PCB电路板的沉铜工艺

在印制电路板制造技术中，虽关键的就是化深沉铜工序。它主要的作用就是使双面和多层印制电路板的非金属孔，通过氧化还原反应在孔壁上沉积一层均匀的导电层，再经过电镀加厚镀铜，达到回路的目的。要达到此目的就必须选择性能稳定、可靠的化学沉铜液和制定正确的、可行的和有效的工艺程序。

一、简单介绍PCB电路板的沉铜工艺

沉铜是线路板生产过程中非常重要的一个工艺，关系整个线路板的质量和后期的使用等等，可以说是电路板的重要组成部分。很多的过孔金属化，是需要镀铜工艺来获得的，而且这个过程如果控制不好，电路板的元器件等的使用功能是不能完全实现的，特别是对阻抗、对信号有严格要求的元器件如DDR，对这个工艺要求和设备要求非常之高。严格控制金属化孔是确保*终产品质量的前提，而控制沉铜的质量确实是关键中的关键。

二、沉铜工艺

1、沉铜的目的与作用：

在已钻孔的不导电的孔壁基材上，用化学的方法沉积上一层薄薄的化学铜，以作为后面电镀铜的基底；

2、工艺流程：

碱性除油→二或三级逆流漂洗→粗化（微蚀）→二级逆流漂洗→预浸→活化→二级逆流漂洗→解胶→二级逆流漂洗→沉铜→二级逆流漂洗→浸酸
三、PCB电路板的沉铜工艺程序要点：

1、沉铜前的处理；2．活化处理；3．化学沉铜。
四、沉铜前的处理：

1、去毛刺：沉铜前基板经过钻孔工序，此工序虽容易产生毛刺，它是造成劣质孔金属化的*重要的隐患。必须采用去毛刺工艺方法加以解决。通常采用机械方式，使孔边和内孔壁无倒刺或堵孔的现象产生。

2、除油污：

油污的来源：钻头由于手接触造成油污、取基板时的手印及其它。

油污的种类：动植物油脂、矿物等。前者属于皂化油类；后者属于非皂化油类。

油脂的特性：动植物油类属于皂化油类主要成分**脂肪酸，它与碱起作用反应生成能溶于水的脂肪酸盐和甘油；矿物油脂化学结构主要是石腊烃类，烯属烃及环烷属烃类和氯化物的混合物，不溶于水也不与碱起反应。

除油处理方法的选择依据：根据油的性质、根据油沾污的程度。

方法：采用有机溶剂和化学及电化学碱性除油。

作用与原理：可皂化性油类与碱液发生化学反应生成易溶于水的脂肪酸盐和甘油。反应式如下：(C17H35COO)3十3NAOH3C17H35COON a+C2H5(OH)2

非皂化油类：主要靠表面活性剂如OP乳化剂、十二烷基磺酸钠、硅酸钠等。这些物质结构中有两种基团，一种是憎水性的；一种是亲水性．首先乳化剂吸附在油与水的分界面上，以憎水基团与基体表面上的油污产生亲和作用，而亲水基团指向去油液，水是非常强的极性分子，致使油污与基体表面引力减少，借者去油液的对流、搅拌，油污离开基体表面，实现了去油的*终目的。

3、粗化处理：

粗化的目的：主要保证金属镀层与基体之间良好的结合强度。

粗化的原理：使基体的表面产生微凹型坑，以增大其表面接触面积，与沉铜层形成机械钮扣结合，获得较高的结合强度。

粗化的方法和选择：基本有以下几种方法，主要起到酸蚀和强氧化作用。

过硫酸铵；过硫酸钠；氯化铜溶液；双氧水／硫酸。

4、活化处理：

活化的目的：主要形成“引发中心”，使铜沉积均匀一致。

活化的基本原理：在被镀的非金属表面沉积一层均匀的活化中心核心质点．

活化的方法和选择：

（1）分步活化方法；

从生产实践证明：胶体钯(一步活化法)活化性能优良，使所获得的沉积层结合强度好，使用的时间长，但配制条件严格．活化液呈浅咖啡色。

（2）胶体钯类型有三种：酸性胶体钯、盐基钯、碱性胶体钯。

胶体钯的配制：

将1克二氯化钯溶于100毫升盐酸和200毫升的水溶液中，待全部溶解后，再将烧杯放在恒温水浴中保持30℃±1℃，在搅拌的条件下，加入2．54克二氯化锡(Sn Cl2·2H2O)反应12分钟，然后将两溶液(A、B)相混合(B溶液成份为二氯化锡75克／升，银酸钠NaSnO447H2O7克／升、盐酸200毫升／升)并在40—50℃的恒温水浴条件下继续保温3小时(加盖)。采用此种工艺方法的原理是钯微粒的催化性能与老化温度有关。从实践得知*佳的条件为60℃±5℃，保温4—6小时不但能提高钯粒的催化活性，还可以延长其使用寿命。

（3）活化机理：
     “胶态钯”的胶团结构是双电层，[Pd0]m为胶核。活化时，在孔内首先吸附Sn2+，被吸附二价锡离子再吸附C1-1，形成〖nSn2+·2(n—x)Cl—〗吸附层，成为胶体集团。这样的胶团具有负电性，在水溶液的碰撞，而不会聚沉，吸附层外的2xCl-1为扩散层，形成如下形式：活化液的维护：因为活化液配制比较复杂，成本高，使用时要注意以下几点：
    为避免将水带入活化液，活化前在下列溶液处理理2—3分钟：SnCl2·2H2O40克/升
HCl 100毫升/升
此种工艺方法称之预浸，然后进行活化处理，目的是把水滤干。

a．摄化后的基板应尽量少带溶液，同时在回收槽反复清洗，用此水来补充活化液的消耗或用于新配溶液。

b．活化液使用一段时间后，当发现分层现象时，可按活化液实际容量每升加10—20克氯化亚锡，分层现象就可以消失。

c．当温度低于15℃时，活化效果差，应采用加温。要求采用水浴套槽加温。

d．解胶处理：除去多余的残留的活化液，以防带入沉铜槽内，导致溶液分解。N a OH50克／升，处理时间1．5分钟。
五、化学沉铜：
1、沉铜配方：通用性沉铜溶液：
甲液：酒石酸钾钠100克
硫酸铜25克
氢氧化钠35克
蒸馏水1升
乙液：甲醛(36—40％)8—15毫升
甲乙液混合比例：100：8—15
工艺条件：温度 20—25℃
时间20分钟
2、化学沉铜基本原理：

各组成分的作用：

a．硫酸铜：是溶液中的主盐，提供二价铜离子来源；

b．酒石酸钾钠：是络合剂。主要作用使铜呈溶解的络合状态存在，防止二价铜离子在碱性介质中产生Cu(OH)2的沉淀。同时还可以控制二价铜离子的浓度．具有缓冲作用，以维持溶液的PH。

c．氢氧化钠：使溶液保持一定的PH．因为甲醛在碱性条件下，才具有还原作用。

d．甲醛：还原剂。

e．稳定剂：使沉铜液稳定和改善铜层性能，防止产生副反应。
化学沉铜沉积机理：

3、影响沉铜速度的主要因素：溶液酸值(PH)：提高PH值，铜沉积速度加快，同时也加快氧化亚铜生成反应速度．这与还原电位随PH升高而下降有关。

当PH下于或等于11时，化学沉铜速度非常缓慢；PH小于10．5时沉铜急剧停止，PH太低导致铜层表面钝化原因引起的。

所以，PH值太高氧化亚铜生成速度加快，溶液内部沉积速度加快，二价铜离子降低，不仅导致铜溶液的分解，而且沉铜速度也太快。通常采用的PH为12．8—13。

a溶液的浓度：提高溶液中二价铜离子浓度，对沉铜速度影响特别明显，但也不是无限增加。

b甲醛的浓度：提高甲醛浓度，沉铜速度加快，但过多易造成沉铜层粗糙。

c酒石酸钾钠与二价铜离子的比值：沉铜速度与比值有关，当比值小于3时，提高酒石酸钾钠的浓度，可提高沉积铜的速度；反之相反，还可能致使沉铜液不稳定。

d溶液温度：提高溶液温度，增加铜的观活化能提高沉铜速度。但温度升高，溶液中的铜离子的催化作用加强，氧化亚铜生成速度加快，沉铜质量差，促使溶液分解；但温度过低，正好相反。*适宜的温度18—25℃。

e负载量：每升为0．4—2．5分米平方。超此数时，沉铜速度下降。
4、化学沉铜液的稳定性：

六、影响溶液的稳定性：

影响溶液稳定性的因素：

1、溶液中存在有颗粒性的活性物质，它主要来源于空气中的灰尘或所使秀的化学试剂中存在有催化性的胶质，另外基板经活化处理时清洗不当带入而产生镀液不稳定。

2、甲醛的歧化应(康尼查罗反应)：
是在强碱条件下产生的，而沉铜也在同样条件产生，因此甲醛的歧化反应是难免的。因此甲醛消耗量大，反应如下：当甲醛不足时，就可能使溶液老化，造成大量的氧化亚铜，结果导致溶液自身分解而失效。如果采取自动添加的装置就解决了此类工艺问题。

3、氧化亚铜的形成：
从上述反应式所形成的氧化亚铜很容易产生歧化反应，形成Cu与Cu2+而它生成的铜的小颗粒无规则的分散在溶液中，成为小的活化中心，导致整个镀液以此为沉铜反应，造成溶液迅速的自然分解。
要消除氧化亚铜歧化反应带来的负面影响，是保证沉铜液稳定性的重要措施。

4、控制化学沉铜中铜离子浓度，控制沉铜速度。浓度不能太高，太高易形成氧化亚铜生成。

5、PH值要严格进行控制，选择PH为12．5。

6、严格控制一价铜，同样保证溶液的稳定性。所以，必须添加与一价铜络合强的络合剂。有三种：卤素化合物碘化钠、含氰化合物—亚铁***、含硫的化合物—硫脲。

7、其它：原材料的纯度、防止催化金属带入、过滤溶液、调整PH值(采用20％氢氧化钠进行调整PH12．5—13。不使时采用20％稀硫酸调整到PH11以下，*好调到9。

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