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PCB电镀

2000年我国PCB产值为36.35亿美元,占全球PCB产值的8.7%,居世界第4位。在我国的PCB产值中,广东占83.5%。因此,广东地区PCB电镀是一个极大的产业。

据不完全统计,广东PCB厂家仅磷铜一种原料,年消耗量达10000吨左右。大型PCB企业年消耗磷铜400-600吨,中型企业200-300吨。广东地区一年需要PCB酸铜光亮剂达1000多吨。仅磷铜和酸铜光亮剂年销售产值达到4-5亿元。

PCB生产中涉及的表面处理工艺有脱脂、去孔内壁沾污、活化处理、化学镀铜、直接电镀工艺、电镀铅锡合金、铜箔蚀刻、化学镀镍、金工艺等。因此需要大量的电镀特殊化学品和普通的化学原材料,全部加起来达几十亿元人民币。

目前PCB行业使用的特殊化学品90%以上为国际大公司如著名的美国公司MacDermind,ShipleyLeaRonal原德国公司Schering,schlotter等所垄断,(现LeaRona为Shipley所兼并,Schering合并于Atotech,MacDermind兼并了英国Canning)。国内仅少数几家研究所和电镀添加剂生产商的产品进入为数不多的小型PCB企业。一方面是因为PCB生产对所有原材料的要求十分严格,另一方面是因为PCB的生产环节多,价值昂贵,出现质量问题后经济责任重大。因此国内从事表面处理的研究所和电镀添加剂生产企业只有加大投入,引进专业高技术人才,添置专用仪器设备研究开发,才有可能进入PCB这个市场潜力巨大的行业。

1.传统的PCB的电镀

印制线路板(指双面和多层)能形成工业规模生产,是得益于PCK公司在1963年专利发表的化学镀铜配方和Shipley公司于是1961年专利发表的胶体钯配方。它们是使通孔镀得以成为自动线运行的基础,也是后来被广泛接受的制作PCB的基础工艺。

进入90年代以来,传统的以化学镀铜为主体的孔化(PTH)工艺受到多方面的压力和挑战。

下面是传统的制作PCB的流程:《缺》

化学镀Cu溶液共同特点是:

(1)都含有络合剂或螯合剂,如酒石酸钾钠,EDTA以及EDTP;

(2)化学镀Cu的还原剂都采用甲醛;而稳定剂又以氰化物为多。

络合剂EDTA或EDTP的存在给废水处理带来极大的困难,甲醛是众所周知的致癌物,传统的化学镀铜的另一缺点是:副反应使化学镀铜槽液维护和管理困难,从而导致化学镀铜质量问题。

化学镀铜的成本往往由于未充分利用而相差很大。一个不连续生产的槽液的成本比一个连续生产的槽液高几倍。因此,化学镀铜工艺一直是困扰PCB制造者的问题。

2.直接电镀技术出现和发展

进入80年代后,欧美国家对环保制订了更加严格的要求,特别是对有毒害的甲醛以及难处理的螯合剂的排放。迫使大多数溶液供应商寻找代替传统化学镀铜实现孔金属化的新方法。直接电镀技术及其产品经过较长时间的试用,取得PCB生产厂家的认可,是在90年代中期。

作为代替化学镀铜的直接电镀技术必须满足以下条件:

(1)在非导体包括环氧玻璃布、聚酰亚胺、聚四氟乙烯等孔壁基材上,通过特殊处理形成一层导电层,以实现金属电镀。同时还必须保证镀层与基体具有良好的结合力。

(2)形成导电层所用的化学药水对环境污染小,易于进行“三废”处理,不会再造成严重污染。

(3)形成导电层的工艺流程越短越好,而且要求操作范围应较宽,便于操作与维护。

(4)能适应各种印制板的制作。如高板厚/孔径比的印制板,盲孔印制板,特殊基材的印制板等。

目前世界上直接电镀技术的材料来分类可以归纳为三大类型:第一类是以胶体钯工艺在非导体表面产生Pd导电金属薄层的技术,第二类是以导电高分子材料为导电层的所谓MnO2接枝技术;第三类是以碳或石墨悬浮液涂布薄膜为基础的直接电镀技术。

3.印制板电镀多种表面涂复工艺流程实例

印制板在制作过程中,为了达到板面的要求,需选用多种表面涂覆工艺,如:孔金属化、镀铜、镀镍、镀金、化学镀镍、化学镀金、有机助焊保护膜以及电镀锡基合金等。这些表面涂覆层的质量直接影响到印制板的质量,如:外观、可焊性、耐蚀性、耐磨性等性能。

印制板的表面涂复工艺作一个不完全总结:

1)孔金属化:可以选用化学沉铜工艺,也可以用直接镀铜工艺。孔金属化以后的印制板,表面镀有5~8μm的金属铜。

2)热风整平或热熔工艺:

工艺流程如下:

酸性除油→微蚀→活化→镀铜→镀锡铅→去膜→蚀刻→退锡铅→涂阻焊层→热风整平

或:酸性除油→微蚀→活化→镀铜→镀锡铅→去膜→蚀刻→浸亮→热熔。

3)板面镀金工艺:

工艺流程如下:

酸性除油→微蚀→活化→镀铜→镀镍→镀金→去膜→蚀刻

4)插头镀金:

工艺流程如下:

酸性除油→微蚀→活化→镀低应力镍→预镀金→镀金

5)有机助焊保护膜:

工艺流程如下:

酸性除油→微蚀→活化→浸有机助焊保护膜

6)化学镀镍金:

工艺流程如下:

酸性除油→微蚀→预浸→钯活化剂→后浸→化学镀镍→化学浸金→化学镀厚金

7)去沾污工艺:双层板或多层板在孔金属化之前,去除孔内环氧树脂沾污,保证孔金属化质量。其工艺流程是:

溶胀→去胶渣→中和。

可见电镀、化学镀、置换镀:镀前、镀后处理技术在电子电镀行业十分活跃。

4.印制板电镀技术的最新进展

早期印刷线路板的最终表面精饰大都采用热浸锡铅合金焊料的热风整平(HASL)工艺。由于热浸的温度高(约250℃),表面安装的零件都必须具备耐高温性能,而且热浸后的焊料虽经热风整平,其表面仍然凹凸不平,不适合于表面贴装(SMT)新工艺的实施,也不能用于铝线键合(AluminiumWireBonding)。因此,近年来人们集中精力大力开发可在低温操作,又能获得表面十分平整的即可焊又可键合的新型替代HASL工艺,并取得了明显的效果,正在生产上迅速推广。

目前可成功取代HASL工艺的新技术有:

①电镀镍/电镀软金,它主要用于金线键合(GoldWireBonding),但要求全线路要导通。

②化学镀镍/置换镀金(EN/IG),也称化学镀镍金,它适于焊接和铝线键合,因全程采用化学镀,线路不必事先导通即可施镀。

③化学镀镍/化学镀钯/置换镀金(EN/EP/IG),早期的目的是用廉价的钯取代金,然而近年来钯的价格远超过金(约3倍),因此应用越来越少。

④化学镀镍/置换镀金/化学镀金,它适于焊接以及金线、铝线的键合。

⑤有机焊接保护剂(OrganicSolderabilityPreserative,OSP),它适于1至2次重熔(Reflow)的焊接,但不能用于键合。

⑥置换镀锡(IT),它是新兴的工艺,镀层十分平整,厚度只有1μm,但焊接性能优良,可通过去155℃烘烤4小时及3次重熔,可完全取代HASL,但不适于键合。

⑦置换镀银(IS),这是最新最好的工艺。镀层十分平整,厚度仅0.2~0.3μm,可通过155℃烘烤4小时及3次重熔,同时适于铝线键合,是一种价廉物美的取代HASL及化学镀镍金(EN/IG)的新技术。它特别适于高密度细线(“<0.02”=和细孔印制板,如BGA、COB板的应用。

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