PCB化学镀铜工艺流程解读(一)
PCB化学镀铜工艺流程解读（一）
化学镀铜(Eletcroless Plating Copper)通常也叫沉铜或孔化（PTH）是一种自身催化性氧化还原反应。首先用活化剂处理，使绝缘基材表面吸附上一层活性的粒子通常用的是金属钯粒子（钯是一种十分昂贵的金属，价格高且一直在上升，为降低成本现在国外有实用胶体铜工艺在运行），铜离子首先在这些活性的金属钯粒子上被还原，而这些被还原的金属铜晶核本身又成为铜离子的催化层，使铜的还原反应继续在这些新的铜晶核表面上进行。化学镀铜在我们PCB制造业中得到了广泛的应用，目前最多的是用化学镀铜进行PCB的孔金属化。PCB孔金属化工艺流程如下：
钻孔→磨板去毛刺→上板→整孔清洁处理→双水洗→微蚀化学粗化→双水洗→预浸处理→胶体钯活化处理→双水洗→解胶处理（加速）→双水洗→沉铜→双水洗→下板→上板→浸酸→一次铜→水洗→下板→烘干
一、镀前处理
1．去毛刺
钻孔后的覆铜泊板，其孔口部位不可避免的产生一些小的毛刺，这些毛刺如不去除将会影响金属化孔的质量。最简单去毛刺的方法是用200～400号水砂纸将钻孔后的铜箔表面磨光。机械化的去毛刺方法是采用去毛刺机。去毛刺机的磨辊是采用含有碳化硅磨料的尼龙刷或毡。一般的去毛刺机在去除毛刺时，在顺着板面移动方向有部分毛刺倒向孔口内壁，改进型的磨板机，具有双向转动带摆动尼龙刷辊，消除了除了这种弊病。
2．整孔清洁处理
对多层PCB有整孔要求，目的是除去钻污及孔微蚀处理。以前多用浓硫酸除钻污，而现在多用碱性高锰酸钾处理法，随后清洁调整处理。
孔金属化时，化学镀铜反应是在孔壁和整个铜箔表面上同时发生的。如果某些部位不清洁，就会影响化学镀铜层和印制导线铜箔间的结合强度，所以在化学镀铜前必须进行基体的清洁处理。最常用的清洗液及操作条件列于表如下：
3．覆铜箔粗化处理
利用化学微蚀刻法对铜表面进行浸蚀处理（蚀刻深度为2-3微米），使铜表面产生凹凸不平的微观粗糙带活性的表面，从而保证化学镀铜层和铜箔基体之间有牢固的结合强度。以往粗化处理主要采用过硫酸盐或酸性氯化铜水溶液
进行微蚀粗化处理。现在大多采用硫酸/双氧水（H
2SO
4
/H
2
2
）其蚀刻速度比较恒
定，粗化效果均匀一致。由于双氧水易分解，所以在该溶液中应加入合适的稳定剂，这样可控制双氧水的快速分解，提高蚀刻溶液的稳定性使成本进一步降低。常用微蚀液配方如下：
硫酸H2SO4 150~200克/升
双氧水H202 40~80毫升/升
常用稳定剂如下：
稳定剂化合物添加量蚀刻铜速率双氧水H202分解率
C2H5NH 2 10g/l 28% 1.4mg/l.min
n-C4H9NH2 10ml/l 232% 2.7 mg/l.min
n-C8H17NH2 1 ml/l 314% 1.4mg/l.min
H2NCH2NH2 10g/l 2.4 mg/l.min
C2H5CONH2 0.5 g/l 98% /
C2H5CONH2 1 g/l 53% /
不加稳定剂 0 100% 快速分解
我们以不加稳定剂的蚀刻速率为100%，那么蚀刻速率大于100%的为正性加速稳定剂，小于100%的为负性减速稳定剂。对于正性的加速稳定剂不用加热，在室温（25度C）条件下就具有较高的蚀刻速度。而负性减速稳定剂，必须加热使用才能产生微蚀刻铜的效果。应注意新开缸的微蚀刻液，开始蚀刻时速率较慢，可加入4g/l硫酸铜或保留25%的旧溶液。
二、活化
活化的目的是为了在基材表面上吸附一层催化性的金属粒子，从而使整个基材表面顺利地进行化学镀铜反应。常用的活化处理方法有敏化—活化法（分步活化法）和胶体溶液活化法（一步活化法）。
1．敏化－活化法（分步活化法）
（1）敏化处理
常用的敏化液是氯化亚锡的水溶液。其典型配方如下：
氯化亚锡（Sncl2.2H2O）30~50g/L
盐酸50~100ml/L
锡粒3~5g/l
配制时先将水和盐酸混合，然后加入氯化亚锡边搅拌使其溶解。锡粒可防止Sn2+氧化。
敏化处理在室温下进行，处理时间为3~5min，水洗后进行活化处理。
（2）活化处理
常用的离子型活化液是氯化钯的溶液，其典型配方如下：
氯化钯pdCl20. 5~1g/L
盐酸5~10ml/L
处理条件－室温，处理1~2min
敏化－活化法的溶液配制和操作工艺简单，在早期的印制板孔金属化工艺中曾得到广泛应用。这种方法有二个主要缺点：一是孔金属化的合格率低，在化学镀铜后总会发现有个别孔沉不上铜，其主要有二个方面的原因，其一是Sn+2离子对环氧玻璃的基体表面湿润性不是很强，其二是Sn+2很易氧化特别是敏化后水洗时间稍长，Sn+2被氧化为Sn+4，造成失去敏化效果，使孔金属化后个别孔沉不上铜。二是化学镀铜层和铜箔的结合力差，其原因是在活化过程中，活化液中贵金属离子和铜箔间发生置换反应，在铜表面上形成一层松散的金属钯。如果不去除会影响沉铜层和铜箔间的结合强度。在多层连接以及图形电镀法工艺中，这种缺陷已经成为影响印制板质量主要矛盾，现在是用螯合离子钯分步活化法来解决这些问题，现在用得也比较少。
2．胶体钯活化法（一步活化法）
（1）配方
常用的胶体钯活化液配方列于表
非常好的活性，明显地提高了化学镀铜层的质量，因此，在PCB的孔金属化工艺中，得到了普遍应用。
表中的配方1是酸基胶体钯，由于其盐酸含量高，使用时酸雾大且酸性太强对黑氧化处理的多层
内层连接盘有浸蚀现象，在焊盘处易产生内层粉红圈。活化液中钯含量较高，溶液费用大，所以已很少采用。配方2是盐基胶体钯。在盐基胶体钯活化液中加入尿素，可以和Sn2+
O
‖
形成稳定的络合物［H
2NCNH
3
］SC1－
3
，防止了活化剂产生沉淀，明显地降低了盐
酸的挥发和Sn2+离子的氧化，从而提高了胶体钯活化液的稳定性。
（2）胶体钯活化液的配制方法
a．酸基胶体钯活化液—称取1g氯化钯溶解于100ml盐酸和200ml纯水的
混合液中，并在恒温水浴中保持30℃，边搅拌边加入氯化亚锡（SnCl
2?2H
2
O）2.54g
搅拌12min，然后再与事先配制好的氯化亚锡60g、盐酸200ml和锡酸钠7g的混合液溶解在一起，再在45℃的恒温水浴条件下保温3h，最后用水稀释至1L即可使用。
b．盐基胶体钯活化液－称取氯化钯0.25g，加入去离子水200ml，盐酸10ml，在30℃条件下搅拌，使氯化钯溶解。然后加入3.2g氯化亚锡并适当搅拌，迅速倒入事先配制好的含有尿素50g、氯化钠250g、锡酸钠0.5g和水800mL的混合溶液中，搅拌使之全部溶解，在45℃条件下保温3h，冷至室温，用水稀释至1L。
（3）胶体钯处理工艺
采用胶体钯活化液按下述程序进行：
预浸处理→胶体钯活化处理→水洗→解胶处理→水洗→化学镀铜→
a．预浸处理－经过粗化处理的覆铜箔板，如果经水洗后直接浸入胶体钯活化液中进行活化处理，将会使活化液中的含水量不断增加，造成胶体钯活化液过早聚沉。因此，在活化处理前要先在含有Sn2+的酸性溶液中进行预浸处理1~2min，取出后直接浸入胶体钯活化液中进行活化处理。配制时应首先将盐酸与水相混
合，然后再加入SnCl
2?2H
2
O ,搅拌溶解，这样可防止SnCl
2
水解。
酸基胶体钯预浸液配方：
氯化亚锡（SnCl2.2H2O） 70~100g/L
盐酸37%（体积）200-300ml/L
盐基胶体钯预浸液配方：
SnCl2.2H2O 30g/L
HCl 30ml/l
NaCl 200g/l
O
║
H2N-C-NH2 50g/l
b．活化处理－在室温条件下处理3~5min，在处理过程中应不断移动覆铜箔板，使活化液在孔内流动，以便在孔壁上形成均匀的催化层。
c．解胶处理－活化处理后，在基材表面吸附着以钯粒子为核心，在钯核的周围，具有碱式锡酸盐的胶体化合物。在化学镀铜前，应将碱式锡酸盐去除，使活性的钯晶核充分暴露出来，从而使钯晶核具有非常强而均匀的活性。经过解胶处理再进行化学镀铜，不但提高了胶体钯的活性，而且也显著提高化学镀铜层与基材间的结合强度。常用的解胶处理液是5%的氢氧化钠水溶液或1%氟硼酸水溶液。解胶处理在室温条件下处理1~2min，水洗后进行化学镀铜。
d．胶体铜活化液简介：
明胶2g/l
CuSO4.5H2O 20g/l
DMAB（二甲胺基硼烷）5g/l
水合肼10 g/l
钯20ppm
PH 7.0
配制过程：首先分别将明胶和硫酸铜用温水（40度C）溶解后将明胶加入
至硫酸铜的溶液中，用25%H
2SO
4
将PH值调至2..5当温度为45度C时，将溶解
后DMAB在搅拌条件下缓慢加入上述的混合溶液中，并加入去离子稀释至1升，保温40~45度C，并搅拌至反应开始（约5~10分钟）溶液的颜色由蓝再变成绿色。放置24小时颜色变成红黑色后加入水合肼，再反应有24小时后胶体溶液的PH值为7，就可投入使用。为了提高胶体铜的活性，通常再加入少量的钯。