，脉冲宽度为1～15μs。
进一步地，步骤2所述低温等离子体法中采用的气体为O2和CF4的混合气体；所述高锰酸钾法中采用的高锰酸钾溶液为酸性高锰酸钾或碱性高锰酸钾，高锰酸钾溶液的浓度为2g/L～10g/L，处理温度为70～90℃，处理时间为10～60min。
进一步地，步骤3中在复合介质基板表面化学镀铜种子层时，包括除油、预浸、活化、还原、化学镀铜的步骤，得到的铜种子层厚度为1～3μm。
进一步地，步骤4中在复合介质基板表面电镀铜时，采用的电镀液为酸性镀液，其中，CuSO4.5H2O的浓度为200g/L～240g/L，H2SO4的浓度为30g/L～50g/L，电镀时间为30～120min，电流密度为1.0～2A/dm2。
本发明提供的一种印制电路复合介质基板表面金属化方法，在粗化处理前，采用激光打孔的方法选择性烧蚀复合介质基板形成密集孔，露出树脂和纤维布，一方面增大复合介质基板的表面粗糙度，另一方面，密集孔使得金属镀层与介质基板之间形成铆接结构，增强镀层与介质基板之间的结合强度。然后，依次采用低温等离子体法与高锰酸钾法对介质基板进行粗化，咬蚀介质基板三维方向上的树脂成分，使密集孔进一步扩大加深，有利于形成于密集孔内壁和纤维布下方的铜种子的沉积；另一方面，低温等离子体法与高锰酸钾法能增加复合介质基板表面极性基团的含量与种类，提高复合介质基板表面亲水性，有利于具有催化活性的金属离子的吸附，加快了金属镀层的沉积。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供的一种印制电路复合介质基板表面金属化方法，在粗化处理前，采用激光打孔的方法选择性烧蚀复合介质基板形成密集孔，露出树脂和纤维布，一方面增大复合介质基板的表面粗糙度，另一方面，密集孔使得金属镀层与介质基板之间形成铆接结构，增强镀层与介质基板之间的结合强度。
2、本发明提供的一种印制电路复合介质基板表面金属化方法，采用低温等离子体法与高锰酸钾法对介质基板进行粗化，咬蚀介质基板三维方向上的树脂组分，使密集孔进一步扩大加深，有利于形成于密集孔内壁和纤维布下方的铜种子的沉积，为金属镀层与基板形成稳定的铆接结构提供了有利条件。
3、本发明提供的一种印制电路复合介质基板表面金属化方法，无需使用过多的化学粗化溶液，绿色环保，并且工艺制造流程简单易控、生产效率高、选择性强、经济高效、便于实现规模化生产。
附图说明
图1为本发明所述印制电路复合介质基板的结构示意图；
图2为本发明步骤1处理后得到的复合介质基板的结构示意图；
图3为本发明步骤2处理后得到的复合介质基板的结构示意图；
图4为本发明步骤3处理后得到的复合介质基板的结构示意图；
图5为本发明步骤4处理后得到的复合介质基板的结构示意图；
图6为本发明实施例的印制电路碳纤维/氰酸酯复合介质基板的2D和3D粗糙度图像；其中，(a)、(b)分别为碳纤维/氰酸酯复合介质基板的2D和3D粗糙度图像，(c)、(d)分别为步骤1经激光烧蚀后露出树脂和纤维布的碳纤维/氰酸酯复合介质基板的2D和3D粗糙度图像；(e)、(f)分别为步骤2低温等离子体方法与高锰酸钾方法咬蚀后的碳纤维/氰酸酯复合介质基板的2D和3D粗糙度图像；
图7为本发明实施例印制电路碳纤维/氰酸酯复合介质基板表面金属化后图像；其中，(a)为步骤3碳纤维/氰酸酯复合介质基板表面化学镀的铜种子层的切片图，(b)为步骤4得到的电镀铜的切片图，(c)为步骤3得到的化学镀的铜种子层与介质基板之间结合强度的3M胶带测试结果；
图8为本发明实施例印制电路碳纤维/氰酸酯复合介质基板表面金属化后做成导电图形能够点亮LED灯的图像；
附图中，110为印制电路复合介质基板的树脂成分，111为印制电路复合介质基板截面横向纤维布成分，112为印制电路复合介质基板截面轴向纤维布成分，210为激光烧蚀形成的密集孔，310为低温等离子体方法与高锰酸钾方法进一步咬蚀形成的扩大加深密集孔，410为形成于密集孔内壁和纤维布下方的铜种子层，510为电镀铜层。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
一种印制电路复合介质基板表面金属化方法，具体包括以下步骤：
步骤1、采用激光打孔的方法在印制电路复合介质基板表面形成深度为1～2μm的孔(210)，露出树脂(110)和纤维布(111、112)，如图2所示；
步骤2、采用低温等离子体法与高锰酸钾法对步骤1处理后的介质基板进行粗化处理，以进一步咬蚀孔(210)三维方向的树脂(110)，形成扩大加深的密集孔(310)，如图3所示；
步骤3、在步骤2处理后得到的复合介质基板表面进行化学镀铜种子层，如图4所示；
步骤4、在步骤3处理后得到的复合介质基板表面电镀铜，并平整化镀铜层，即可实现印制电路复合介质基板表面金属化，如图5所示。
实施例
步骤1、采用激光打孔的方法在碳纤维/氰酸酯复合介质基板表面形成多个阵列排布的深度为2μm、孔径为100μm的密集孔(210)，其中，相邻孔间距为80μm，采用的激光能量为0.4mJ，脉冲宽度为2μs；步骤1经激光烧蚀后露出树脂和纤维布的碳纤维/氰酸酯复合介质基板的2D和3D粗糙度图像分别如图6(c)、6(d)所示，表明激光烧蚀在介质基板表面形成密集孔，增大了其表面粗糙度，有利于金属镀层与介质基板之间形成铆接结构；
步骤2、对步骤1处理后的复合介质基板进行低温等离子体粗化，具体为：将复合介质基板在80％O2和20％CF4(体积百分比)的混合气体、75℃温度下处理20min；然后在90℃的、浓度为10g/L的酸性高锰酸钾中浸泡处理30min，得到的复合介质基板的2D和3D粗糙度图像分别如图6(e)、6(f)所示，表明经过低温等离子体方法与高锰酸钾方法能进一步咬蚀介质基板密集孔三维方向的树脂成份，形成扩大加深的密集孔，增大介质基板的表面粗糙度，进一步提升金属镀层与介质基板之间的结合强度；
步骤3、在步骤2粗化处理后的复合介质基板表面化学镀铜种子层，具体为：首先，将步骤2粗化处理后的复合介质基板在温度为50℃的碱性除油液中清洗5min，再用去离子水冲洗2min以除去残留在复合介质基板表面上的除油液，吹干后，经预浸、活化、还原，在复合介质基板表面沉积具有催化活性的金属钯，然后置于温度为40℃的碱性化学镀铜液中反应40min，碱性化学镀铜液中包括9g/LCuSO4.5H2O、10.5g/LNaOH、8mL/LHCHO以及其他添加剂，完成化学镀铜种子层的制作，最终得到铜种子层的切片图如图7(a)所示；
步骤4、在步骤3处理后得到的复合介质基板表面进行电镀铜，具体为：将步骤3处理后的复合介质基板在电流密度为2A/dm2、温度为25℃的酸性铜镀液中电镀120min，酸性铜镀液中包括230g/LCuSO4.5H2O、40g/LH2SO4以及其他添加剂，完成电镀铜层的制作，得到的电镀铜的切片图如图7(b)所示。
对步骤3处理后得到的复合介质基板表面的化学镀铜种子层使用3M胶带测试评定印制电路碳纤维/氰酸酯复合介质基板与金属镀层之间的结合强度，测试结果如图7(c)所示。除百格刀切口交点处有一小部分镀铜层被3M胶粘起，其余部分的镀铜层都牢牢的固定在碳纤维/氰酸酯复合介质基板上，在网格区内镀铜层被粘落的实际面积小于5％，镀铜层在碳纤维/氰酸酯复合介质基板上的高附着力满足印制电路的应用要求。
Claims (4)
1.一种印制电路复合介质基板表面金属化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用激光打孔的方法在印制电路复合介质基板表面形成深度为1～2μm的孔；
步骤2、采用低温等离子体法与高锰酸钾法依次对步骤1处理后的介质基板进行表面咬蚀处理；
步骤3；在步骤2处理后得到的复合介质基板表面进行化学镀铜种子层；
步骤4、在步骤3处理后得到的复合介质基板表面电镀铜，即可实现印制电路复合介质基板表面金属化。
2.根据权利要求1所述的印制电路复合介质基板表面金属化方法，其特征在于，步骤1在复合介质基板表面形成的孔的深度为1～2μm，孔径为75～150μm，孔间距为40～80μm。
3.根据权利要求1所述的印制电路复合介质基板表面金属化方法，其特征在于，步骤1所述激光打孔的方法中，采用的激光能量为0.2～2.0mJ，脉冲宽度为1～15μs。
4.根据权利要求1所述的印制电路复合介质基板表面金属化方法，其特征在于，步骤2所述低温等离子体法中采用的气体为O2和CF4的混合气体；所述高锰酸钾法中采用的高锰酸钾溶液为酸性高锰酸钾或碱性高锰酸钾，高锰酸钾溶液的浓度为2g/L～10g/L，处理温度为70～90℃，处理时间为10～60min；所述表面咬蚀处理的对象是印制电路复合介质基板的树脂组分。
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