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PCB用直接电镀黑影技术的发展及应用
发布:2021-7-5

作者:杨密,周会才

(湖北格志电子科技有限公司,湖北 武汉 430000)


摘要:本文概述了PCB行业直接电镀技术黑影技术的发展及应用,比较了黑影与化学铜在工艺使用里的差别,同时对本公司的黑影产品性能做了简单介绍。


关键词:黑影 化学铜 发展 应用


The development and application of  Shadow Processing used in PCB

YANG Mi,ZHOU Hui-cai
(Hubei Gezhi electronic technology Co.,Ltd. Wuhan ,430000,China)

Abstract:The graphite was used as the conductive substance in the colloidal dispersion,and acrylic emulsion 、cellulose etc.used as dispersant and binder.That alkaline colloidal dispersion was used in PCB direct electroplating processing,known as Shadow Processing.In this paper,reviewed the development and applications of the Shadow,and compared the advantages and disadvantages between the Shadow and PTH.Meanwhile,described the quality of our company ’s direct electroplating product .

Key words:shadow;electroless plating copper;development;application



石墨是碳的一种同素异形体,为片层结构,化学性质稳定,耐腐蚀,导电性好。上世纪九十年代美国人利用石墨的导电性,将其应用于PCB行业的孔金属化直接电镀工艺,部分代替了传统的化学沉铜,推出了较为成熟的产品,名为黑影。近年来,国内有几家PCB药水供应商也推出了自己的黑影产品,但目前实际投入使用的品牌并不多见。我公司近年来,通过与高校合作,不断改进完善,也研发出性能较好的用于PCB直接电镀的石墨导电产品----石墨暗影。


1.

黑影技术的发展


石墨由于其较好的导电性,应用于PCB直接电镀工艺已有近30年的历史。先可见美国专利报道,推出黑影工艺,其流程同黑孔,后逐渐改进,增加了定影而趋完善成熟。国内对石墨的分散性、成膜性、导电石墨涂料以及应用于PCB 的直接电镀工艺做了不少研究,近年来,国内PCB药水研发厂家推出的石墨用于直接电镀工艺也见报道,本公司也开发出自己的以石墨为主要导电基质的暗影工艺相关产品。


黑影工艺是与化学铜平行的非金属孔导通直接电镀技术,黑影药水中不含甲醛、重金属、络合物,在绝大多数PCB制程中可以替代传统的化学铜。黑影以石墨为主要导电基质,配以分散剂、粘合剂、润湿剂、pH调节剂等,通过搅拌、超声、研磨等方法,制得导电的胶体溶液。与黑孔不同之处,除导电基材以石墨为主外,工艺流程多了定影步骤。为减少产品表面存在气孔问题,美国电化学公司在清洁剂中增加了粘合剂,加强了对孔壁的调理,增强了石墨与孔壁的结合力;在黑影液中加入金属或金属氧化物等第二导电材料,进一步提高其导电性。


黑影导电基质以石墨为主,选400-500nm粒径;也可辅以一定量的炭黑:一般认为,二者有协同作用,因为石墨导电性强,但粒径相对较大,炭黑粒径相对较小,而导电性略差;在较大的石墨颗粒之间可以容纳更小的炭黑颗粒并形成低电阻路径,由此降低涂层的间隙电阻,并可改善结合力。选用合成石墨,其在温度超过2400℃下热处理碳源形成。


关于石墨的分散,除物理分散处理外,分散剂一般选阴离子分散剂,其功能是包围束缚导电颗粒并使其分散,增加碳表面负电荷,起稳定分散作用,增强碳粒子与基材结合。分散剂有聚丙烯酸、磷酸酯、十二烷基硫酸铵等。马雯等[1]研究了分散剂对土状石墨在水中润湿分散性的影响,认为CMC-Na2B4O7复合分散效果好,可提高土状石墨在水中的分散性。陈云等[2]采用沉降法研究了微细鳞片石墨在水介质中的分散行为,通过测试表面Zeta电位等变化,认为羧甲基纤维素钠和聚丙烯酸钠是微细鳞片石墨的良好分散剂。丛晓民等[3]以水性丙烯酸树脂为基料,石墨为导电填料,制备了一种水性导电涂料,讨论了填料和溶剂百分含量、石墨粒径及分散剂对涂料性能的影响。王恒飞等[4]用石墨和苯丙乳液制备了水性石墨导电涂料,分析了物料用量、固化温度与体积电阻率的关系。张双庆[5]用石墨为导电基质,加入水溶性高分子,随后通过加入其不良溶剂,形成了亲水性聚合物包覆的导电溶液,利用粒子表面长链聚合物的空间位阻和静电斥力,使得溶液分散稳定性提高。张广昊[6]以膨胀石墨为导电物质,加入有机粘结剂和苯丙助剂,制成导电石墨乳液,PCB不经整孔,直接浸入、干燥,可实现孔内非金属基材导电。


关于粘合剂,尽管经过整孔可调节孔内电荷,以及用阴离子分散剂改良石墨表面带电情况,但由于石墨片径较大,且呈层状,所以一般结合力较差,故需加入粘合剂来增加石墨与基材间附着力,同时调节基材吸附碳的量,在不影响导电性的同时,来提高其结合力。


粘合剂选能够粘附导电颗粒和接受阴离子分散剂的物质,并能够使导电颗粒分散于溶液中。适合的粘合剂有:聚丙烯酸类[7]或相应单体,糖类,乙烯基树脂,环氧树脂类,等。


2.

黑影的应用


黑影工艺由于其良好的导电性和结合力,适用板材材质广泛,适合于高密度交连互通多层板、软硬结合板,其终端产品应用于普通的消费类电子产品以及医疗器械、汽车制造、甚至航空航天等行业,工艺已经相当成熟。

          1.png


3.

黑影特点及与化学铜的比较


黑影与化学铜的结合力均较好,其特点及与化学铜的差别主要表现为:


黑影不含甲醛,重金属,络合物,贵金属,废水处理较为简单,可省去板电,环保、成本低;黑影原理简单,是通过物理吸附,板材材质选择范围宽,与基材附着力强,结合力好,无化学铜的氧化还原反应,无析氢现象,品质稳定;黑影干板后,板材可较长时间存放再进入下道工序,而化学铜一般只能存放2小时;黑影工艺简单,使用维护方便,药水分析、管控指标少,黑影使用寿命长,主槽保养频率低。

 

4.

黑影制程


4.1

黑影线流程


入板→PI 调整→热水洗→二级水洗→前微蚀→三级水洗→清洁→三级水洗→黑影(1)→定影(1)→水刀浸洗→干板组合(1)→整孔→三级水洗→黑影(2)→定影(2) → 水刀浸洗(2)→干板组合(2)→后微蚀→三级水洗→抗氧化→三级水洗→干板组合→出板

 2.png

4.2

工艺说明


(1)PI 调整:清洁铜面氧化物,非必选。


(2)前微蚀: 清洁铜面氧化物。


(3)清洁/整孔:为弱碱性溶液,用来整平玻璃纤维环氧树脂基材表面,使孔壁带正电,有利于黑影液吸附。


(4)黑影: 在孔壁上吸附一层石墨层,使孔壁导电。黑影液为碱性,含石墨悬浮溶液,为PCB/FPC孔壁表面提供一层连续的导电性涂层。


(5)定影:为酸性溶液,定影剂用来去除黑影制程中随板面带出的在铜面及孔壁上多余的黑影液,同时能够使石墨胶体均匀牢固地吸附在孔壁上。


(6)后微蚀:用来清除板面铜箔上及孔壁内层铜上的石墨碳,同时提供一微粗糙的良好表面便于后续之镀铜制程。


(7)抗氧化槽:防止铜面氧化,非必选。

 

5.

湖北格志电子科技有限公司的暗影产品


5.1

主要步骤的处理温度及时间


工艺流程:清洁-水洗-暗影-加固-水洗-干板-整孔-水洗-暗影-加固-水洗-干板-微蚀-干板-出板。

 图片


5.2

暗影产品性能测试


本公司暗影产品的粒径、导电性、结合力测试结果如下。


本公司暗影产品平均粒径在600-800纳米之间;铜面碳易于微蚀,微蚀后板面干净;DTV测试结果和孔铜金相切片显示导电性良好;铜面抗胶带拉扯试验显示面铜无脱落情况,浸锡测试显示孔铜无剥离现象,能耐三次浸锡测试,结合力较好。

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6.

结语


黑影是一种应用全面的成熟工艺,高效低耗,由于其良好的导电性、较高的结合力,对PCB不同的板材、不同的孔型均能有效适用,特别是当下高密度互连互通板,不断升级的孔型,对PCB孔金属化的药水性能提出了更高的要求,黑影工艺是替代传统化学铜工艺的有效方法。


湖北格志电子科技有限公司通过自主研发,开发出适合PCB直接电镀的暗影工艺,导电优良,结合力好,分散稳定,废水处理简单,适合广大线路板厂家使用。



参考文献:

[1]马雯,仵晓丹,张露,等.分散剂对土状石墨在水中润湿分散性的影响[J].非金属矿,2012,35(5):40-43 .

[2]陈云,冯其明,张国范,等.微细鳞片石墨分散性[J].中南大学学报(自然科学版),2004,35(6):955-959.

[3]丛晓民,王鹏,杜志明 .水性丙烯酸/石墨导电涂料[J].涂料工业,2004,34(6):20-23 .

[4]王恒飞,张其士.水性石墨导电涂料性能研究[J].电子元件与材料,2008,27(5):62-64 .

[5]张双庆.用于印制电路板的黑孔液及其制造方法[P].CN104562115.2015-04-29.

[6]张广昊.PCB微孔导电石墨乳液的研制[D].南京:南京理工大学,2015.

[7]Eva Wallström ,Copernhagen;Peter B.etc.Flexographic printing ink[P].USA553049:1996-07-09.


公司简介

湖北格志电子科技有限公司是一家专注于电子线路板行业湿制程化学药剂的研发制造销售的专业化学品公司,核心产品为黑孔,石墨暗影,电镀填孔等系列产品。公司研制的黑孔系列产品目前在国内服务产线超50条,以优异的品质和超高的性价比获得广大客户的高度认可。



作者简介

1、杨密,工程师,入职PCB行业十余年,主要从事科研管理及产品研发应用推广工作。


2、周会才,2008年进入PCB 制造行业,主要从事PCB/FPC湿制程药水配方研发及现场技术服务,现任职于湖北格志电子科技有限公司。


文章来源:PCBworld。如有侵权,请联系后台删除。

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