化学沉铜05
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化学沉铜05
化学沉铜；本教材来源于英国伦敦大学电子系电子互连专业，因笔；化学铜被广泛应用于有通孔的印制线路板的生产加工中；镀通孔（金属化孔）的概念至少包涵以下两种含义之一；1．形成元件导体线路的一部分；；2．形成层间互连线路或印制线路；一般的一块线路板；无电化学铜工艺前处理步骤的主要目的：；1．保证化学沉铜层与非导电基材之间的结合力；2．保证化学沉铜沉积层的连续完整性；
化学沉铜本教材来源于英国伦敦大学电子系电子互连专业，因笔者翻译水平有限，不能尽美，敬请原谅！化学铜被广泛应用于有通孔的印制线路板的生产加工中，其主要目的在于通过一系列化学处理方法在非导电基材上沉积一层铜，继而通过后续的电镀方法加厚使之达到设计的特定厚度，一般情况下是1mil(25.4um)或者更厚一些，有时甚至直接通过化学方法来沉积到整个线路铜厚度的。化学铜工艺是通过一系列必需的步骤而最终完成化学铜的沉积，这其中每一个步骤对整个工艺流程来讲都是很重要。本章节的目的并不是详述线路线路板的制作过程，而是特别强调指出线路板生产制作中有关化学铜沉积方面的一些要点。至于对那些想要了解线路板生产加工的读者，建议参阅其它文章包括本章后的所列举一部分的参考书目。镀通孔（金属化孔）的概念至少包涵以下两种含义之一或二者兼有：1．形成元件导体线路的一部分；2．形成层间互连线路或印制线路；一般的一块线路板是在一片非导体的复合基材（环氧树脂-玻璃纤维布基材，酚醛纸基板，聚酯玻纤板等）上通过蚀刻（在覆铜箔的基材上）或化学镀电镀（在覆铜箔基材或物铜箔基材上）的方法生产加工而成的。PI聚亚酰胺树脂基材：用于柔性板（FPC）制作，适合于高温要求；酚醛纸基板：可以冲压加工，NEMA级，常见如：FR-2,XXX-PC;环氧纸基板：较酚醛纸板机械性能更好，NEMA级,常见如：CEM-1,FR-3;环氧树脂玻纤板：内以玻璃纤维布作增强材料，具有极佳的机械性能，NEMA级，常见如：FR-4,FR-5,G-10,G-11;无纺玻纤聚酯基板：适合于某些特殊用途，NEMA级，常见如：FR-6;化学铜/沉铜非导电基材上的孔在完成金属化后可以达到层间互连或装配中更好的焊锡性或二者兼而有之。非导电基材的内部可能会有内层线路---在非导电基材层压（压合）前已经蚀刻出线路，这种过程加工的板子又称多层板（MLB）。在多层板中，金属化孔不仅起着连接两个外层线路的作用，同时也起着内层间互联的作用，加入设计成穿过非导电基材的孔的话（当时尚无埋盲孔的概念）。现在生擦和许多线路板在制程特点上都采用层压基板下料，也就是说，非导体基材的外面是压合上去一定厚度电解法制作的铜箔。铜箔的厚度是用每平方英尺的铜箔重量（盎司）来表示的，这种表示方法转化为厚度即为表13.1所示: 表13.1基材铜箔常见厚度对照:OZ/ft2 铜箔厚度0.5 0.7mil(17.5um)0.25 0.35mil(8.75um)1 1.4mil(35um)2 2.8mil(70um)非导体基材有不同厚度因为要求不同,可能会要求很强的刚性也可能要求很薄的以致柔性也很好的基材.&br&在加成法生产加工中,使用的是无铜箔基材.这样化学通的作用不仅是孔金属化,而且同时也是为后续电镀创造一个表面基材导体化电镀基底,或者甚至完全靠化学铜沉积至特定厚度并形成整个表面的线路图形.现在好多板子是采用不同基材生产加工的,无论是双面板还是多层线路板.对不同基材类型的前处理加工也稍有不同,值得加以注意和讨论. 在讨论化学铜槽本身的原则方法对于化学铜前处理也是同样适用的.减成法工艺减成法工艺因为在多层线路板采用化学铜做穿孔镀工艺处理时,有一些特殊的因素需要考虑,这里需要对多层板工艺的相关部分做一个简要介绍.完全详细的多层板生产加工的描述不再本章范围内.一般,生产流程从一块双面覆铜箔的基材开始,基材内可能含有也可能没有内层或线路层(先前制作好的).第一步是在特定位置孔的加工,使用钻孔或冲孔的方法穿透铜箔和非导电基材.无论是钻孔还是冲孔,取决于三明治式结构的基材的厚度,特别是非导电基材钻孔或冲孔加工的简易性,两种加工方法的可能得到质量水准.在一些情况下,也要考虑成孔方式的批量加工性(失败成本的分摊等).一旦孔加工成型,在进入镀铜孔化学铜沉积的湿流程处理前,有几件事情需要特别注意.首先,在钻孔或冲孔加工后,三明治式结构的外层铜箔会有披锋/孔口毛刺存在.在进入后续流程前,这些毛刺需要被处理干净,以免造成毛刺位置的电镀镀瘤,贴膜碎膜产生和撕裂问题,或者在丝网进行图形转移时破坏丝网等.这些毛刺经常采用研磨性的聚合物毛刷的湿沙法处理.在湿沙法处理过程中,要特别注意对磨刷压力的控制.避免孔口处刷出铜园角化甚至暴露孔口非导电基材,影响后续沉积在此处的化学铜的结合力,以及后续明显的边缘孔破产生.第二,镀通孔的目的是使两外层铜层通过非导电基材孔导通化,对多层板来说,内层铜箔也是一样的需要通过这个孔导通互连.在钻孔或冲孔加工通过铜-聚合物-铜三明治式结构的过程中,特别是对多层板三明治结构的内层铜层来说,聚合物胶渣沾污内层铜环的可能性很高.这种胶渣/钻污必需除去,特别孔内内层铜环上的,以保证内层和最终孔铜之间的电气完整性.有时候甚至要”回蚀”少量树脂,使内层铜环在孔内有一个微小的突出,由此和孔内铜有更好的结合强度.除胶渣/去钻污可以通过回蚀使用的方法来完成.单独的去钻污可以通过湿法喷沙或蒸汽法;这些方法一般使用胶细的研磨剂如玻璃珠或氧化铝研磨材料.在湿浆法过程中是采用喷嘴喷浆处理孔.一些化学原料无论在回蚀和/或除胶渣工艺中用来溶解聚合物树脂.通常的(如环氧树脂系统),浓硫酸,铬酸的水溶液等都曾经被使用过.无论哪种方法,都需要很好的后处理,否则可能造成后续湿流程穿孔化学铜沉积不上等诸多问题的产生.浓硫酸法:槽液处理后要有一个非常好的水洗,最好是热水,尽量避免水洗时有强碱性溶液.可能会形成一些环氧树脂磺酸盐的钠盐残留物产生,这种化合物很难从孔内清洗除去.它的存在会形成孔内污染,可能会造成很多电镀困难.铬酸法:孔内六价铬的存在会造成孔内化学铜覆盖性的很多问题.它会通过氧化机理破坏锡钯胶体,并阻碍化学铜的还原反应.孔破是这种阻碍所造成的常见结果.这种情况可以通过二次活化解决,但是返工或二次活化成本太高,特别在自动线,二次活化工艺也不是很成熟.铬酸槽处理后经常会有中和步骤处理,一般采用亚硫酸氢钠将六价铬还原成3价铬.中和剂亚硫酸氢钠溶液的温度一般在100F左右，中和后的水洗温度一般在120―150F，可以有清洗干净亚硫酸盐，避免带入流程中的其他槽液，干扰活化。其它系统：也有一些其它的化学方法应用于除胶渣/去钻污和回蚀工艺。在这些系统中，包括应用有机溶剂的混合物（膨松/溶胀树脂）和高锰酸钾处理，以前也用于浓硫酸处理的后处理中，现在甚至直接取代浓硫酸法/铬酸法。此外还有等离子体法，还处于试验应用阶段，很难用于大规模的生产，且设备投资较大。无电化学铜工艺前处理步骤的主要目的：1．保证化学沉铜层与非导电基材之间的结合力2．保证化学沉铜沉积层的连续完整性；3．保证化学铜与基材铜箔之间的结合力；4．保证化学铜与内层铜箔之间的结合力以上是对化学铜/无电铜前处理作用的简要说明。 下面简述无电化学铜典型的前处理步骤：一．除油除油的目的：1．除去铜箔和孔内的油污和油脂；2。除去铜箔和孔内污物；3．有助于从铜箔表面除去污染和后续热处理；4．对钻孔产生聚合树脂钻污进行简单处理；5。除去不良钻孔产生吸附在孔内的毛刺铜粉；A．除油调整在一些前处理线中，这是处理复合基材（包括铜箔和非导电基材）的第一步，除油剂一般情况下是碱性，也有部分中性和酸性原料在使用。主要是在一些非典型的除油过程中；除油是前处理线中的一个关键的槽液。除油不足可能会导致一些如下的质量问题的产生：被污物沾染地方会因为活化剂吸附不足即而造成化学铜覆盖性的问题（亦即微空洞和无铜区的产生）。微空洞会被后续电镀铜覆盖或桥接，但是此处电铜层与基地的非导电基材之间没有任何结合力而言，最终结果可能会造成孔壁脱离和吹孔的产生。沉积在化学铜层上的电镀层产生的内部镀层应力和基材内被镀层包裹的水分或气体因后续受热（烘板，喷锡，焊接等）所产生的蒸汽膨胀涨力趋向于将镀层从孔壁的非导电基材上拉离，可能会造成孔壁脱离；同样孔内的毛刺披锋产生的铜粉吸附在孔内在除油过程中若是不被除去，也会被电镀铜层包覆，同样该处铜层与非导电基材之间没有任何结合力而言，这种情况最终也可能会造成孔壁脱离的结果。以上两种结果无论发生与否，但有一点无可否认，该处的结合力明显变差而且该处热应力明显升高，可能会破坏电镀层的连续性，特别是在焊接或波焊过程中，结果造成吹孔的产生。吹孔现象实际上是从结合力脆弱的镀层下的非导电基材出产生的蒸气因受热膨胀而喷出造成的！假若我们的无电铜沉积在基材铜箔的污物上或多层板内层铜箔圆环上的污染物上，这样无电铜和基底铜之间的结合力也会比清洗良好的铜箔之间的结合力差很多，结合不良的结果可能会产生：假若油污是点状的话，可能造成起泡现象的发生，；假若污物面积较大时，甚至可能造成无电铜产生脱离现象；除油过程中的重要因素：1．如何选择合适的除油剂-清洗/除油剂的类型2．除油剂的工作温度3．除油剂的浓度4．除油剂的浸渍时间5．除油槽内的机械搅拌；6．除油剂清洗效果下降的清洗点；7．除油后的水洗效果；在上述清洗操作中，温度是一个值得关注的关键的因素，许多除油剂都有一个最低的温度下限，在此温度以下清洗除油效果急剧下降！水洗的影响因素：1．水洗温度应该在60F以上；2．空气搅拌；3．最好有喷淋；4．整个水洗有足够的新鲜水及时更换；。除油槽后的水洗在某种意义上与除油本身一样重要，板面和孔壁残留的除油剂本身也会成为线路板上的污染物，继而污染后续其他的主要处理溶液如微蚀和活化。一般在该处最典型的水洗如下：a。水温在60F以上，b.空气搅拌；c。在槽内装备喷嘴时板件在水洗时有新鲜水冲洗板面；条件c不经常使用，但是ab两项是必需的；清洗水的水流量取决于如下因素：1．废液带出量（ml/挂）2．水洗槽内工作板负载量3．水洗槽的个数（逆流漂洗） 二．电荷调整或整孔：典型的除油后采用电荷调整工艺，一般在一些特殊板材和多层板生产中，因为树脂本身的电荷因素，在经过除胶渣凹蚀的过程后，需要在电荷方面作调整处理；调整的重要作用就是对非导电的基材进行“超级浸润”，换句话来说，就是将原先带微弱负电荷的树脂表面经过调整液处理后变性为带微弱正电荷活性表面。在一些情况下提供一个均匀连续正电荷极性表面，这样可以保证后续活化剂可以被有效充分的吸附在孔壁上。有时候调整的药品会被加到除油剂中，于是也会称为除油调整液，尽管单独的除油液和调整液会比合二为一的除油调整液效果更佳，但是行业的趋势已将二者合二为一，调整剂其实就是一些表面活性剂而已。调整后的水洗极为重要，水洗不充分，会使表面活性剂残留在板铜面上，污染后续微蚀，活化液，以致可能影响最终铜铜之间的结合力，结果降低化学铜和基材铜之间的结合力。此处应该注意清洗水的温度和有效清洗的水流量。调整剂的浓度应该要特别注意，应该避免太高浓度的调整剂的使用，适量的调整剂反而会起到更明显的作用。 三.微蚀无电铜沉积的前处理的下一步就是微蚀或微蚀刻或微粗化或粗化步骤，本步骤的目的是为后续的无电铜沉积提供一个微粗糙的活性铜面结构。如果没有微蚀步骤，化学铜和基材铜之间的结合力会大大降低；粗化后的表面可以起到一下作用：1． 铜箔的表面积大大增加，表面能也大大增加，为化学铜和基材铜之间提供根多的接触面积2． 假若一些表面活性剂在水洗时没有被清洗掉，微蚀剂可以通过蚀去其底部基材铜面上的铜基而清除掉基材表面的表面活性剂，但是完全依靠微蚀剂取出表面活性剂是不太现实的和有效的，因为表面活性剂残留的铜面面积较大时，允许微蚀剂作用的机会很小，经常会微蚀不到大片表面活性剂残留处的铜面；3． 为后续活化剂的吸附提供一个良好的锚点，使后续的活化胶体钯可以很好的吸附在基材铜的表面；4． 后续的无电铜层可以通过粗化良好的表面与基材铜紧密地结合在一起；5． 其实此处的微蚀还有一个作用：除去板面铜箔上和内层铜箔面上的吸附的作为调整剂的表面活性剂分子，因为在基材铜和化学铜之间存在有机分子层会影响二者之间的结合力）为了达到理想的效果，微蚀要达到一定的深度。通常情况至少要微蚀到1微米以上，一般在1--2。5微米左右，微蚀厚度不足即使在后续条件理想条件下，也不一定会有一个满意的结果。单纯的从基材铜箔上蚀去铜不是我们的真正目的，微蚀剂微蚀后产生的鲜艳粉红色的活性铜面才是我们的真正的所要求的，由此可以得到一个微粗化的活性表面。微蚀剂作用的好坏会受到槽液里铜含量的高低的影响。温度也是微蚀液的一个重要参数。温度太低，微蚀不足甚至铜面依然光亮；温度太高，槽液失控分解报废，板件孔口露基材，多层板内层铜箔的反回蚀等；多层板的内层铜箔会因为微蚀过度造成回缩，这种现象称为反回蚀，这样会降低无电铜和内层铜箔之间的结合面积及结合力(因为反回蚀后的部分树脂表面没有经过除油调整而会造成此处的沉铜的连续和沉积性问题，影响板子的连接可靠性信赖度等问题)这是我们不希望看到的。无电铜和基材铜箔之间的结合力不良一般都是由于微蚀不足和表面清洁度问题造成的。沉铜后的结合力的拉力试验可以每天一到两次作为沉铜质量控制的手段之一，可以帮助我们及时地发现问题，但是很多工厂只是在问题发生后才去做此检验，这样拉力试验只是作为人们对担心的问题的验证方法而已! 拉力试验一般使用约6英寸长宽约0。5-1英寸的胶带紧紧压贴在铜面上，用力快速的拉起，胶带应贴在有部分孔的地方，用拇指或硬币按压结实，撕后观察胶带板面有无铜箔被拉起撕掉。孔口铜皮翻起的可能原因：&br&&br&板子孔内残留的清洗剂流出而清洗未净； &br&过活化； &br&无电铜沉积不良； 孔口铜皮翻起可能会因为过微蚀和上述的原因；微蚀前的水洗很重要，水洗充分可以确保残留除油剂不带入微蚀槽内或污染铜面。对所有的微蚀剂来讲，碱性有机物是一种毒化剂，会严重破坏微蚀剂的功能；微蚀的维护预防措施：用单独的槽子用于无电铜挂具/篮的铜褪镀； 水洗充分---避免铜的带出化学铜用的挂篮应该用一个单独的槽子去褪镀，不能放在微蚀槽中，因为微蚀剂对金属的带入特别是钯的存在敏感性特别明显，可能会导致槽液的分解；微蚀后良好的水洗也是为了不带入铜离子污染其他化铜前处理液。常见的可作为微蚀剂的化学品主要有以下几种：过硫酸铵，过硫酸钠,其他如硫酸双氧水氧化剂（一般双氧水1---1。5磅/加仑1%硫酸）以及其他的过硫酸盐微蚀剂，氯化铜不可用做微蚀剂，因为微蚀铜面会残留氯化亚铜，难于清洗去除。微蚀剂过硫酸盐型 硫酸双氧水型1．除油剂/调整 除油/调整2．水洗 水洗3．微蚀 浸硫酸溶液4．水洗 水洗（最好）5．浸硫酸溶液 微蚀6．水洗 水洗采用硫酸双氧水作为微蚀剂，需要在一个较高的操作温度下，一般经常在微蚀槽前除油后增加一个硫酸浸洗液主要是为减少碱性材料特别是一些表面活性剂的带入，因为对于硫酸双氧水体系的稳定剂来讲，除油和调整的一些表面活性剂是毒性剂。若采用其他的微蚀剂体系，则要求在微蚀后增加一硫酸浸洗液，以除去微蚀残留物，，但这并不是必需的，特别是对过硫酸盐体系微蚀剂来讲。采用过硫酸盐体系微蚀剂，微蚀槽一般使用1-3%的稀硫酸溶液来除去微蚀残留物并伴有一个良好的水洗槽。因为无电铜生产线主要是酸性槽液，需要特别注意重金属离子对槽液的污染，这可能会影响化铜的结合力。活化前处理液/预浸液/预活化液除去表面氧化物，减少铜离子对活化液的污染；避免其他粒子的带入和对活化槽液PH值的冲击；就是作为一个牺牲奉献槽；位于活化液前的预浸液在标准制程SOP上很常见，主要为了减少污染粒子对活化液污染，预浸后生产板件不经水洗直接进入活化槽。因为大部分活化液是氯基的，所以预浸液液是氯基的。在这种情况下，工件带入到活化槽的残留物对活化液来讲都是一种离子污染！每一次覆铜板进入水槽中浸洗，表面都会发生轻微的氧化，特别是在酸性浸洗后，浸入到一些弱酸液中可以将表面的轻微的氧化物除去，因而减少铜离子对槽液的污染。活化液都有一定程度酸性，弱酸性的预浸液将铜离子溶解在自身溶液内在某种程度上也延长了活化液的寿命。许多活化剂对铜离子污染很敏感。预浸液需要经常性更换（与活化液相比价格相对低廉的）。随着时间而带入预浸液的铜离子的不断升高，一般铜含量在超过1克/升前即要更换。因为强酸性预浸液会攻击多层板内层的黑氧化层甚至残留在内层铜箔的盐酸会加大反回蚀的发生，因此近年来，预浸趋向于降低酸强度（1-2%的盐酸），同样活化液液是如此！（现在的胶体钯多数是盐基的，少数是酸基的，高盐酸型的目前已经被淘汰出线路板行业）活化/催化良好的活化在化学铜制程中甚至比化学铜本身还要重要。尽管如此，之前的槽液处理也必须良好的处理状态。活化的胶体钯微粒主要是通过粒子的布朗运动和异性电荷的相互吸附作用分别吸附在微蚀后产生的活性铜面上和经清洗调整处理后的孔壁的非导电基材上。 活化液/催化液主要是有二价的亚锡离子包围钯原子核组成的胶体的溶液。该溶液中含有较高浓度的氯离子和适量的酸，比五到十年前的酸含量已大大降低，以尽量避免或减少多层板反回蚀和粉红圈现象的发生。这种活化性的胶体颗粒会吸附在所有的工件上，包括铜箔表面，非导电基材等，经活化处理后一般情况下非导电基材呈现褐色。一般情况下，胶体微粒内亚锡离子的数目是钯原子数目的50-100倍左右，胶体颗粒在配制过程当然是越小越好。没有亚锡离子的存在，钯原子会失去活性被氧化为没有活性的钯离子。槽液的活化能力不仅取决于活化液中钯的含量，同时也取决于胶体微粒的复合物结构。活化液在一般情况下是典型的深棕黑色。可以通过分析控制槽液中的亚锡离子含量来保证槽液中有足够的亚锡离子以防止槽液失去活性，维护槽液的稳定性。活化槽本身不可进行空气搅拌，因为会氧化亚锡离子和活化钯颗粒而使之失去活性。因为活化剂是一层介于化铜层和基材铜箔或非导电基材上的物质，它可有效的增强铜-铜之间的结合力和化学铜与非导电基材之间的结合力。一般情况下，活化液的活化强度不宜太高，避免在活化槽处理时间过长，活化液中钯含量一般是微量的，但是作用效果却很明显！活化不良，结果可能会造成铜-铜之间的结合力变差，当然钯的消耗和由此产生的成本也会很高！生产板从活化液中提出时应该充分的滴液时间。在很多工厂，钯的消耗主要不是生产板件的消耗，而是板件的带出消耗。锡钯胶体溶液对于外来污染中的一些金属离子特别是铜离子和锑离子很敏感。一般情况下，10-20ppm的锑离子存在可以造成化学沉积层微空洞的产生。但对于铜离子来说，活化液的敏感性稍有不同:对多层板来说，当活化液内的铜含量达到800ppm左右，经过Desmear除胶渣处理后的非导电基材可能会出现一些孔内空洞的问题，；相对于双面板来说，同样的情况只有在活化液的铜含量达到ppm甚至更高才会出现。如何保证活化液污染的最小化：一般情况保证活化时间在4-6分钟即可；定期的更换预浸液；避免工件提出槽液后再重新浸入槽液；活化后的水洗应该避免太长水洗时间；充分的清洗水流量；避免空气搅拌或尽量使用很小的空气搅拌；清洗水水质要好；太长的水洗时间会造成活化剂的缓慢破坏，导致活性的降低；同时也会导致表面铜的氧化。活化后的第一个水洗槽一般会变得很浑浊，是因为锡的氢氧化物的生成。水洗不充分，可能会造成大量的锡的氢氧化物污染活化的表面。(可能会造成化学铜粗糙甚至镀层的结合力）&br&空气搅拌虽有利于生产板件的清洗效果，但是也可能氧化活化颗粒，使之降低甚至失去活性，这主要看空气搅拌的大小。此处的清洗水如果采用再生循环水清洗可能会在此处以及还原/加速后的水洗中产生一些问题。这要看是采用何种循环系统再生和哪些清洗水用于循环再生的，可能会产生一些偶然的问题：因为再生循环水可能会含有一些润湿剂或者络合剂或者氧化剂等，这些物质可能会降低活化剂的活性甚至使之完全失去活性，继而造成化学铜的孔内空洞。一旦活化颗粒在处理过程中吸附于生产工件之上后，所有的预防措施都是围绕着如何保证持化颗粒的活性状态而展开的。水洗槽中的水呈黄色和有泡沫产生意味着活化可能出了问题。这种情况下，应该立即关掉水阀，完全放掉水槽内的水，换成新鲜的市水（自来水）方可。一些良好清洗方法应该做到，包含各类专业文献、文学作品欣赏、高等教育、行业资料、各类资格考试、幼儿教育、小学教育、专业论文、化学沉铜05等内容。
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&&&&&&&&&&&&& 胡文强　周仲承　杨盟辉　王克军　易家香　段远富&&&&&&&&&&&&&&&&&&&（中南电子化学材料所，湖北　武汉　430070）&&&&摘要：化学镀厚铜不需要电镀设备和昂贵的阳极材料，沉铜后经防氧化处理即可进入图形
转移工序，然后直接进行图形电镀，缩短了生产流程，有着非常广泛的应用。但由于化学镀厚铜沉积时间长，镀层较厚，在生产中如果参数控制不到位，容易出现镀层起皮和结合力差等问题。文中对某厂在化学镀厚铜过程中出现的一次孔口起皮故障进行了原因分析和跟踪，提出了预防出现类似问题的方法。关键词化学镀厚铜；孔口起皮；鱼骨图&&&&中图分类号：TN41文献标识码：A文章编号：（4-03&&&&化学镀铜是指在没有外加电流的条件下，处于同一溶液中的铜离子和还原剂在具有催化活性的基体表面上进行自催化氧化-还原反应，沉积铜镀层的一种表面处理技术；在大多数英文文献中又被译为不通电电镀或无电解镀铜（Electroless&Copper&Plating）[1]。化学镀铜可镀基材范围非常广泛，通过敏化、活化等预处理，可在非金属及半导体材料表面进行，是非导体材料表面金属化和制备电镀前的导电底层的常用方法。化学镀铜液的分散能力接近100%、镀层厚度均匀、无明显的边缘效应，特别是复杂形状的基体，在尖角、凹槽部位没有额外的沉积或沉积不足，在深孔、盲孔、腔体件的内表面也能得到和外表面同样厚度的镀层。此外，化学镀铜不需要电源、输电系统及昂贵的阳极材料等，工艺设备非常简单，成本低廉。通过添加合适添加剂，化学镀铜可以得到具有良好的化学、机械和电磁性能的镀层，满足各种需要。从1947年，Narcus首先报道了化学镀铜溶液以来，化学镀铜在装饰性表面保护、电路互连、电子元器件封装、电磁屏蔽、汽车工业和航天航空工业等方面得到了越来越广泛的应用，如卫星通讯天线、超轻波纹波导、雷达反射器、同轴电缆射频屏蔽、天线罩、底板屏蔽等的制造[2]；但是，化学镀铜目前在工业上最重要的应用是印制电路板（PrintedCircuit&Board，PCB）的通孔金属化，即在PCB的绝缘孔壁内沉积一层铜，从而使电路导通，将整块PCB连为一个整体[3]。&&&&按照镀层厚度的不同，可以化学镀铜分为薄铜和厚铜体系。在亚洲多数地区，化学镀铜的厚度控制在0.3μm~0.5μm，然后全板电镀将镀层加厚至5μm~8μm，进入图形转移工序。由于电镀电流分布不均匀会使得全板厚度不均匀，周边比中间部分厚30%~70%。在生产精细线路板（0.075&mm~0.1&mm）时，整板蚀刻干净后却发现中间部分的线路已过蚀，因而报废；反之，中间线路蚀刻好了，但板的周边却仍未蚀刻干净。另外，在高级细孔多层板（孔径0.3&mm~0.4&mm）制作过程中，对化学镀铜的均匀全覆盖要求极严，如果采用先沉薄铜再电镀加厚，往往由于孔壁铜层沉铜不够厚而易形成空洞，造成孔壁镀层的不均匀而无法达到严格的技术标准。基于以上技术问题，近年来不少电路板厂改用化学镀厚铜的技术。化学镀厚铜的镀层厚度一般在1.8μm~2.5μm，也有的厂家为了节省成本，铜厚度控制在1.4μm~1.6μm，后者往往也叫中铜。在完成化学镀厚铜后，电路板经防氧化处理即可进入图形转移工序，然后直接进行图形电镀[4]，缩短了生产流程，有着非常广泛的应用。&&&&但由于化学镀镀厚铜沉积时间较长，镀层较厚，在生产中如果参数控制不到位，容易出现镀层起皮和结合力差等问题。文中对某厂在化学镀厚铜过程中出现的一次孔口起皮故障进行了原因分析和跟进，较好地解决了问题，并提出了预防出现类似问题的方法。&&&&1·故障描述&&&&在江苏某厂进行化学沉厚铜线的新开线工作，在按照操作指导书的要求配制好各工序药水并调整各操作参数在要求范围内后，进行试生产。在第一挂板子沉铜之后，马上进行清洗和烘干，虽然经过测量，所沉积铜镀层的厚度在要求的范围内（3.2μm），但是在孔口部位，出现较为明显的起泡现象，镀层和基体结合力很差，后续的几挂板子也出现了同样的故障。在排除了偶然因素后，立即将生产线停了下来，马上对各工序可能引起故障的因素进行了排查，以期尽快找出造成孔口镀层起皮的原因。&&&&该厂使用的是中南电子化学材料所CS-9-A3化学沉厚铜体系药水，简要工艺流程为：碱性去油/调整→微蚀→预浸→胶体钯活化→碱性解胶→化学厚铜。各工序所用药水及操作参数如表1所示。&&&&&&&&&&&&&&&&2·原因分析及工艺调整&&&&结合孔金属化（Plated&Through&Hole，PTH）工序维护的经验，对于可能引起镀层孔口起皮的工序和操作进行了分析和调整。可能的原因主要有如下两大类：&&&&（1）板面有异物而引起起皮。可能引起此类故障的因素包括：去油清洗力弱、去油后水洗不足、板面微蚀不够、解胶不足等；这些原因均可能使得板面沾染的污物或胶体钯水解产物无法在进入沉铜槽前被充分除掉，从而使得化学沉铜后镀层在异物处产生起皮、粗糙。&&&&（2）化学沉铜速率过快，导致镀层粗糙、与板面结合力差，从而引起起皮。可能引起此类故障的因素包括：活化液温度过高、活化液浓度过大、沉铜液温度过高、负载太大以及沉铜液中的硫酸铜、氢氧化钠和甲醛的含量过高。此类因素均会使得化学沉铜反应速率过快，产生疏散、粗糙的镀层，甚至可能造成板面铜粒而使得印制板报废[5]。结合上述分析，孔口起皮故障原因分析的鱼骨图如图1所示。&&&&&&&&&&&&&&&&&结合鱼骨图，针对上述两大类原因，对于整个PTH工序开始了彻底的筛查。&&&&（1）考虑到化学沉铜沉积速率过快、镀层粗糙及与基体结合力差是最可能引起孔口起皮的原因，对沉铜槽进行了如下调整：①将化学沉铜槽温度由45℃降低到40℃，仍普遍存在孔口起皮现象，效果改善不明显；②将化学沉铜槽中的铜离子、氢氧化钠和甲醛等主盐的含量分别从3&g/L、9&g/L、和7&g/L，降低到2.8&g/L、8&g/L和6&g/L，效果改善也不明显。这说明，化学沉铜工序不是引起此次孔口起皮故障的主要原因。&&&&（2）清洗/调整槽清洗能力不足，或者之后的水洗不充分，也会导致板面沾染污物或有机物，从而引起化学沉铜后板面起皮。①将去油后的水洗改为热水洗，并将水洗时间延长一倍，效果改善不明显；②将碱性清洗/调整剂换为酸性调整剂，效果改善不明显。&&&&（3）将现用的碱性解胶液换为酸性解胶，加强解胶效果，经此改变之后，化学沉铜后的板子均未再出现孔口起皮现象，再继续跟踪，也一直未再出现此类故障。&&&&采取的具体措施及参数调整，如表2所示。&&&&从表2中可以看出，解胶工序是引起此次化学沉铜孔口起皮故障的关键原因。这是因为，胶体钯由钯核和外部的锡胶团构成的，解胶工序就是让锡胶体与酸或碱反应而生成溶于水的锡盐，从而除去在活化后的水洗过程中所生成的四价锡胶体，露出具有催化活性的钯核。如果解胶不彻底，板面就会残留四价锡胶体，从而影响到化学沉铜镀层与基体的结合力及粗糙度；而化学镀厚铜沉积速率快、时间长、氢气释放量大，对基体的形貌和状态要求较高，如果基体表面有未除去的锡胶体，会大大影响镀铜层与基体之间的结合力，从而出现起皮故障。将现用的碱性解胶液换为酸性解胶，加强解胶效果，经此改变之后，化学沉铜后的板子均未再出现孔口起皮现象，再继续跟踪，也一直未再出现此类故障。&&&&3·故障预防&&&&为了防止此类故障的再次出现，在化学镀厚铜的工序维护中，需要注意以下方面。&&&&（1）保证清洗/调整剂的清洗能力以及其后的热水洗的温度及清洗水量，加强水洗；&&&&（2）保持粗化液的粗化能力，保证微蚀深度在要求范围内；&&&&（3）活化液浓度和工作温度不能过高；&&&&（4）保证解胶溶液浓度及处理时间，使得能充分解胶；&&&&（5）将沉铜液中各组份浓度及反应温度控制在要求范围内，避免沉积速率过快。&&&&经过更换解胶槽并将各工序操作参数控制在要求范围内，按照故障预防应注意的几个方面加强对各工序的维护，一直未再出现孔口起皮故障。参考文献[1]姜晓霞,沈伟.化学镀理论及实践[M].北京:国防工业出版,2000．[2]许盛光.铝模芯直接化学镀铜工艺研究[J].电镀与精饰,):13-14．[3]陈达宏.印制电路孔金属化[J].电子工艺技术,):102-105．[4]林金堵,龚永林.现代印制电路基础[M].上海:印制电路行业协会,2001．[5]邓宏喜.P&C&B开路的产生原因和改善措施[J].印制电路信息,-43．第一作者简介胡文强，从事印制电路板专用化学药水的研发和技术服务工作，所研发的多项产品在PCB生产厂家使用。
China&Electroplating Association