CN102869206B - 一种印制电路板通孔和盲孔共镀金属化方法 - Google Patents
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Abstract
一种印制电路板通孔和盲孔共镀金属化方法，属于印制电路板技术领域。本发明首先对印制电路板基板进行激光钻盲孔，形成所需盲孔；其次将盲孔堵塞部分导电胶，形成盲孔半填导电胶的状态，并固化导电胶；然后进行机械钻孔；最后进行通孔和盲孔共镀铜，完成金属化。本发明能够消除盲孔填铜凹陷，解决HDI印制板通孔盲孔共镀时盲孔填铜凹陷值过大以及盲孔单一填铜时会导致孔径偏小等缺陷问题，提高HDI印制电路板产能和生产效率，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于印制电路技术领域，涉及印制电路板（PCB）通孔和盲孔金属化方法。
背景技术
电子产品向着轻、薄、短、小的方向发展，对印制电路板高密度互连（High DensityInterconnect，HDI）的可靠性有了更高的要求，印制电路板各层间的可靠性连接则主要依赖于通孔与盲孔。通孔的金属化过程是通过镀铜实现，而盲孔的金属化则采取电镀填铜或直接堵塞导电胶的方式，通孔和盲孔共镀时常常出现通孔完成孔金属化，但盲孔无法填满而产生很大的凹陷值，凹陷值过大将影响印制电路板的可靠性。
传统通孔与盲孔的制作流程一般是先激光钻盲孔，之后经电镀工序进行盲孔电镀填铜处理，电镀填满盲孔后进行机械钻通孔，再次经过镀铜工序对通孔进行金属化处理。此流程为：激光钻盲孔→盲孔镀铜→机械钻通孔→通孔镀铜→减铜。针对此流程在HDI印制电路板制作过程中要经两次镀铜工序，这会增加镀层缺陷（如铜厚不均及铜粗等缺陷）概率，而且镀铜工序的耗时直接影响HDI印制电路板的生产效率。朱兴华（中国发明专利，专利申请号200910093186.9）提出了一种通孔与盲孔共镀方法，这种特殊的通孔与盲孔共镀方法先进行化学沉铜处理，而电镀过程则将电镀溶液（镀液）进行分解，镀液被调整为高铜低酸后对通孔与盲孔进行第一次电镀，再将电镀溶液组分调整为高酸低铜进行通孔与盲孔第二次电镀。这种共镀方法要对镀液进行两次调整，每调整一次镀液就要进行至少一个小时的镀液循环处理才可实施电镀，并且此方法对镀液调整的精准度要求高，很难精确地达到所要求的镀液比例，不利于推广和应用。另外，当通孔电镀与盲孔填铜共镀时，由于通孔的存在会增大镀液的交换速度，导致盲孔出现半填或未填满的状态（即盲孔填铜凹陷值过大），进而无法满足良好的电气连接，并且盲孔若完全电镀填铜还会有孔径偏小，电镀柱状晶等缺陷。
本发明首先进行盲孔堵塞部分导电胶，然后实现通孔与盲孔的共镀，流程为：激光钻孔→塞导电胶→机械钻孔→镀铜，不仅可以减小盲孔与通孔共镀的时间，而且可以有效防止盲孔填铜凹陷值过大问题。
发明内容
本发明旨在提供一种印制电路板通孔和盲孔共镀金属化方法，该方法对通孔和盲孔进行共镀，能够消除盲孔填铜凹陷，解决HDI印制板通孔盲孔共镀时盲孔填铜凹陷值过大以及盲孔单一填铜时会导致孔径偏小等缺陷，提高HDI印制电路板产能和生产效率，降低生产成本。
本发明技术方案如下：
一种印制电路板通孔和盲孔共镀金属化方法，包括以下步骤：
步骤1：在目标印制电路板上加工所需盲孔；
步骤2：在步骤1所加工的盲孔中填充导电胶，形成盲孔半填导电胶的状态，并固化导电胶；
步骤3：在经步骤2处理后的印制电路板上加工所需通孔；
步骤4：对步骤3加工的通孔和经步骤2处理后的盲孔进行共镀铜处理，完成通孔和盲孔的金属化，实现印制电路板层间的电气连接。
需要进一步说明的是：
1）、步骤1在目标印制电路板上加工所需盲孔时，采用CO2激光钻孔方式或UV激光钻孔方式。
2）、步骤2中所述导电胶为热固性树脂导电胶，并且在盲孔中填充导电胶时采用印刷机印刷导电胶的方式实现；具体采用控制印刷机的刮刀高度对盲孔进行控深填塞导电胶，形成盲孔半填导电胶的状态。在后续通孔和盲孔共镀过程中，由于通孔的存在会加快镀液的交换速度导致盲孔填铜时填铜凹陷值过大或者未填进去铜，此半填导电胶不仅可以起到导电作用，还有效降低了盲孔的深径比，可有效地增加快速流动的镀液沉积铜在盲孔的孔壁，而且可以防止盲孔填铜过程发生孔径会缩小与产生电镀柱状晶等缺陷。
3）、步骤3加工通孔时采用机械钻孔方式。
4）、步骤4对通孔和盲孔进行共镀铜处理时，首先对通孔和盲孔进行化学沉铜，在通孔和盲孔的孔壁上形成初始内层铜，再经过化学沉铜和脉冲电镀的共同作用在通孔和盲孔的孔壁上镀上中间铜层，最后经过脉冲电镀在通孔和盲孔的孔壁上镀上外层铜，完成通孔和盲孔的金属化。脉冲电镀过程中采用正反向电流交替进行电镀。
步骤4为通孔与盲孔共镀，通孔和盲孔首先进行化学沉铜，在通孔和盲孔的孔壁上形成初始内层铜，并将其作为在后续镀铜槽中电镀铜的基础。化学沉铜液中主要包括Cu2+、HCHO及NaOH，化学反应如下：
Cu2++2HCHO+4OH-→Cu↓+2HCOO-+H2↑+2H2O
反应产物中的Cu单质沉积在通孔和盲孔的孔壁，为后续的电镀流程起到导通作用。
后续镀铜槽中，在脉冲电流的作用下大约电镀7.5min，化学沉铜和脉冲电镀的共同作用即可在通孔和盲孔的孔壁上镀上一层5～8μm厚的中间铜层，此铜层将作为后续盲孔填铜和通孔电镀的基础。
最后再经过脉冲电镀完成填孔过程，在“闪镀”了一层5～8μm厚的中间铜层后进行脉冲电镀可更容易使得盲孔填满铜与通孔铜层加厚，脉冲电镀时间大约为20min，能够保证通盲孔有很好的电气连接层。
所述脉冲电镀过程是通过正反向电流交替进行电镀，镀液分散能力强，特别对高厚径比孔的深镀能力强，板面铜厚均匀适合，无需再经过铜层减薄处理。
电镀液主要包括CuSO4、HCl、FeSO4、光泽剂、整平剂及抑制剂。通过脉冲电流与有机添加剂的协同作用共同实现盲孔填铜和通孔电镀。电镀作用机理如下：
铜溶解槽内：阳极：Fe2+-e-→Fe3+；阴极：Cu2++2e-→Cu0
总的化学反应：Cu0+2Fe3+→Cu2++2Fe2+
镀铜槽内：
阳极：6H2O→O2+4e-+4H3O+（主反应，产生氧气）
Fe2+→Fe3++e-（副反应，通过设计使之最小化）
阴极：Fe3++e-→Fe2+（主要的化学反应）
Cu2++2e-→Cu0（副反应）
铜溶解槽中反应产生的Cu2+及Fe2+经过泵浦循环输送到镀铜槽中，在镀铜槽中发生歧化反应，而产生的Cu单质则沉积在通孔孔壁和盲孔内。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种印制电路板通孔和盲孔共镀金属化方法，该方法首先对盲孔填塞部分导电胶，在对通孔和盲孔进行共镀铜处理，能够消除盲孔填铜凹陷，解决HDI印制板通孔盲孔共镀时盲孔填铜凹陷值过大以及盲孔单一填铜时会导致孔径偏小等缺陷问题，提高HDI印制电路板产能和生产效率，降低生产成本。
附图说明
图1是本发明流程示意图。
图2是本发明在芯板上进行激光钻盲孔后示意图。
图3是PCB盲孔控深半填导电胶后的示意图。
图4是PCB半填完导电胶盲孔与通孔共存的示意图。
图5是通孔与盲孔的孔壁闪镀内铜层的示意图。
图6是盲孔填铜和通孔电镀后无填铜凹陷的示意图。
具体实施方式
为实现上述目的本发明采用的技术方案如下：
实施方案1
如图2-6所示，本实施方案1中的通孔和盲孔共镀金属化方法，包括以下步骤：
步骤1、将铜箔层110、内层芯板层210及介质层310进行压合，压合完后形成两面有铜层的印制电路板，在所述印制板上进行激光钻盲孔111，所用介质材料310可以采用FR-4材料或者PTFE材料；
步骤2、在上述钻完激光孔的盲孔内半填导电胶112，在用印刷机印刷导电胶前要调整好刮刀高度，实现控深塞导电胶，使盲孔实现半填的效果，所用导电胶可采用导电性能稳定，粘结强度较高的环氧树脂导电胶，并固化导电胶；
步骤3、在上述盲孔半填完的PCB板上进行机械钻通孔113，形成电镀前通孔和盲孔共存的状态；
步骤4、将上述通孔和盲孔板经过水平脉冲电镀线，包括化学沉铜槽和脉冲电镀槽，所述通孔和盲孔同时经过化学沉铜槽和脉冲电镀槽后，其孔壁会被镀上一层5～8μm的铜层，电镀时间大约为7.5min，此铜层114是作为后续通孔电镀和盲孔填铜同时电镀的基础，如图4中114a、114b和114c所示；
步骤5、将上述PCB板再经过水平脉冲填孔线，此水平填孔线主要部分为脉冲电镀槽，通孔和盲孔在此电镀槽内大约共镀20min，进行盲孔填铜115a、115b和通孔电镀115c，实现通盲孔共镀金属化。
步骤1中的激光钻孔采用的是CO2激光或者UV激光。
步骤4及步骤5中的电镀液主要包括CuSO4、HCl、FeSO4、光泽剂、整平剂及抑制剂，镀铜槽内采用不溶性的阳极钛网。有机添加剂和水平脉冲电流的协同作用共同实现盲孔填铜及通孔电镀。
实施方案2
如图2-6所示，本实施方案2中的的通孔和盲孔共镀金属化方法，包括以下步骤：
步骤1、将铜箔层110、内层芯板层210及介质层310进行压合，压合完后形成两面有铜层的印制电路板，在所述印制板上进行激光钻盲孔111，所用介质材料310可以采用FR-4材料或者PTFE材料；
步骤2、在上述钻完激光孔的盲孔内半填导电胶112，在用印刷机印刷导电胶前要调整好刮刀高度，实现控深塞导电胶，使盲孔实现半填的效果，所用导电胶可采用导电性能稳定，粘结强度较高的环氧树脂导电胶，并固化导电胶；
步骤3、在上述盲孔半填完的PCB板上进行机械钻通孔113，形成电镀前通孔和盲孔共存的状态；
步骤4、将上述通孔和盲孔板经过水平脉冲电镀线，包括化学沉铜槽和脉冲电镀槽，所述通孔和盲孔同时经过化学沉铜槽和脉冲电镀槽后，其孔壁会被镀上一层5～8μm的铜层，电镀时间大约为7.5min，此铜层114是作为后续通孔电镀和盲孔填铜同时电镀的基础，如图4中114a、114b和114c所示；
步骤5、将上述闪镀完一层铜的PCB板最后经过垂直电镀线，采用直流电进行通孔和盲孔共镀工艺，实现通孔镀上铜层115c，盲孔填满铜115a和115b。
步骤5中镀液中添加的是CuO粉末、H2SO4、HCl、光泽剂、整平剂和抑制剂等，并在直流电的作用下实现通孔和盲孔的共镀金属化。
Claims (4)
1.一种印制电路板通孔和盲孔共镀金属化方法，包括以下步骤：
步骤1：在目标印制电路板上加工所需盲孔；
步骤2：在步骤1所加工的盲孔中填充导电胶，形成盲孔半填导电胶的状态，并固化导电胶；所述导电胶为热固性树脂导电胶，并且在盲孔中填充导电胶时采用印刷机印刷导电胶的方式实现；具体采用控制印刷机的刮刀高度对盲孔进行控深填塞导电胶，形成盲孔半填导电胶的状态，在后续通孔和盲孔共镀过程中，此半填导电胶不仅可起到导电作用，还有效降低了盲孔的深径比，可有效地增加快速流动的镀液沉积铜在盲孔的孔壁，并可防止盲孔填铜过程发生孔径会缩小与产生电镀柱状晶等缺陷；
步骤3：在经步骤2处理后的印制电路板上加工所需通孔；
步骤4：对步骤3加工的通孔和经步骤2处理后的盲孔进行共镀铜处理，在对通孔和盲孔进行共镀铜处理时，首先对通孔和盲孔进行化学沉铜，在通孔和盲孔的孔壁上形成初始内层铜，再经过化学沉铜和脉冲电镀的共同作用在通孔和盲孔的孔壁上镀上中间铜层，最后经过脉冲电镀在通孔和盲孔的孔壁上镀上外层铜，完成通孔和盲孔的金属化，实现印制电路板层间的电气连接。
2.根据权利要求1所述的印制电路板通孔和盲孔共镀金属化方法，其特征在于，步骤1在目标印制电路板上加工所需盲孔时，采用CO2激光钻孔方式或UV激光钻孔方式。
3.根据权利要求1所述的印制电路板通孔和盲孔共镀金属化方法，其特征在于，步骤3加工通孔时采用机械钻孔方式。
4.根据权利1所述的印制电路板通孔和盲孔共镀金属化方法，其特征在于，所述脉冲电镀过程中采用正反向电流交替进行电镀。
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