張 岑
(重慶房地產(chǎn)職業(yè)學(xué)院,重慶401331)
微孔金屬化是電子器件制造中的重要工序。不論是導(dǎo)電微孔還是非導(dǎo)電微孔,均可借助金屬化工藝實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通互連[1-2]。金屬化的工藝效果對(duì)電子器件的導(dǎo)通狀況與可靠性有著重要影響[3-4]。
本文選取布排有微孔的印制線路板作為研究對(duì)象。為了獲得理想的工藝效果,協(xié)同采用化學(xué)鍍銅工藝和電鍍銅工藝實(shí)施印制線路板的微孔金屬化,并開(kāi)展相關(guān)測(cè)試分析。
化學(xué)鍍銅的目的是預(yù)鍍薄銅膜層,為后續(xù)的電鍍銅創(chuàng)造條件。電鍍銅則用以加厚鍍層,使金屬化微孔滿足應(yīng)用要求。
化學(xué)鍍銅前,印制線路板依次經(jīng)浸酸活化、清洗和干燥處理。
化學(xué)鍍銅使用以次磷酸鈉為還原劑的鍍液,其配方為:五水合硫酸銅10g/L,次磷酸鈉25g/L,檸檬酸 鈉10 g/L,硫 酸 鎳1 g/L,亞 鐵 氯 化 鉀10 mg/L。用氫氧化鈉溶液或硫酸溶液調(diào)節(jié)鍍液的pH值在8.0~10.0范圍內(nèi)?;瘜W(xué)鍍銅過(guò)程中,保持鍍液溫度約為70℃,并進(jìn)行適度攪拌。
電鍍銅使用酸性硫酸鹽型鍍液,其配方為:五水合硫酸銅80g/L,硫酸200g/L,鹽酸60mg/L,添加劑0.1g/L。電鍍銅過(guò)程中,保持鍍液溫度約為30℃,并持續(xù)加載超聲波振蕩,以促進(jìn)微孔內(nèi)外反應(yīng)物質(zhì)的傳輸與交換。
圖1為金屬化微孔的正面形貌和壁面形貌。由圖1可知:鍍銅層牢固貼覆于印制線路板的微孔壁面,表面平整,微觀結(jié)構(gòu)致密,未出現(xiàn)明顯的漏鍍情況。電鍍銅層的側(cè)向擴(kuò)展延伸生長(zhǎng)能力優(yōu)于化學(xué)鍍銅層的,因而可以彌補(bǔ)化學(xué)鍍銅過(guò)程中局部微小區(qū)域漏鍍的缺陷[5]。對(duì)金屬化微孔而言,鍍銅層均勻連續(xù)、結(jié)構(gòu)致密、與微孔壁面牢固結(jié)合,是實(shí)現(xiàn)印制線路板各層間及附帶安裝的電子元器件間導(dǎo)通互連的前提。
圖1 金屬化微孔的形貌
圖2為不同電鍍銅時(shí)間下金屬化微孔的壁面形貌。由圖2可知:隨著電鍍銅時(shí)間的延長(zhǎng),微孔壁面鍍銅層的形貌變得粗糙,組織結(jié)構(gòu)也變得疏松。
圖2 不同電鍍銅時(shí)間下金屬化微孔的壁面形貌
金屬化微孔的電阻率是衡量印制線路板質(zhì)量的重要參數(shù)。電阻率測(cè)試是評(píng)定金屬化微孔導(dǎo)通狀況的直接方法。對(duì)于金屬化微孔而言,壁面鍍銅層的厚度是影響其電阻率的主要因素。而鍍銅層的電阻率則與密度、純度、晶界密度和組織致密程度等密切關(guān)聯(lián)[6]。
圖3 為金屬化微孔壁面鍍銅層的能譜分析結(jié)果。由圖3可知:鍍銅層的成分為典型的單質(zhì)銅,其中無(wú)雜質(zhì)的存在。此外,X 射線衍射分析結(jié)果也可證實(shí)鍍銅層的純度。衍射圖譜中未出現(xiàn)除銅元素之外的其他金屬元素或銅化合物、銅氧化物等所呈現(xiàn)的衍射峰。
圖3 金屬化微孔壁面鍍銅層的能譜分析結(jié)果
據(jù)此推知,經(jīng)化學(xué)鍍銅薄膜層、電鍍銅加厚的金屬化微孔,其電阻率取決于壁面鍍銅層的厚度及其晶界密度和組織致密程度。電阻率測(cè)定結(jié)果,如圖4所示。由圖4可知:隨著壁面鍍銅層厚度的增加,金屬化微孔的電阻率呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。雖然較低的電阻率有利于獲得理想的導(dǎo)通狀況,并且提高印制線路板金屬化微孔的可靠性,但較厚的鍍層也意味著更長(zhǎng)的施鍍時(shí)間,增加了施鍍工藝的控制難度。因此,應(yīng)結(jié)合工藝實(shí)際合理設(shè)定施鍍時(shí)間,調(diào)控金屬化微孔壁面鍍銅層的厚度。
圖4 金屬化微孔的電阻率
協(xié)同采用化學(xué)鍍銅工藝和電鍍銅工藝實(shí)施印制線路板微孔金屬化,并開(kāi)展相關(guān)測(cè)試分析。得出結(jié)論:依次經(jīng)化學(xué)鍍銅薄膜層和電鍍銅加厚處理,印制線路板金屬化微孔壁面貼覆平整致密、均勻連續(xù)的鍍銅層。致密連續(xù)且電阻率理想的鍍銅層,確保金屬化微孔的可靠性,實(shí)現(xiàn)印制線路板層間導(dǎo)通互連。
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