CN114574911B - 一种高厚径比线路板通孔电镀工艺 - Google Patents

一种高厚径比线路板通孔电镀工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高厚径比线路板通孔电镀工艺，涉及线路板电镀技术领域。一种高厚径比线路板通孔电镀工艺，包含以下步骤：使用表层涂有铱和钽涂层的钛阳极作为阳极，在电镀铜溶液中，对设有通孔的线路板进行脉冲电镀；所述脉冲电镀为正反脉冲电流电镀，工艺条件为：正向电流密度为1.2‑1.8 A/dm2，正反向脉冲电流幅值比为1：2‑1：3；正向脉冲时间为100‑200毫秒，正反向脉冲时间比为10：1‑20：1；所述电镀铜溶液由以下浓度的组分组成：硫酸200‑240g/L、五水合硫酸铜70‑90g/L、氯离子50‑80ppm、加速剂10‑20ppm、抑制剂500‑2000ppm和整平剂5‑10ppm。本申请的一种高厚径比线路板通孔电镀工艺，能有效改善线路板表面与孔内镀层均匀性，减少线路板孔内铜厚与线路板表面铜厚的厚度差，提升深镀能力。

Description

一种高厚径比线路板通孔电镀工艺
技术领域
本发明涉及线路板电镀技术领域，尤其涉及一种高厚径比线路板通孔电镀工艺。
背景技术
随着5G基站等网络基础设施建设加速推进，通信印制电路板的需求量增大大。在5G基站中，通信背板是移动基站中最核心的线路板，通信背板的发展趋势是承载子板的数量不断增加、信号损耗不断减少，推动背板朝着尺寸更大、层数更多、板厚更厚、孔径更小、布线更密的方向发展。多层通信背板的板厚/层数不断增加，而孔径却不断减小，导致板的厚径比不断增加，厚径比（>14：1）的产品的量越来越多。使得微小通孔镀铜的难度不断增加，这对通信背板通孔互联技术提出了更大地挑战。
高厚径比通孔电镀铜是实现多层通信背板层间互连互通的关键技术，也是PCB行业研究人员长期以来关注的技术难点。高厚径比的微小通孔，电镀过程中存在欧姆电阻与边缘效应。在传统的直流电镀中，欧姆效应与边缘效应产生的孔口/孔中心电流密度分布不均匀，往往会使微小通孔出现从孔口到孔中心镀层厚度逐渐减小的现象，导致孔口/孔中心铜沉积地极度不均匀，形成狗骨形镀层，严重时甚至出现封孔，难以实现层间良好的互联互通。传统的直流电镀一般只适合做厚径比8：1以下的通孔电镀铜，不能满足这一类型的产品。针对这类高厚径比通孔，很多公司使用先镀铜再减面铜的方法来加工，不仅导致产品制造流程长、成本高，还给产品的长期可靠性带来了风险。
因此，急需研发一种适用于高厚径比线路板的通孔电镀工艺，可以有效改善线路板表面与孔内镀层均匀性，减少线路板孔内铜厚与线路板表面铜厚的厚度差，提升深镀能力，从而解决这类问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：缺少一种产品制造流程短、成本低且能够提升高厚径比线路板通孔深镀能力的通孔电镀工艺。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种高厚径比线路板通孔电镀工艺，采用特定的电镀铜溶液配合合适的正反向脉冲电镀参数，可以有效改善线路板表面与孔内镀层均匀性，减少线路板孔内铜厚与线路板表面铜厚的厚度差，提升深镀能力；具体的，在通孔的板厚与孔径比15：1的情况下，其通孔深镀能力达到80%以上。
具体的：
一种高厚径比线路板通孔电镀工艺，包含以下步骤：
使用表层涂有铱和钽涂层的钛网作为阳极，在电镀铜溶液中，对设有通孔的线路板进行脉冲电镀；
所述脉冲电镀为正反脉冲电流电镀，工艺条件为：正向电流密度为1.2-1.8 A/dm2，正反向脉冲电流幅值比为1：2-1：3；正向脉冲时间为100-200毫秒，正反向脉冲时间比为10：1-20：1；
所述电镀铜溶液由以下浓度的组分组成：硫酸200-240g/L 、五水合硫酸铜70-90g/L、氯离子50-80ppm、加速剂10-20ppm 、抑制剂500-2000ppm和整平剂5-10ppm；所述整平剂为噻二唑酰胺化合物。
进一步的，电镀时，电镀铜溶液的温度为10-35℃。
进一步的，所述噻二唑酰胺化合物的结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
进一步的，所述加速剂为异硫脲丙磺酸内盐。
进一步的，所述抑制剂为聚乙二醇或聚乙二醇醚。
进一步的，所述抑制剂的分子量为4000-20000。
进一步的，所述高厚径比线路板通孔的板厚与孔径比为10-15：1。
优选的，所述电镀铜溶液由以下浓度的组分组成：硫酸220g/L 、五水合硫酸铜80g/L、氯离子70ppm、加速剂15ppm 、抑制剂1000ppm和整平剂8ppm；所述抑制剂为聚乙二醇，抑制剂的分子量为8000。
优选的，所述电镀铜溶液由以下浓度的组分组成：硫酸220g/L 、五水合硫酸铜80g/L、氯离子70ppm、加速剂15ppm 、抑制剂1000ppm和整平剂8ppm；所述抑制剂为聚乙二醇醚，抑制剂的分子量为8000。
优选的，所述正反脉冲电流电镀的工艺条件为：正向电流密度为1.5 A/dm2，正反向脉冲电流幅值比为1：3；正向脉冲时间为100毫秒，正反向脉冲时间比为20：1；电镀时溶液温度为25℃。
有益效果：
（1）电镀铜溶液中的异硫脲丙磺酸内盐与噻二唑酰胺化合物的整平剂分子在铜表面具有一定的整平能力，两者协同时可有效降低线路板表面的铜层厚度，增加孔内铜层厚度。
（2）电镀铜溶液中的加速剂、抑制剂、整平剂等与其他成分相互协同配合作用下，结合特定的正反向脉冲电镀参数，能防止因欧姆效应与边缘效应产生的狗骨形镀层，进一步提升深镀能力，无枝状晶产生；并且，在通孔的板厚与孔径15：1的情况下，以孔内最小点计算，通孔深镀能力TP值可达到80%以上。
（3）表层涂有铱和钽涂层的钛网作为阳极，具有强稳定性、强耐腐蚀性，在电镀过程中可减少阳极析氧，维持镀液中各成分的稳定，提高低位镀层的沉积速度，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的通孔电镀样品中的A点、B点、C点、D点、E点、F点的具体位置的示意图；
图2为本发明的通孔电镀样品的切片图。
具体实施方式
实施例1
一种高厚径比线路板通孔电镀的电镀铜溶液，所述电镀铜溶液由以下浓度的组分组成：硫酸200-240g/L 、五水合硫酸铜70-90g/L、氯离子50-80ppm、加速剂10-20ppm 、抑制剂500-2000ppm、整平剂5-10ppm。所述加速剂为异硫脲丙磺酸内盐，具体的，可以选择分子式为C4H10N2O3S2的异硫脲丙磺酸内盐；所述抑制剂为聚乙二醇或聚乙二醇醚，所述抑制剂的分子量为4000-20000；所述整平剂为特定的噻二唑酰胺化合物，所述特定的噻二唑酰胺化合物的结构式为：
Figure 470135DEST_PATH_IMAGE002
。
实施例2
运用实施例1的适用于高厚径比线路板通孔电镀工艺的电镀铜溶液进行通孔电镀，具体的，为使用正反脉冲电流电镀。用表层涂有铱和钽涂层的钛阳极作为阳极，电镀工艺条件为：正向电流密度为1.2-1.8 A/dm2，正反向脉冲电流幅值比为1：2-1：3；正向脉冲时间为100-200毫秒，正反向脉冲时间比为10：1-20：1；电镀时，溶液温度为10-35℃。
为了进一步论述本发明的可行性，根据本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果的具体试验例并配合附图详予说明。
按照表1各组分含量配制电镀铜溶液。
表1 电镀铜溶液的成分表
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中，加速剂为异硫脲丙磺酸内盐；抑制剂1为聚乙二醇；抑制剂2为聚乙二醇醚；整平剂为特定的噻二唑酰胺化合物，结构式为：
Figure 184013DEST_PATH_IMAGE004
。
将所配置的镀铜溶液，分别加在1500mL哈林槽中，在哈林槽两端放置表层涂有铱和钽涂层的钛网作为阳极，采用槽中间打气的方式搅拌，空气搅拌速度为2-3L/min。
表层涂有铱和钽涂层的钛网作为阳极，具有强稳定性、强耐腐蚀性，在电镀过程中可减少阳极析氧，维持镀液中各成分的稳定，提高低位镀层的沉积速度，降低成本。
所述高厚径比线路板为通孔的板厚与孔径的比值达到10-15：1的线路板。
将待镀的通孔板（规格50mm×100mm，通孔直径150μm，板厚2250μm，即通孔的板厚与孔径的比值为15：1）经除油、微蚀、在稀硫酸溶液中活化等前处理，然后分别放入上述哈林槽的液体中进行电镀（垂直放入中间位置），按照下表2的参数进行电镀。
表2 电镀工艺的参数表
Figure DEST_PATH_IMAGE005
同时，根据试验例2设置对比例9和比例10，对比例9与试验例2的不同之处在于，阳极选用表层涂有钌涂层的钛网；对比例10与试验例2的不同之处在于，阳极选用表层涂有铂涂层的钛网。
对电镀完成的样品分别进行剖切，并用金相显微镜分别观察测量样品的剖切片铜面截面，测量样品中A点、B点、C点、D点、E点、F点等的铜厚度，结果详见表3。
用孔内铜厚平均值与表面铜厚平均值的比值（TP值），评价线路板通孔的深镀能力。
其中，A点、B点、C点、D点、E点、F点的具体位置详见图1，图2中的切片图为采用试验例和对比例进行通孔电镀后的样品效果图。
表3 深镀能力(TP值）和镀层结晶结果
Figure 370275DEST_PATH_IMAGE006
从表3和切片图2可知，在通孔的板厚与孔径比为15：1的情况下，采用本申请的线路板通孔电镀铜溶液结合特定的正反脉冲参数进行通孔电镀时，通孔深镀能力TP值可达到80%以上。
综上所述，本发明提供的一种应用于高厚径比线路板通孔的电镀铜溶液及其使用方法，电镀铜溶液中的异硫脲丙磺酸内盐与噻二唑酰胺化合物的整平剂分子在铜表面具有一定的整平能力，两者协同时可有效降低线路板表面的铜层厚度，增加孔内铜层厚度。电镀铜溶液中的加速剂、抑制剂、整平剂等与其他成分相互协同配合作用下，结合特定的正反向脉冲电镀参数，能防止因欧姆效应与边缘效应产生的狗骨形镀层，进一步提升深镀能力，无枝状晶产生。在线路板通孔的板厚与孔径比15：1的情况下，以孔内最小点计算，通孔深镀能力TP值可达到80%以上。
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效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种高厚径比线路板通孔电镀工艺，其特征在于，包含以下步骤：
使用表层涂有铱和钽涂层的钛网作为阳极，在电镀铜溶液中，对设有通孔的线路板进行脉冲电镀；
所述脉冲电镀为正反脉冲电流电镀，工艺条件为：正向电流密度为1.2-1.8A/dm2，正反向脉冲电流幅值比为1：2-1：3；正向脉冲时间为100-200毫秒，正反向脉冲时间比为10：1-20：1；
所述电镀铜溶液由以下浓度的组分组成：硫酸200-240g/L、五水合硫酸铜70-90g/L、氯离子50-80ppm、加速剂10-20ppm、抑制剂500-2000ppm和整平剂5-10ppm；所述整平剂为噻二唑酰胺化合物；
电镀时，电镀铜溶液的温度为10-35℃；
所述噻二唑酰胺化合物的结构式为：
Figure FDA0003697165390000011
所述加速剂为异硫脲丙磺酸内盐；
所述抑制剂为聚乙二醇或聚乙二醇醚；
所述抑制剂的分子量为4000-20000。
2.如权利要求1所述的高厚径比线路板通孔电镀工艺，其特征在于，所述通孔的板厚与孔径比为10-15：1。
3.如权利要求2所述的高厚径比线路板通孔电镀工艺，其特征在于，所述电镀铜溶液由以下浓度的组分组成：硫酸220g/L、五水合硫酸铜80g/L、氯离子70ppm、加速剂15ppm、抑制剂1000ppm和整平剂8ppm；所述抑制剂为聚乙二醇，抑制剂的分子量为8000。
4.如权利要求2所述的高厚径比线路板通孔电镀工艺，其特征在于，所述电镀铜溶液由以下浓度的组分组成：硫酸220g/L、五水合硫酸铜80g/L、氯离子70ppm、加速剂15ppm、抑制剂1000ppm和整平剂8ppm；所述抑制剂为聚乙二醇醚，抑制剂的分子量为8000。
5.如权利要求2所述的高厚径比线路板通孔电镀工艺，其特征在于，所述正反脉冲电流电镀的工艺条件为：正向电流密度为1.5A/dm2，正反向脉冲电流幅值比为1：3；正向脉冲时间为100毫秒，正反向脉冲时间比为20：1；电镀时溶液温度为25℃。
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