CN112030203B - 一种通孔电镀填孔方法及印制电路板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通孔电镀填孔方法及印制电路板的制备方法，包括以下步骤：S1、利用脉冲电镀液对设有通孔的待镀基板进行换向脉冲电镀；S2、对经步骤S1处理后的通孔进行填孔处理；其中，所述脉冲电镀液中含有待镀金属离子、卤素离子和加速剂，所述加速剂包括有机磺酸盐且所述有机磺酸盐浓度c满足如下关系式：1ppm≤c<8ppm；所述换向脉冲电镀采用带有至少一个关断时间的PPR方波电流且单个关断时间在20～80ms之间。采用本发明方案脉冲电镀液结合PPR电镀，实现电镀过程中孔中间电镀效率高于孔口及面铜，使得孔中铜表面存在凸起，从而为填孔药水提供起镀点，进而实现电镀填孔。

Description

一种通孔电镀填孔方法及印制电路板的制备方法
技术领域
本发明涉及印制电路板制备技术领域，具体涉及一种通孔电镀填孔方法及印制电路板的制备方法。
背景技术
印制电路板(Printed circuit boards，PCB)，又称印刷电路板，是电子元器件电气连接的提供者。随着电子产品向小型化、便捷化、智能化方向发展，印制电路板上组件组装密度和集成度也随之增加，尤其是随着4G、5G通讯技术的发展，对信号传输量、传输速度及传输距离要求越来越高，作为电子信号传输的主载体，印制电路板也向着高频率、高功率、微型化、组件高密度集中化发展，然而，这也对印制电路板的散热性能提出了更高的要求。
为达到散热以及连通的目的，在部分设计中需要设置电镀填孔的通孔。针对通孔电镀填孔工艺，现有技术中主要采用的是两面制作激光孔(如图1所示)，形成“X”型孔，利用“X”型孔中间位置的阶梯作为填孔爆发起始点进行填孔，实现通孔电镀填孔。然而，该工艺易出现两面对钻偏位(如图2所示)以及芯板厚度超过10mil、孔型差等问题，导致后续使用效果不佳。目前，尚未发现有机械填孔直接填平的工艺出现，主要原因是机械钻孔孔壁平整，填孔药水中的添加剂吸附后不能形成显著的梯度差，即没有起镀点，无法填平。
基于此，对现有技术的电镀填孔工艺进行改进具有重要意义。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的第一个方面提出一种通孔电镀填孔方法，该方法能够较好的实现通孔电镀填孔。
本发明的另一个方面还提出一种印制电路板的制备方法。
根据本发明的第一方面实施方式的通孔电镀填孔方法，包括以下步骤：
S1、利用脉冲电镀液对设有通孔的待镀基板进行换向脉冲电镀；
S2、对经步骤S1处理后的通孔进行填孔处理；
其中，所述脉冲电镀液中含有待镀金属离子和加速剂，所述加速剂包括有机磺酸盐且所述有机磺酸盐浓度c满足如下关系式：1ppm≤c<8ppm；
所述换向脉冲电镀采用带有至少一个关断时间的周期性换向脉冲电镀(periodicpower reverse pulse plating，PPR)方波电流且每个周期内单个关断时间在20～80ms之间，正反向时间比不小于40:1；
所述有机磺酸盐选自二甲基甲酰胺基丙烷磺酸盐、聚二硫二丙烷磺酸盐或巯基咪唑丙磺酸盐中的至少一种。
根据本发明的一些实施方式，所述单个关断时间为20～50ms；更优选为30ms。
根据本发明的一些实施方式，所述换向脉冲电镀的每个周期内包含两组有关断时间的正向脉冲和一组有关断时间的反向脉冲。
根据本发明的一些实施方式，所述换向脉冲电镀的每个周期内电流正反向电流密度比为1:1至1:3。
根据本发明的一些实施方式，所述换向脉冲电镀的每个周期内正反向时间比为40:1至60:1。
根据本发明的一些实施方式，所述脉冲电镀液呈酸性且还含有卤素离子、抑制剂和第一整平剂。
根据本发明的一些实施方式，所述卤素离子为氯离子；优选地，所述氯离子浓度为40～80ppm。
根据本发明的一些实施方式，所述抑制剂选自聚乙二醇、聚丙二醇或聚丙二醇的共聚物中的至少一种；优选地，所述抑制剂的浓度为100～200ppm。
根据本发明的一些实施方式，所述第一整平剂选自聚丙烯亚胺、聚乙烯亚胺或聚乙烯基甲基胺中的至少一种；优选地，所述第一整平剂的浓度为10～100ppm。
根据本发明的一些实施方式，每升所述脉冲电镀液中添加有90～100mL硫酸。添加市售硫酸质量分数为98.3％的硫酸即可。
根据本发明的一些实施方式，所述待镀金属离子为铜离子。
根据本发明的一些实施方式，所述待镀金属离子以水溶性金属盐的形式添加至脉冲电镀液中；优选地，所述水溶性金属盐的浓度为100～120g/L；更优选地，所述水溶性金属盐为硫酸铜。
根据本发明的一些实施方式，所述通孔的形成方法包括激光钻孔或机械钻孔；优选为机械钻孔。本发明方案既可适用于机械钻孔后的通孔填孔，也可适用于激光钻孔后的通孔填孔；采用机械加工制孔，获得的通孔孔型更好，介厚加工范围广，同时导热性更强。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S2中填孔处理包括采用填孔电镀液进行电镀填孔。可采用本领域常规的填孔电镀液及填孔技术进行填孔处理。
根据本发明的一些实施方式，所述步骤S2中电镀填孔过程中可采用常规方式进行电镀；优选地，采用直流电镀模式进行电镀，电流密度为8～12ASF。
根据本发明实施方式的通孔电镀填孔方法，至少具有如下有益效果：本发明方案采用脉冲电镀液结合PPR电镀，实现电镀过程中孔中间电镀效率高于孔口及面铜，结合本发明方案的有机磺酸盐，使得其可优先分布于低电位区域，使得孔中金属镀层表面形成凸起，从而为填孔药水提供起镀点，进而实现电镀填孔；PPR电镀过程中，正向电流作用时，孔中加速剂集中吸附于孔中部，孔中电镀效率增加，镀层厚度增加较孔口及面层快；在关断期间，通过扩散作用保障孔中加速剂及待镀金属离子的浓度维持在较高水平，保障下一次正向脉冲时加速剂及铜离子在较高的浓度水平；反向电流作用时，利用反向电流控制孔中镀层厚度增加速度，避免了孔中镀层厚度增加过快进而导致孔中与孔口镀层厚度极差过大，降低了后期填孔难度，避免了后期易造成填孔空洞问题。
根据本发明的第二方面实施方式的印制电路板的制备方法，包括以下步骤：
S01、利用上述方法对设有通孔的待镀基板进行电镀填孔处理；
S02、经后处理工序，获得印制电路板。
根据本发明的一些实施方式，所述后处理工序包括蚀刻、褪膜、干燥、冲孔中的至少一种。
根据本发明实施方式的制备方法，至少具有如下有益效果：本发明方案操作简单，加工效率高，本发明方案制得的印制电路板不仅性能稳定可靠，而且具有良好的散热及连通效果。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为现有技术中常规电镀填孔工艺操作流程图；
图2为采用现有技术常规电镀填孔工艺导致偏位的孔结构示意图；
图3为本发明实施例中电镀填孔工艺的操作流程图；
图4为本发明实施例1中脉冲电镀后的产品实物图；
图5为本发明实施例1中电镀填孔后的产品实物图；
图6为本发明实施例2的电流波形图；
图7为本发明对比例1的现有技术电镀填孔产品实物图；
图8为采用无换向脉冲电镀效果示意图；
图9为采用本发明实施例电镀工艺后的效果示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到的试剂和材料。本发明中所称“第一”、“第二”仅为便于区分描述，不构成限定，其可为同种成分，也可为不同成分。本发明所称“深镀能力”，是指孔壁平均镀层厚度与电路板表面镀层厚度的比值。
本发明实施例一为：一种通孔电镀填孔方法，如图3所示，包括以下步骤：
1)在待镀基板上通过机械钻孔形成通孔，将形成通孔后的待镀基板置于脉冲电镀液中进行换向脉冲电镀，结果如图4所示的电镀镀层(图中，通孔的直径距离为113.07μm，孔口铜厚为24.45μm)。其中，脉冲电镀液的组分及含量如下：150g/L CuSO4·5H2O，95mL/L硫酸(以市售98.3％的硫酸溶液加入)，64ppm Cl-，150ppm抑制剂(聚乙二醇和聚丙二醇共聚物，平均分子量800)，80ppm第一整平剂(聚丙烯亚胺，平均分子量1800)，5ppm加速剂(二甲基甲酰胺基丙烷磺酸钠)；换向脉冲电镀过程中工艺参数如下：正向电流密度15ASF，电镀时间60min；每个周期内两组有关断时间的正向脉冲和一组有关断时间的反向脉冲，正反比：1：3；正反电流时间比为40:1(即总正向电流时间为40ms，总反向电流时间为1ms)；每组内的关断时间均为30ms。
2)对经步骤1)处理后的通孔在填孔电镀液中进行电镀填孔处理，结果如图5所示。其中，填孔电镀液为购自于安美特化学有限公司生产的
Figure BDA0002654630210000041
2THF型电镀液；电镀填孔过程中工艺参数如下：直流电镀，电流密度8ASF，电镀时间100min。
本发明实施例二为：一种通孔电镀填孔方法，其与实施例一的区别在于：正反向电流比为1:1，电镀过程中的采用的电流波形如图6所示，填平后的效果与实施例一类似。
本发明实施例三为：一种通孔电镀填孔方法，其与实施例一的区别在于：正反向时间比为60:1，填平后的效果与实施例一类似。
本发明实施例四为：一种通孔电镀填孔方法，其与实施例一的区别在于：加速剂采用的是聚二硫二丙烷磺酸钠，填平后的效果与实施例一类似。
本发明实施例五为：一种通孔电镀填孔方法，其与实施例一的区别在于：加速剂采用的是巯基咪唑丙磺酸钠，填平后的效果与实施例一类似。
本发明对比例一为：一种通孔电镀填孔方法，采用传统的激光钻孔后，通过常规电镀工艺进行电镀，最终得到的电镀效果如图7所示。由图7可以看出，采用传统的激光对钻盲孔，制得的孔型较差，且易出现空洞问题。
为验证不同关断时间对通孔填平效果的影响，进行系列对比实验，结果如下表1所示，其中，表中未单独说明的条件，则与实施例1相同。
表1
Figure BDA0002654630210000051
从表1中可以看出，无关断时间或关断时间过短，尽管面铜均匀性可达到要求，但其深镀能力难以满足要求；观测电镀过程发现，当无关断时间或关断时间过短时，孔中铜厚相对孔口及面铜增加缓慢，所形成的铜厚极差小，无法满足后续填孔要求；此外，还对延长关断时间的电镀效果进行测试，结果发现，过长的关断时间不仅影响电镀效率，而且由于孔中铜与孔口铜厚度差异过大(超过170％)，导致在后续电镀中易产生包覆，进而产成填孔空洞等问题。
为验证关断时间与浓度对通孔填平效果的协同作用，进行系列对比实验，结果如下表2所示，其中，表中未单独说明的条件，则与实施例1相同。
表2
Figure BDA0002654630210000061
从上表2中可以看出，关断时间及加速剂浓度对电镀效果具有协同作用，当加速剂浓度为5ppm，关断时间为50ms时，深镀能力及面铜均匀性最佳；当浓度c≥8ppm时，镀铜速度过快，即使缩短关断时间，也难以控制铜厚均匀性。此外，还进行了低浓度的电镀效果测试，结果发现，而当浓度低于1ppm时，孔中镀铜速率较慢，需要延长关断时间至80ms以上，而过长的关断时间，则会影响电镀填孔效率及可靠性。
为验证正反时间比对电镀效果的影响，进行系列对比实验(正反时间比为15:1、20:1、30:1等其他正反时间比，其他条件与实施例1相同)，结果发现其他正反时间比(即15:1、20:1、30:1)的深镀能力最多仅能达130％，且填孔爆发点不突出，难以实现填平。采用无反向脉冲或反向脉冲参数不合理时，其电镀后的效果易出现如图8所示的情形，即易出现孔中铜厚较孔口铜厚极差过大，后期填孔时孔中铜过早桥接，导致填孔难度大，进而易出现填孔空洞问题。而采用本发明实施例方案时，其电镀后的效果通常如图9所示，由于能够对孔中铜厚增加速度进行合理控制，使得后期填孔难度较低。
为验证加速剂种类对电镀效果的影响，进行系列对比实验(3-巯基-1-丙烷磺酸钠、N，N-二甲基-二硫甲酰胺丙磺酸钠、二甲基甲酰胺基丙烷磺酸钠及噻唑基二硫代丙磺酸钠等其他有机磺酸盐，其他条件与实施例1相同)，结果发现其他有机磺酸盐的深镀能力最多仅能达120％，且孔内铜厚无法形成明显凸起，填孔无起镀点。
综上所述，本发明方案通过改进脉冲药水配方结合开发出的专用脉冲波形，在通孔形成孔中铜厚厚，孔口铜薄的状态，以孔中间位置凸起的铜作为填孔药水的起镀点，从而实现填平。采用本发明方案脉冲电镀后可实现孔中位置铜厚30～35μm，孔口铜厚15～25μm；及面铜在20-25μm。
以上所述仅为本发明实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种通孔电镀填孔方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、利用脉冲电镀液对设有通孔的待镀基板进行换向脉冲电镀；
S2、对经步骤S1处理后的通孔进行填孔处理；
其中，步骤S1中，所述脉冲电镀液中含有待镀金属离子和加速剂，所述加速剂包括有机磺酸盐且所述有机磺酸盐浓度c满足如下关系式：1ppm≤c<8ppm；
所述换向脉冲电镀采用带有至少一个关断时间的周期性换向脉冲电镀方波电流且每个周期内单个关断时间在20~80ms之间；
所述有机磺酸盐选自二甲基甲酰胺基丙烷磺酸盐、聚二硫二丙烷磺酸盐或巯基咪唑丙磺酸盐中的至少一种；
步骤S2中，采用直流电镀模式进行电镀填孔，电流密度为8~12ASF；
所述换向脉冲电镀的每个周期内包含两组有关断时间的正向脉冲和一组有关断时间的反向脉冲；所述换向脉冲电镀的每个周期内电流正反向电流密度比为1:1至1:3；
所述换向脉冲电镀的每个周期内正反向时间比为40:1至60:1；
所述脉冲电镀液呈酸性且还含有卤素离子、抑制剂和第一整平剂。
2.根据权利要求1所述的通孔电镀填孔方法，其特征在于：所述单个关断时间为20~50ms。
3.根据权利要求1所述的通孔电镀填孔方法，其特征在于：所述通孔的形成方法包括激光钻孔或机械钻孔。
4.根据权利要求1所述的通孔电镀填孔方法，其特征在于：所述步骤S2中填孔处理包括采用填孔电镀液进行电镀填孔。
5.一种印制电路板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01、利用如权利要求1至4任一项所述方法对设有通孔的待镀基板进行电镀填孔处理；
S02、经后处理工序，获得印制电路板。
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