CN112030204A - 一种通孔电镀填平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平方法及印制电路板的制备方法，通孔填平方法包括以下步骤：在脉冲电镀液中，对设有通孔的待镀基板进行脉冲电镀，从而实现通孔电镀填平；其中，所述脉冲电镀液中含有待镀金属离子、卤素离子和抑制剂，所述抑制剂包括由环氧乙烯与环氧丙烷组成的多嵌段聚合物；所述脉冲电镀包括第一电镀阶段和第二电镀阶段，其中，所述第一电镀阶段采用无关断时间的周期换向脉冲方波电流，第二电镀阶段采用带有至少一个关断时间的周期换向脉冲方波电流；所述第一电镀阶段和第二电镀阶段中正向电流时间均长于反向电流时间，正向电流密度均小于反向电流密度。

Description

一种通孔电镀填平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平方法及印制电路板的制备方法。
背景技术
随着电子技术的快速发展，印制电路板(Printed circuit boards，PCB)广泛应用于各个领域，几乎所有的电子设备(大至计算机、通信电子设备，小至电子手表、计算器)中都包含相应的印制电路板。在电子设备工作过程中都会产生一定的热量，从而使得设备内部温度迅速上升；若不能及时将该热量散发，设备将会持续升温，器件将因过热失效，进而导致电子设备的可靠性下降，因此，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)，再对制得的激光孔进行电镀填平。其通过激光在基板两面制作激光孔，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，实现通孔电镀填平。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，导致性能不佳。除激光钻孔外，机械钻孔也是本领域常规的一种制孔方式，然而机械钻孔虽可获得较好的孔型且不易偏孔，但由于其钻得的孔孔壁平整，致使填孔药水中的添加剂吸附后无法形成显著的梯度差，即没有起镀点，无法获得合格的填孔效果，因此，易无法满足现有技术中电镀通孔的需求。
基于此，开发一种新的电镀填平工艺具有重要意义。
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，本发明提出一种通孔电镀填平方法，该方法能够实现通孔脉冲电镀一次性填平。
本发明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平方法，包括以下步骤：
在脉冲电镀液中，对设有通孔的待镀基板进行脉冲电镀，从而实现通孔电镀填平；其中，所述脉冲电镀液中含有待镀金属离子、卤素离子和抑制剂，所述抑制剂包括由环氧乙烯与环氧丙烷组成的多嵌段聚合物；
所述脉冲电镀包括第一电镀阶段和第二电镀阶段，其中，所述第一电镀阶段采用无关断时间的周期换向脉冲方波电流，第二电镀阶段采用带有至少一个关断时间的周期换向脉冲方波电流；所述第一电镀阶段和第二电镀阶段中正向电流时间均长于反向电流时间，正向电流密度均小于反向电流密度。
根据本发明的一些实施方式，第二电镀阶段中每个所述关断时间为20～40ms；优选为30ms。
根据本发明的一些实施方式，所述第一电镀阶段和第二电镀阶段的正反电流比均为1:2至1:4，正反电流时间比均为30:1至30:3。将正反电流比及时间比控制在该范围内，可以更好地改善镀层厚度分布用以改善镀层结晶及镀层厚度分布。
根据本发明的一些实施方式，所述第一电镀阶段的周期换向脉冲方波包含一个正向脉冲和一个反向脉冲。
根据本发明的一些实施方式，所述第二电镀阶段的周期换向脉冲方波包含两组有关断时间的正向脉冲和两组有关断时间的反向脉冲。
根据本发明的一些实施方式，所述抑制剂浓度在100～500ppm之间。
根据本发明的一些实施方式，所述由环氧乙烷与环氧丙烷组成的多嵌段聚合物的分子量在3000以上(优选为在3200～3500之间)；其中，环氧乙烷的质量占比为60～80％。满足该分子结构的多嵌段聚合物可更好地耐受强侧喷流影响，且在保证通孔填平的前提下，使得电镀增加的面铜厚度<40μm。
根据本发明的一些实施方式，所述方法还包括通过喷流搅拌方式进行搅拌；优选地，所述喷流搅拌采用侧喷方式；更优选地，所述侧喷采用的是线性排列的多个喷嘴，相邻喷嘴间的间隔为10～20cm，喷嘴整体流程控制在10～15MTO/H。采用侧喷方式进行喷流搅拌，可更好地实现孔中药水交换，避免采用其他喷流方式时出现因加工后期电镀厚径比增加，孔中药水难以实现交换，导致孔中产生大量空洞。
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整平剂。
根据本发明的一些实施方式，所述整平剂选自聚乙烯亚胺、聚丙烯亚胺、聚乙烯多胺、聚乙烯乙基胺及其衍生物中的至少一种；优选地，所述整平剂的浓度为10～100ppm，分子量在1000～2000。
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50～100g/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。
根据本发明实施方式的通孔电镀填平方法，至少具有如下有益效果：本发明方案通过调整脉冲电镀液配方结合两段周期换向脉冲电镀直接实现脉冲电镀一次性电镀填平；本发明方案的抑制剂采用多嵌段聚合物，该类化合物可在高电位区域选择性吸附，且能够较好地与卤素离子相互作用，抑制板面铜沉积；在电镀过程中，第一阶段采用无关断时间周期换向脉冲，无关断时间，正向脉冲持续时间小，幅度小，反向脉冲持续时间短，幅度大，反向脉冲的不均匀电流密度分布补偿作用更明显，改善镀层厚度分布效果更明显，降低了孔口、孔中及表面铜厚极差；第二阶段采用带有关断时间周期换向脉冲，有关断时间的存在，阴极表面被消耗的金属离子利用这段时间扩散到阴极附近，保障了阴极区域溶液中导电粒子的浓度得到不同程度的回升，配合大电流密度，促使晶种的形成速度高于晶体长大的速度，使镀层结晶细化，排列紧密，孔隙率降低，硬度增加，再配合反向大幅度、短时间的反向脉冲所引起的高度不均匀阳极电流密度分布，使得镀层凸处被剧烈溶解而整平，保证孔中镀层均匀电镀避免局部铜厚过厚导致控制电镀液交换难度增加。
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平处理；
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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为现有技术中常规电镀填平工艺操作流程图；
图2为采用现有技术常规电镀填平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平工艺的操作流程图；
图4为本发明实施例1中电镀前期的产品图；
图5为本发明实施例1中电镀中期产品图；
图6为本发明实施例1中电镀后期产品图；
图7为本发明实施例1中电镀装置的结构示意图；
图8为本发明实施例2中的电流波形图。
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。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。
本发明的实施例一为：一种通孔电镀填平方法，如图3所示，包括以下步骤：
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通孔电镀填平，电镀前期(孔中铜厚为20μm左右)、中期(孔中铜厚均匀增加60μm，且中期后随着电镀时间增加，孔中孔径持续减小，电镀难度随之增加)和后期的产品图依次如图4、5和6所示。脉冲电镀液的组分及含量信息如下：85g/L CuSO4·5H2O；95mL/L硫酸(98.3wt％硫酸)，75ppm Cl-，350ppm抑制剂(环氧乙烷与环氧丙烷组成的多嵌段聚合物，分子量为3350，环氧乙烷占比为70％)，35ppm整平剂(聚丙烯亚胺)。
电镀过程中使用的装置如图7所示，即在电镀槽中使用三组线型喷嘴进行侧喷，相邻喷嘴间间隔为15cm，在电镀后期开始进行侧喷搅拌，整体流程为12MTO/H。
使用的脉冲波型包含若干个周期，每个周期内分为阶段I和阶段II，阶段I采用的是无关断时间的周期换向脉冲方波电流(一个正向脉冲接一个反向脉冲，重复两次)，电流正反强度比为1:4，正反电流时间比为30ms：3ms(即总的正向电流时间为30ms，反向电流时间为3ms)；阶段II采用的是关断时间为20ms的周期换向脉冲方波电流(两组有关断时间的正向脉冲接两组有关断时间的反向脉冲)，电流正反强度比为1:3，正反电流时间比为30ms：1ms(即总的正向电流时间为30ms，反向电流时间为1ms)。正向电流密度为12ASF，电镀时间为300min。
本发明的实施例二为：一种通孔电镀填平方法，其与实施例一的区别在于：使用的脉冲波型(如图8所示)包含若干个周期，每个周期内分为阶段I和阶段II，阶段I采用的是无关断时间的周期换向脉冲方波电流，电流正反强度比为1:2，总正反电流时间比为30ms：1ms(即总的正向电流时间为30ms，反向电流时间为1ms)；阶段II采用的是每个关断时间为20ms的周期换向脉冲方波电流，电流正反强度比为1:3，正反电流时间比为30ms：1ms(即总的正向电流时间为30ms，反向电流时间为1ms)。
为验证抑制剂种类及分子量对通孔填平效果的影响，进行系列对比实验。抑制剂为以环氧乙烷为主的环氧乙烷-环氧丙烷嵌段聚合物，测试对比了环氧乙烷占比50％(分子量2980)、60％(分子量3165)、70％(分子量3350)、80％(分子量3560)和90％(分子量3810)，测试结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0002654712080000061
添加抑制剂的目的是吸附在高电位区域，避免高电位区域铜厚增加过快。从测试结果来看，环氧乙烷与环氧丙烷不同占比会影响面铜厚度及面铜均匀性，因此筛选出较优的试验条件是(环氧乙烷)占比60％～80％，电镀铜厚控制在40μm以下，面铜均匀性控制在90％以上。环氧乙烷占比60～80％，环氧丙烷20～40％，分子量3200～3500。
为验证电镀波形对通孔填平效果的影响，进行系列对比实验，结果发现采用直流电镀时，面铜控制及孔中铜厚控制均难以达到要求；需采用本发明方案的两阶段换向周期电镀方可实现对面铜及孔中铜厚的控制。
为验证关断时间对通孔填平效果的影响，进行系列对比实验(无关断时间、10ms、20ms、30ms、40ms、50ms、60ms)，结果发现无关断时间或关断时间为10ms时，孔中铜增加缓慢，无关断时间时，面铜控制及孔中铜厚控制无法达到要求，而关断时间为10ms时，电镀效率过低；而关断时间超过50ms时，虽可使面铜控制及孔中铜厚控制基本满足要求，但孔中铜增加较快，会导致电镀后期，孔中铜过早的相连接，进而易形成盲孔，增加了后期的电镀难度。
为验证抑制剂浓度对通孔填平效果的影响，进行系列对比实验(50ppm、100ppm、200ppm、300ppm、400ppm、500ppm及600ppm)，结果发现抑制剂浓度小于100ppm时，难以达到抑制面铜的作用，在同样的电镀参数下，面铜较所要求的铜厚厚1.5倍以上(即面铜厚度达70μm以上)，而当抑制剂铜厚大于500ppm时，抑制剂浓度相对较高，孔中铜电镀效率相对于所要求的范围低20～50％，同时，将延长加工周期，进而增加制作成本。因此，抑制剂浓度优选为100ppm以上，考虑成本，则以100～500ppm以宜。
为验证喷嘴间距对通孔填平效果的影响，进行系列对比实验(5cm、10cm、15cm、20cm和25cm)，结果发现间距小于20cm以下时，可实现面铜电镀均匀性达95％；大于20cm后，面铜电镀均匀性出现下降，因此，控制在20cm以内即可较好地保证喷流的均匀性，进而保证面铜电镀均匀性，综合成本考虑喷嘴间距优选为10～20cm。
为验证流量对通孔填平效果的影响，进行系列对比实验(5MTO/H、10MTO/H、15MTO/H和20MTO/H)，结果发现流量在5MTO/H时，面铜电镀均匀性在90％左右，而在10MTO/H以上时，则可保证95％的面铜均匀性，因此，综合考虑生产成本以在10～15MTO/H之间为优选区间。
上述对比实验中未特别说明的条件参数，则与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的实施例，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 (10)

1.一种通孔电镀填平方法，其特征在于：包括以下步骤：
在脉冲电镀液中，对设有通孔的待镀基板进行脉冲电镀，从而实现通孔电镀填平；其中，所述脉冲电镀液中含有待镀金属离子、卤素离子和抑制剂，所述抑制剂包括由环氧乙烯与环氧丙烷组成的多嵌段聚合物；
所述脉冲电镀包括第一电镀阶段和第二电镀阶段，其中，所述第一电镀阶段采用无关断时间的周期换向脉冲方波电流，第二电镀阶段采用带有至少一个关断时间的周期换向脉冲方波电流；所述第一电镀阶段和第二电镀阶段中正向电流时间均长于反向电流时间，正向电流密度均小于反向电流密度。
2.根据权利要求1所述的通孔电镀填平方法，其特征在于：第二电镀阶段中每个所述关断时间为20～40ms。
3.根据权利要求1所述的通孔电镀填平方法，其特征在于：所述第一电镀阶段和第二电镀阶段的正反电流比均为1:2至1:4，正反电流时间比均为30:1至30:3。
4.根据权利要求1所述的通孔电镀填平方法，其特征在于：所述第一电镀阶段的周期换向脉冲方波包含一个正向脉冲和一个反向脉冲。
5.根据权利要求1所述的通孔电镀填平方法，其特征在于：所述第二电镀阶段的周期换向脉冲方波包含两组有关断时间的正向脉冲和两组有关断时间的反向脉冲。
6.根据权利要求1所述的通孔电镀填平方法，其特征在于：所述抑制剂浓度在100～500ppm之间。
7.根据权利要求1所述的通孔电镀填平方法，其特征在于：所述由环氧乙烷与环氧丙烷组成的多嵌段聚合物的分子量为3200～3500；其中，环氧乙烷的质量占比为60～80％。
8.根据权利要求1所述的通孔电镀填平方法，其特征在于：所述方法还包括通过喷流搅拌方式进行搅拌。
9.根据权利要求1所述的通孔电镀填平方法，其特征在于：所述脉冲电镀液呈酸性且还含有整平剂。
10.一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9任一项所述方法对设有通孔的待镀基板进行电镀填平处理；
S02、经后处理工序，获得印制电路板。
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