電子線路板微溝槽脈沖鍍銅填充工藝的研究

凌小蓮

（南寧學(xué)院，廣西 南寧530001）

0 前言

電子線路板是電子產(chǎn)品的核心部件。隨著電子產(chǎn)品漸趨微型化和多功能化，對(duì)電子線路板的制作工藝提出了更高的要求。在電子線路板的制作工藝中，復(fù)雜微孔／槽結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電化處理是核心環(huán)節(jié)，導(dǎo)電化處理的效果直接關(guān)系到電子線路板的導(dǎo)通互連［1］。鑒于此，為實(shí)現(xiàn)電子線路板導(dǎo)通狀況良好，研究學(xué)者針對(duì)微孔／槽導(dǎo)電化處理這一主題，從改變鍍液配方、優(yōu)化施鍍工藝條件等多方面進(jìn)行了探索［2］，并嘗試引入脈沖鍍銅技術(shù)、超聲波鍍銅技術(shù)和激光鍍銅技術(shù)［3］。

鑒于脈沖鍍銅技術(shù)展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，本文采用脈沖電鍍實(shí)現(xiàn)電子線路板微溝槽的金屬化填充。系統(tǒng)介紹了填充流程與實(shí)驗(yàn)過程，并對(duì)填充效果進(jìn)行了考察。積、物理氣相沉積或化學(xué)鍍等方法，于微溝槽底面沉積薄導(dǎo)電層予以實(shí)現(xiàn)。鑒于化學(xué)鍍具有工藝成本低、工藝成熟度高等優(yōu)點(diǎn)，在非金屬材料導(dǎo)電化處理方面獲得較為普遍的應(yīng)用，故本文采用化學(xué)鍍的方法實(shí)現(xiàn)微溝槽底面導(dǎo)電，為后續(xù)脈沖鍍銅填充奠定基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 填充流程

電子線路板微溝槽鍍銅的填充流程主要包括微溝槽壁面導(dǎo)電化處理和電鍍銅填充溝槽兩個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示。微溝槽導(dǎo)電化處理可借助化學(xué)氣相沉

圖1 電子線路板微溝槽鍍銅的填充流程

1.2 實(shí)驗(yàn)條件

陽極選用鍍銅專用的磷銅板，其中磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%～0.06%；陰極選用樹脂電子線路板，規(guī)格為30mm×20mm×1mm。

鍍液選擇最常用的硫酸鹽型鍍銅液，其組成為：硫酸銅80g／L，硫酸200g／L，氯化鈉50mg／L，組合添加劑 適量。其中：硫酸銅作為電鍍過程所需銅離子的主供應(yīng)源，兼顧鍍銅速率和鍍液的深鍍能力，取適中的質(zhì)量濃度；硫酸起抑制銅離子水解及提高鍍液導(dǎo)電性能的作用；氯化鈉用于提供氯離子，增強(qiáng)陽極活性，防止鈍化，促使正常溶解；組合添加劑包含潤(rùn)濕劑、整平劑和抑制劑，發(fā)揮潤(rùn)濕鍍覆壁面、整平鍍層和細(xì)化晶粒的效用。

電鍍工藝條件為：脈沖峰值電流密度2A／dm2，頻率100Hz，正向?qū)?ms，反向?qū)?ms，溫度30℃，鍍液采用離心高速攪拌。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

采用Talysurf CLI2000型三維形貌儀和VMM系列的工具測(cè)量顯微鏡觀察填充銅層的宏觀形貌，并測(cè)定表面平整度。采用JSM-6010型掃描電鏡觀察鍍銅層的顯微形貌。

2 填充效果

脈沖鍍銅填充后，電子線路板微溝槽底面的宏觀形貌，如圖2所示。觀察發(fā)現(xiàn)：微溝槽底面幾乎全部覆蓋鍍銅層，連續(xù)性較好，僅局部微小區(qū)域因漏鍍而出現(xiàn)空缺。這可能是因?yàn)殡婂冦~過程中析出的少量氫氣泡黏附于槽壁，未能及時(shí)逸離，隨鍍銅層增厚被包覆擠壓導(dǎo)致破裂形成空缺?？傮w而言，脈沖鍍銅的均鍍效果優(yōu)良，并且鍍層與基底結(jié)合較好。

圖2 脈沖鍍銅填充后的宏觀形貌

圖3和圖4分別為填充銅層的三維形貌和顯微形貌。由圖3和圖4可知：填充銅層表面平整度較好，晶粒較細(xì)致且呈團(tuán)胞狀，組織較致密。電子線路板微溝槽脈沖鍍銅填充機(jī)制，如圖5所示。電子線路板微溝槽鍍銅填充過程施加周期性正反向脈沖電流。在正向電流主導(dǎo)期間，銅逐層鍍覆，但由于微溝槽內(nèi)電流密度分布不均勻，導(dǎo)致填充銅層的厚度差別明顯，平整度差，如圖5（a）所示。而在反向電流主導(dǎo)期間，相當(dāng)于電解過程，已鍍覆的銅層溶解。因電鍍過程中存在尖端放電效應(yīng)，故鍍層凸起部分最先溶解，如圖5（b）所示。如此周期反復(fù)，達(dá)到整平效果。

圖3 填充銅層的三維形貌

圖4 填充銅層的顯微形貌

圖5 電子線路板微溝槽脈沖鍍銅填充機(jī)制

與此同時(shí)，在正反向脈沖電流交替主導(dǎo)期間，組合添加劑也持續(xù)發(fā)揮效用。通過改變鍍覆表面的極化電阻，并調(diào)整電流二次分布，影響形核數(shù)量與成核速率，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化、組織結(jié)構(gòu)緊實(shí)。

電子線路板上起導(dǎo)通互連作用的鍍層應(yīng)平整均勻、晶粒細(xì)致［4］。晶粒尺寸小，單位區(qū)域內(nèi)的晶界密度高，因而偏折電子的幾率低，電阻率小，導(dǎo)電性能好。本文中盡管未實(shí)測(cè)填充銅層的電阻率，但從圖4中按標(biāo)尺不難估測(cè)，鍍銅層的平均晶粒尺寸介于1～2μm之間，基本可歸為較小尺度的范疇。故由此間接推知：微溝槽填充鍍銅層的電阻率較低，導(dǎo)電性能較好。

3 結(jié)論

依次采用化學(xué)鍍銅和脈沖鍍銅的方法，實(shí)現(xiàn)了電子線路板上布刻微溝槽的金屬化填充。借助工具顯微鏡和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)：填充銅層較平整、連續(xù)，且基本覆蓋微溝槽底面，僅出現(xiàn)輕微漏鍍狀況；此外，鍍銅層晶粒細(xì)致且結(jié)構(gòu)致密，間接表明其電阻率較低，導(dǎo)電性能較好。

［1］陳達(dá)宏.印制電路孔金屬化［J］.電子工藝技術(shù)，2001，22（3）：102-105.

［2］楊防祖，吳偉剛，田中群，等.銅電化學(xué)沉積在微孔金屬化中的應(yīng)用［J］.物理化學(xué)學(xué)報(bào)，2011，27（9）：2 135-2 140.

［3］余德超，談定生.電鍍銅技術(shù)在電子材料中的應(yīng)用［J］.電鍍與涂飾，2006，26（2）：43-46.

［4］齊雪蓮，任春生，張健，等.射頻對(duì)非平衡磁控濺射沉積Cu膜的影響［J］.核聚變與等離子體物理，2007，27（3）：264-268.