選擇性有機(jī)導(dǎo)電涂覆工藝研究

肖 亮 蘇從嚴(yán) 高 健 劉彬云（廣東東碩科技科技有限公司，廣東 廣州 510288）

選擇性有機(jī)導(dǎo)電涂覆工藝研究

肖 亮 蘇從嚴(yán) 高 健 劉彬云
（廣東東碩科技科技有限公司，廣東 廣州 510288）

選擇性有機(jī)導(dǎo)電涂覆(SOC)是一種取代傳統(tǒng)化學(xué)沉銅(PTH)的孔金屬化先進(jìn)工藝。本文對(duì)比了SOC和PTH兩種孔金屬化制程，介紹了SOC的優(yōu)點(diǎn)。簡述了SOC制程的原理與特點(diǎn)，介紹了在生產(chǎn)過程中的品質(zhì)控制方法，并列舉了在實(shí)驗(yàn)中常見板材的測(cè)試。表明SOC是一種綠色環(huán)保的工藝，能夠滿足生產(chǎn)的要求。

直接電鍍；導(dǎo)電聚合物；沉銅；選擇性

1 前言

自上世紀(jì)60年代PTH孔金屬化問世以來，化學(xué)鍍銅液中含有的甲醛、EDTA等有毒化學(xué)藥品，一方面危害操作人員的身體健康，另一方面廢水處理困難給環(huán)境帶來了較大的危害。近年來，對(duì)環(huán)保的呼聲越來越大，傳統(tǒng)PTH工藝受到了嚴(yán)峻地挑戰(zhàn)。人們?cè)谔剿髦醒芯苛巳〈瘜W(xué)沉銅孔金屬化的直接電鍍工藝。隨著人們對(duì)直接電鍍的了解加深，直接電鍍工藝被越來越多的公司接受。

按照直接電鍍的工藝原理，其大致可分為三大類：（1）以納米碳/石墨為導(dǎo)電基質(zhì)的直接電鍍工藝，如MacDermid公司的Black-Hole和Electrochemical公司的Shadow產(chǎn)品。（2）以鈀鹽或把化合物作為導(dǎo)電物質(zhì)的直接電鍍，如Atotech的Neopact工藝。（3）基于有機(jī)導(dǎo)電高分子的選擇性有機(jī)導(dǎo)電涂覆（SOC），如東碩科技的SOC工藝。三種直接電鍍工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，本文研究了以聚（3,4乙撐二氧噻吩）（PEDOT）為導(dǎo)電聚合物的選擇性有機(jī)導(dǎo)電涂覆工藝，其結(jié)構(gòu)式如圖1。

圖1 聚（3,4乙撐二氧噻吩）結(jié)構(gòu)式示意圖

Hupe最先采用氧化劑在PCB鉆孔的裸露表面上將雜環(huán)芳香族分子（吡咯、呋喃、噻吩等）聚合成導(dǎo)電高分子，在非導(dǎo)電性樹脂基材表面導(dǎo)電化處理。發(fā)展至今，SOC具有流程短、排污少、無甲醛，EDTA、節(jié)水節(jié)電等方面的優(yōu)勢(shì)，非常適宜水平線操作。隨著設(shè)備的發(fā)展，SOC水平線可與磨板前處理以及DVCP串聯(lián)起來，自動(dòng)化操作高，這對(duì)PCB發(fā)展有著重要的推動(dòng)作用。

2 工藝原理及流程

SOC的基本原理是絕緣樹脂基材上在引發(fā)劑MnO2的作用下，3,4乙撐二氧噻吩（EDOT）被催化聚合成含有共軛鏈結(jié)構(gòu)的PEDOT，PEDOT作為SOC導(dǎo)電膜可代替PTH金屬化制程，隨后經(jīng)過電鍍工序即可完成導(dǎo)通孔的金屬化。

圖2 SOC反應(yīng)原理示意圖

2.1 SOC工藝流程

SOC工藝主要工藝包括調(diào)整、引發(fā)、聚合三個(gè)流程。調(diào)整的作用是在非導(dǎo)電基材上進(jìn)行活化處理，促進(jìn)引發(fā)段MnO2的沉積；引發(fā)的原理是絕緣的樹脂在酸性高錳酸鹽溶液中被氧化，同時(shí)產(chǎn)物MnO2沉積在孔內(nèi)介質(zhì)材料上，其作為聚合段的反應(yīng)的催化物；聚合液主要由單體、乳化劑、有機(jī)酸構(gòu)成的混合水溶液，其原理是通過MnO2的催化作用，單體被引發(fā)聚合成高分子導(dǎo)電聚合物。因?yàn)楦咤i酸鹽不能與銅發(fā)生反應(yīng)，故在銅面不會(huì)產(chǎn)生引發(fā)劑，銅面無法沉積導(dǎo)電高分子膜。因此，導(dǎo)電高分子膜只在絕緣樹脂及玻纖位沉積，具有較好的選擇性，一方面保證了絕緣層的導(dǎo)電性要求，另一方面又不會(huì)對(duì)銅面的結(jié)合力產(chǎn)生影響。為了證實(shí)其選擇性，我們進(jìn)行了如下試驗(yàn)：

取兩塊相同材料的覆銅板，一塊蝕刻掉表層銅，另一塊不做處理。將兩塊基板分別過調(diào)整—引發(fā)—聚合流程后在表面做EDX分析，由圖3可知，在銅表面的EDX分析未見SOC膜的特征元素S，而在蝕刻掉銅的無銅基材上有SOC膜的特征元素S。這表明有機(jī)導(dǎo)電聚合物不在銅層沉積，只在絕緣基材上沉積，具有較好的選擇性。

3 SOC優(yōu)勢(shì)性

圖3 將覆銅基板及蝕刻掉銅的基板分別SOC制程后EDX分析

3.1 環(huán)保優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)PTH化學(xué)沉銅流程長，含有大量化學(xué)藥品，含有危害身體的甲醛以及難以降解的絡(luò)合劑EDTA。SOC直接金屬化藥水工藝只有三段化學(xué)品處理工藝，不含有對(duì)身體有毒有害的化學(xué)品、重金屬及絡(luò)合劑，排放廢水處理簡單。圖4是SOC和PTH對(duì)比所需的各類藥品量，使用SOC制程后大量節(jié)約處理廢水的成本，同時(shí)工作環(huán)境能有顯著的改善，工人的健康和安全得到保障。

圖4 SOC與PTH藥品用量對(duì)比(400km2板/年)

3.2 成本優(yōu)勢(shì)

SOC制程只需調(diào)整、引發(fā)、聚合三個(gè)步驟，對(duì)比PTH除油、微蝕、預(yù)浸、活化、速化、化學(xué)銅六個(gè)步驟。一方面節(jié)省物料、節(jié)約水電，另一方面節(jié)約人力、時(shí)間，提升產(chǎn)能。下圖是每92.9萬m2（100萬平方英尺）生產(chǎn)板所需成本對(duì)比，由于流程縮短，制程所需時(shí)間減少，SOC所需成本人工費(fèi)減少45%，連續(xù)生產(chǎn)的情況下能夠節(jié)水30%～40%，總成本能節(jié)約30%左右。同時(shí)SOC工藝流程更短，占地空間更少，設(shè)備花費(fèi)更少，維護(hù)起來更加方便。水平線SOC可與磨板、微蝕等前處理對(duì)接，省去前處理工序后轉(zhuǎn)運(yùn)的時(shí)間與人力。另外做完SOC后的板可直接進(jìn)行圖形轉(zhuǎn)移工序，可省去中間的全板電鍍工序?？傊?，SOC比PTH在成本上具有極大的優(yōu)勢(shì)。

圖5 SOC與PTH生產(chǎn)成本對(duì)比(每10 km2)

4 SOC制程應(yīng)用能力

4.1 品質(zhì)控制方法

在SOC生產(chǎn)前，均需對(duì)測(cè)試板監(jiān)測(cè)，判斷是否符合生產(chǎn)要求：

（1）上銅速率：取上銅速率片（6 cm×12 cm的雙面覆銅板，一端保留4 cm的銅箔，其余為基材），在哈林槽中以2A/dm2電流密度電鍍5 min取出，測(cè)量測(cè)試片露出基材部分兩面分別取三點(diǎn)鍍銅層的長度。計(jì)算：

上銅速率（mm/min）=6點(diǎn)測(cè)量長度之和／5／6。

要求上銅速率＞2 mm/min為合格。

（2）背光測(cè)試：用鉆不同孔徑的測(cè)試板在SOC直接電鍍處理后，用哈林槽2 A/dm2電鍍10 min，背光觀察銅層覆蓋情況，判斷標(biāo)準(zhǔn)與PTH背光要求一致。

（3）熱應(yīng)力測(cè)試：按正常SOC及電鍍生產(chǎn)流程后，288 ℃/10 s熱沖擊6次，要求無孔壁分離，無孔角斷裂。

4.1 不同板材適應(yīng)能力

SOC在處理FR-4板材具有非常好的性能，在處理其它板材同樣能滿足要求。而對(duì)于一些難以被氧化的板材，可以通過調(diào)整引發(fā)缸pH來調(diào)節(jié)高錳酸鹽的氧化能力，對(duì)于大部分板材可獲得較佳的導(dǎo)電性，同時(shí)能滿足熱沖擊性能。圖6分別列舉了在實(shí)驗(yàn)中用到的一些板材的熱沖擊切片。

圖6 不同測(cè)試板熱沖擊測(cè)試圖（硬板/無鹵素板/高Tg剛性板/PI撓性板/盲孔板/IC載板）

在實(shí)驗(yàn)中，常見的一些板材均能滿足生產(chǎn)要求，幾乎不會(huì)發(fā)生孔壁分離問題，沒有內(nèi)層連接失敗缺陷等。

5 結(jié)論

選擇性有機(jī)導(dǎo)電涂覆工藝比傳統(tǒng)孔金屬化工藝有著明顯的優(yōu)勢(shì)，能夠減少生產(chǎn)用水量和能耗，較少的廢物排放，能夠顯著提升產(chǎn)能，是一種綠色直接金屬化制程。SOC具有高的選擇性，在孔內(nèi)介質(zhì)材料上導(dǎo)電膜覆蓋完好，而在銅面上不上膜。同時(shí)SOC是一種對(duì)基材適應(yīng)能力較強(qiáng)的制程，能滿足不同板材的金屬化性能要求

[1]胡永栓. 直接電鍍DMS-E法應(yīng)用[J]. 印制電路信息,1999,4.

[2]Hupe urgen. Trough-hole plated printed circuit board and process for manufacturing same[P]. US5194313,1993,3,16.

Process of selectivity organic conductive coating

XIAO Liang SU Cong-yan GAO Jian LIU Bin-yun

Selective organic conductive coating is an advanced hole metallization technology which can replace the traditional electroless copper (PTH). This paper compares two process of SOC and PTH, and introduce the advantages of SOC. This paper briefs the principles and characteristics of SOC, and introduces the quality control methods, tests many kind of PCB board. It turned out that SOC is a green technology and can meet the need of continuous production.

Direct Plating; Conductive Polymer; Electroless Copper; Selective

TN41

A

1009-0096（2014）03-0043-03