多层柔性线路板化学镀铜工艺研究

　　关　键　词｜多层柔性线路板、化学电镀、工艺

　　多层柔性线路板是由单面柔性线路板或者双面柔性线路板，通过热压层间粘结片使其固化实现各层之间的牢固粘接而形成的。

　　随着各种电子设备的小型化和轻量化的发展，就要求产品尺寸小，耐热性高，同时具有优越弯折性能以及多功能化的柔性线路板。为了加工出具有优越弯折性能和多功能化的柔性线路板，多层柔性线路板便应运而生，且具有动态区即无胶的区域，以提供优异的弯折性能。影响多层柔性线路板发展的关键问题是多层柔性线路板导通孔金属化电镀、细密线路、多层互联技术等。目前，采用酸性硫酸铜镀铜对导通孔进行电镀，酸性镀铜镀液成分简单，溶液稳定，工作时无刺激性气体溢出，电流效率高，沉积速度快，废水处理简单。但电镀前需要对工件进行预镀，以便增加镀层与绝缘树脂的结合力，目前采用化学沉铜（PTH）技术，黑化金属化等用于导通孔金属化。本研究针对六层柔性线路板，系统研究了化学镀铜工艺对多层柔性线路板导通孔金属化质量的影响。

　　一、实验材料与方法

　　1.1　实验材料：多层柔性线路板，板厚：0.31mm，最小孔径：0.2mm。

　　1.2　实验步骤

　　多层线路板导通孔金属化过程分为孔金属化前处理阶段和孔金属化处理阶段两个过程。

　　（一）孔金属化前处理阶段：

　　1、孔壁电浆处理：采用美国march电浆机进行孔壁清洁处理。

　　工艺流程：

　　（二）孔金属化处理阶段：

　　1、化学沉铜（PTH）：选用麦特隆公司185与518化学沉铜系列药水对比试验，以选用较好的药水制作多层板。

　　化学沉铜工艺流程：整孔→热水洗→水洗（两次）→微蚀→水洗（两次）→预活化→活化→水洗（两次）→还原→水洗（两次）→化学沉铜→水洗（两次）。

　　2、黑化工艺：采用药水使用麦特美公司药水。

　　工艺流程：入板→微蚀一→溢流水洗一→溢流水洗二→除油→溢流水洗三→溢流水洗四→DI 双水洗→黑化浸洗一→强风吹干浸洗二→强风吹干→热风吹干→溢流水洗八→微蚀二→溢流水洗九→溢流水洗十→溢流水洗十一→DI双水洗→抗氧化→溢流水洗十二→溢流水洗十三→DI双水洗→强风吹干→热风吹干→出板

　　3、酸性镀铜：

　　材料：电镀液组成基本配方 硫酸铜:55g/L，硫酸:200g/L，氯离子:30—80mg/L，添加剂：酸性哑光铜走位剂。

　　操作条件：阴极电流密度:1.1ASD，温度:25℃，振荡:双振荡共振，搅拌方式:连续过滤＋空气搅拌＋阴极45°移动。

　　工艺流程：除油→水洗（两次）→酸浸→电镀铜→水洗（两次）。

　　1.3　镀层质量评价

　　1.3.1　背光（Backlight）检验：指PTH或一次铜孔经切片后，置于放大镜下背对着光，以确认铜层覆盖状况的检验。背光级数以1-10级表示，其中10级、9级、8级是合格品；7级是存在缺陷品，需做重复样；6级及6级以下属于次品，需要重工。（注：检验过程中应排除因剪刀挤压而产生的裂痕和砂纸上的沙粒对背光切片的损伤。）：

　　1.3.2　热应力试验：288±5℃，浸锡10秒，3次，参照IPC-TM-650第2.6.8标准――热应力冲击，镀通孔（发行年月：1998年3月，版本为D版本）。

　　1.3.3　镀层剥离试验：镀层附着力测试按IPC-TM-650第2.4.1标准――镀层附着力（发行年月：2004年5月，版本为E版本）进行测试，其做法为将一条0.5英寸宽，2英寸长的感压性胶带压贴在被测试的线路表面，然后在一分钟内，加一个与电路图形垂直的力迅速把胶带拉下。每次测试要用新的胶带。用肉眼观察胶带和试样，从胶粘带上有镀层微粒和图形以确定电镀层是否从试样上剥离。

　　1.3.4　镀层厚度测量：参照IPC-TM-650第2.1.1标准――手动微切片法（发行年月：1998年3月，版本为D版本。）

　　1.3.5　高低温循环试验

　　1.3.5.1　自制材料尺寸为250mmX250mm 光板，在尺寸范围内，同一个方向设计100条走线，每条走线上钻50个0.2mm导通孔，在同一根走线上相邻三个导通孔通过不同面的导线相连，按照那样设计，在250mmX250mm的5000个孔（即5000个点），有规律连接起来而形成的线路板。（下面简称为百万孔试验板）

　　1.3.5.2　高低温循环　对象：在185A，518A及黑化药水系列下，各测试10pnls百万孔试验板。条件： 低温段：-10℃，恒温30min，高温段：+70℃，恒温30min，循环24hr

　　1.3.5.3　检测可靠性：经过高低温循环以后的百万孔试验板，使用万用表（型号为FLUKE 15B）的表笔接触每条走线最边缘两点测试，万用表有电流值说明线路电气性能是合格，否则不合格；若不合格，固定万用表的一只表笔，另一只表笔往里走一个点，万用表有电流值说明线路电气性能是合格，否则不合格；依次类推检测每条走线的每个点，并记下数据。

　　二、 结果与讨论

　　2.1　不同化学沉铜剂对六层板多层柔性线路板内层铜互联状况的影响

　　在PTH过程中，化学药剂的选择对于化学沉铜质量的好坏有着非常重要的影响。不同的化学药剂对化学沉铜质量的影响如表1所示，两种不同的药水制备的多层柔性线路板镀铜后热应力试验的切片图如图1所示。

表1 化学药剂对化学沉铜质量的影响

　　注：Pass代表镀层质量合格， NG代表不符合镀层要求。

　　由表1中数据可见，518系列药剂出现了孔内部连接有断开迹象，见图1（b号样品切片）。而185系列镀层内连没有出现断开现象，见图2（a号样切片）.同样黑化药剂对镀层内连没有出现断开现象,见图1(c号样切片)。在正常化学沉铜工艺条件下，化学铜185系列对内层互连可信赖度好于518系列药水，故在制备多层板柔性线路板沉铜选用185系列，同时麦特美黑化药水也满足多层板柔性线路板孔金属化要求，但是由于麦特美黑化药水成本较贵，不利于间歇性生产需求，暂时考虑使用185系列药水生产。

　　2.2　百万孔试验板经过不同系列药水作业后，经过高低温循环测试后的数据：

　　经过不同系列药水作业和高低温循环以后的百万孔试验板各10plns，使用万用表使用对测试点进行可靠性检测，并记下相关数据，具体如下表2

表2 百万孔试验板可靠性检测数据

　　由表2中数据可见，518系列药剂出现了孔内部连接断开迹象，见图2（a号样品切片），不合格数据达到万分之六，而185系列镀层内连没有出现断开现象，见图2（b号样切片），同样黑化药剂对镀层内连没有出现断开现象,见图2(c号样切片)。在正常化学沉铜工艺条件下并且经过高低温循环后，化学铜185系列和麦特美黑化药水对孔金属化可信赖度好于518系列药水，故在制备多层板柔性线路板沉铜选用185系列，同时麦特美黑化药水也满足多层板柔性线路板孔金属化要求，但是由于麦特美黑化药水成本较贵，不利于间歇性生产需求，暂时考虑使用185系列药水生产。

　　三、结论

　　1　板厚在0.31mm以下，孔径在0.15mm以上的六层多层柔性线路板，目前镀通孔采用185系列化学沉铜，镀铜参数选择1.0～1.5ASD，电镀时间110min。

　　2　麦特美黑化药剂可以满足六层板软硬结合板内层铜互联技术要求。

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