Neopact直接電鍍工藝的應用
摘要：本文敘述了Neopact直接電鍍工藝的應用，包括工藝過程及控制，各參數對溶液性能的影響，品質檢驗，廢水處理等。該工藝穩(wěn)定可靠，控制容易而且環(huán)境污染小，廢水處理簡單，可以取代傳統(tǒng)化學沉銅工藝，投入規(guī)模生產。
前言
自從1963年IBM公司Mr.Rodovsky提出直接電鍍的基本的理論以來，這項全新的技術引起了人們的高度重視，并在印制板行業(yè)得到了飛速的發(fā)展和應用。
眾所周知，傳統(tǒng)的印制板化學沉銅工藝具有其自身無法克服的缺點：
?。?）含有甲醛這一致癌物質，嚴重影響操作者的身體健康，污染環(huán)境；
?。?）含有大量的絡合劑，致使廢水處理困難；
?。?）自身氧化還原體系，容易自發(fā)分解，難以控制等。
直接電鍍工藝則具有化學沉銅不可比擬的優(yōu)越性：不含甲醛，EDTA等絡合物，污染小，容易控制，成品率高，廢水處理簡單，所以直接電鍍也稱為"環(huán)保電鍍"。
直接電鍍經過近四十年的發(fā)展，如今已形成了成熟的工藝技術，其化學品也相繼商品化，如Atotech公司的Neopact,LeaRonal公司的Comductron,Blasberg公司的DMS-E,Shipley公司的Crimson,Electro Chemical公司的Shadow等，四川超聲印制板公司采用了Neopact直接電鍍工藝。
工藝過程及控制
一、工藝流程
該公司采用的是垂直式Neopact直接電鍍工藝，其流程如下：
調整Ⅰ―調整Ⅱ―二級DI水洗―微蝕―二級水洗―預浸―吸附―二級DI水洗―后浸―二級DI水洗―浸H2SO4 酸―板鍍銅—二級水洗―烘干
二、直接電鍍工序的作用
調整Ⅰ：主要是清潔表面，去除油污，并兼有使基材極化的作用。
調整Ⅱ：主要是調整孔壁，使帶負電荷的絕緣表面轉變?yōu)閹д姾?，提高孔壁對帶負電荷的膠體鈀活化劑的吸附能力。
微蝕：徹底清除印制板表面的氧化層，并產生一定的均勻細致的微觀粗糙度，從而提高銅面的附著力。
預浸：保護活化液，防止雜質，氧化物帶入活化液，延長活化液的使用壽命。被吸附在帶正電荷的孔壁絕緣層表面，提供均勻而稠密 的鈀晶體，為鍍銅奠定基礎。
后浸：去除鈀周圍的有機絡合物及還原劑，顯著提高鈀層的導電能力，從而確保在大面積的非導體表面也能獲得有效而可靠的直接電鍍層。
三、工藝參數的影響
為了更好地控制工藝過程，提高產品質量，我們需要弄清各個工藝參數對品質及槽液性能的影響，現結合質量及生產經驗將其總結如 下，供同行參考。
1、調整
NeopactUX濃度：過低時覆蓋能力差，背光級數低，對于板厚大于2mm的板將會出現中央環(huán)形空洞。過高時，覆蓋能力極好，但會影響到鍍層與基銅間 的結合力，內層互連缺陷增加。
pH值：過低時覆蓋能力差，當pH值低于范圍0.5-1時，這種缺陷就非常明顯肉眼可見。過高時，溶液中有機物降解加快，壽命縮短，并需經常補加。
溫度：過低時覆蓋率降低，但影響較小，肉眼不易發(fā)現，如板子在不潤濕的狀態(tài)進入時，小孔濕潤性將會受到影響，從而影響到小孔的調整效果。
銅含量：在處理板子的過程中，溶液中的銅離子會不斷增加，但它對覆蓋能力的影響極小，即使銅離子濃度很高，其影響也很難在標準的FR－4板上發(fā)現。
2、微蝕
Part A 濃度：過高時，微蝕速度過高，從而造成內層銅箔的負蝕，溶液中銅離子濃度增加很快并縮短溶液壽命；過低時，清潔效果差，銅與銅之間的結合力差。
Part B 濃度：過高時，對覆蓋能力有一些影響；過低時，清潔效果差。銅含量：過高時，Part消耗極快，而且清潔效果差。
溫度：過高時，微蝕速率高，銅溶解快，重新開缸頻率高；過低時，清潔效果不佳。
3、預浸
磷酸濃度：過高時，直接導致吸附液pH值超標。
溫度：過高時，溶解銅太多，直接導致吸附液中的銅離子增加。
銅含量：過高時，帶入吸附缸，直接影響吸附效果，縮短吸附液 的壽命。
4、吸附
鈀濃度：過低時，覆蓋率及溶液穩(wěn)定性均會受到影響，并對銅與銅之間的結合力有負面影響，當鈀濃度低于150ppm時，將導致不可挽回的損失并需要重新開缸。過高時，高達350ppm都不會有負面影響，只是成本增加。
溫度：過高時，覆蓋率稍好，但會縮短溶液壽命。過低時，覆蓋率降低，還原劑的添加劑反應遲鈍。?
氧化還原電位：過高時，膠體老化加快。如果這種情況時間較長，將導致不可挽回的損失；覆蓋率，銅與銅之間的結合力逐漸惡化，最終導致溶液沉淀和或褪色。當氧化還原電位低于－300mV時，還原劑消耗量極大并有氫氣排出，覆蓋率受到嚴重影響。
pH值：過高時，覆蓋率欠佳但影響不大。過低時，膠體老化加快，當pH低于1.4 時，覆蓋率極差，尤其是在玻璃纖維表面；同時氧 化還原電位會超出范圍，并且不能通過添加還原劑使其復原。
銅含量：過高時，氧化還原電位極不穩(wěn)定，很難保持要求范圍之內，而且銅極易沉積在氧化還原電極表面，影響電位的測定。銅含量過高，也會縮短溶液壽命，降低覆蓋率并引起鍍層結合力問題，銅的絕對濃度高和銅的增長速度快（>50mg/L/周）都有較大的影響。
5、后浸
后浸劑濃度：過低時，覆蓋率會有所降低。過高時，沒有負面影響。
pH值：本溶液是一種穩(wěn)定的緩沖體系，溶液呈堿性時，對鍍層不會有影響，如果呈酸性將導致溶液分解失效。
6、板鍍銅：
由于吸附的鈀層有一定的電阻，這就要求電流密度要比傳統(tǒng)化學沉銅后鍍銅大，一般控制在2.0-2.5A/dm2,電鍍時間15min，鍍層可達0.3mil。添加劑方面，有機添加劑過量添加對覆蓋率有影響，所以添加劑的添加一般應控制在下限。過多的光亮劑也會引起環(huán)狀空洞，另外后浸劑的帶入還會造成拐角裂紋(Coner cracks)
工序成份控制范圍ml/L 時 間分 溫 度℃ PH 分 析頻 率 消 耗 量ml/m3 藥 水 壽 命m2/L
調整Ⅰ調整劑UX緩沖劑50-6050-60 5－7 60 11－12 兩天一次 2020 4
調整Ⅱ調整劑UX緩沖劑70-8070-80 5－7 55 11－12 兩天一次 1515 4
微蝕 Part A Part B 15-20 1.5-2.5 25 每日一次 30g/m230g/m2 Cu2+>15g/l
預浸 H3PO4(85%) 1.5-2.0 1-2 室溫 2－2.3 每周更換
吸附基本劑還原劑 Pd:200-250ppm氧化還原電位－230～－290mv 5-7 55 1.6－2.3 每日一次303還原劑自動添加每日600ml(450 升溶液) Cu2+>100mg/L 或30
后浸后浸劑 180－220 2-3 30 10-12 兩天一次 25 8
酸浸硫酸 100 <1 室溫每周更換
酸性鍍銅硫酸銅硫酸氯離子添加劑CP 60－80g/L100-12040-70ppm1-3 15-20 25 每周兩次 113L/1 萬ALL
工藝參數的控制體會
1、溶液穩(wěn)定性較好，產品質量也很穩(wěn)定；
2、調 整Ⅰ， 調 整Ⅱ的作用各有側重，所以調整Ⅰ的溫度，pH值比調整Ⅱ高，而調整Ⅱ的Neopact UX濃度比調整Ⅰ高，這樣控制其效果會更好一些；另外，調整Ⅰ中Neopact UX消耗相對較快一些，應注意補加；
3、調整劑可以用化學方法分析，這給控制帶來了方便；
4、Part A part B選擇性微蝕體系，微蝕后細致均勻，清潔程度較好；
5、吸附膠體鈀配制簡單，而且可以直接添加DI水調整液位；
6、后浸液穩(wěn)定性好，變化較慢；
7、整個體系操作范圍寬，控制容易；
8、Neopact直接電鍍工藝對清洗水的要求較高，清洗水需采用不含NaCIO的市水或DI水。
品質檢驗
反映直接電鍍成敗的主要特征就是電鍍銅時銅的沉積速度，孔壁及無銅區(qū)的覆蓋完整程度。
1、直接電鍍檢驗方法
為了檢查直接電鍍的效果，我們設計了一種專用試驗板（雙面板），板中有三排分別為∮0.8，0.6，0.4的孔和事先蝕好的圓形（∮3～14）及長方形（4×50mm）無銅區(qū)，兩面圖形完全一樣。
先試驗板按正常程序走完直接電鍍，然后在試驗室里進行浸還H2SO4――板面電鍍――水洗――吹干――背光試驗。
板面電鍍的條件為：電流密度2－2.5A/dm2，2分鐘，室溫，空氣攪拌，陽極為磷銅板。這些條件與生產線完全一樣，只是電鍍時間短。
電鍍過程中可以觀察無銅區(qū)的上銅情況，在直接電鍍較為正常的情況下，電鍍30秒無銅區(qū)便可基本覆蓋完全。
電鍍結束經水洗吹干后，可以憑肉眼或借助檢孔鏡觀察板面，無銅區(qū)或孔壁的覆蓋情況。如果孔壁沒有空洞，無銅區(qū)覆蓋完全，說明直接電鍍很正常，可以進行生產。當然，觀察孔壁是關鍵，無銅區(qū)可能由于夾具等問題致使板子兩面供電不一致而使部分無銅區(qū)不能完全覆蓋，事實證明這種情況（孔壁覆蓋完全）也是完全可以進行生產的。
經肉眼觀察如有疑問，可以做背光試驗進一不驗證。實踐表面直接電鍍正常時其背光級數通?？梢缘?0級。
如果孔壁有空洞，背光級數低說明直接電鍍有問題，需觀察孔壁的具體情況，分析原因并有針對性的調整溶液。
鍍層性能測試
將直接電鍍的板件按正常工藝進行以后的工序生產，最后對蝕刻后及成品鍍層進行如下試驗。
1．耐熱沖擊試驗
按照IPC－TM－659（288攝氏度，10s，三次）對成品鍍層進行耐熱沖擊試驗，結果表面及孔內鍍層無分層斷裂情況，鍍層整體光亮；對蝕刻后鍍層進行288攝氏度/10s/五次〕熱沖擊，結果孔內鍍層無分層，斷裂情況。
2．拉脫強度
按照GB4677.3－84進行無焊盤金屬化孔拉脫強度試驗，結果全部合格。
廢水處理
Neopact直接電鍍廢水處理也非常簡單，普通的廢水處理站即可完成，其具體的處理方法如下：
1．洗滌水：
各種槽液帶出的洗滌用水可以直接送到中和系統(tǒng)中中和沉淀。
2.調整液：
首先用水按5：1的比例稀釋溶液，再用NaOH溶液調節(jié)pH＝10，加粉末Na2S2O8250g/100L, 反應1.5小時后加入15％的Na2S溶液，直至在硝酸鉛試紙上出現淺棕色，在pH＝9時進行過濾，濾出溶液可以放入最后中和的廢水中。
3.微蝕液
加入亞硫酸鈉，直至槽液中氧化劑完全分解后進行中和處理即可。
4.預浸液
可以直接進行中和處理。
5.吸附液
可以直接進行中和處理。
6.后浸液
將溶液用水稀釋3倍后，加10％的Na2S溶液，直至醋酸鉛試紙變黃為止。然后加石灰乳劑使pH＝12，并加入CaCI2溶液，使之最佳凝聚，最后過濾，并將濾液pH值調到6.5～9.5即可。
結論
1.該工藝控制范圍寬，操作簡單，溶液穩(wěn)定，維護簡單。
2.質量穩(wěn)定可靠，孔內無銅率可以為零；鍍層性能好，完全可以取代傳統(tǒng)化學沉銅。
3.該工藝環(huán)境污染小，廢水處理溶液。
4.該工藝可以投入大規(guī)模生產。