博一建材讯：摘要：化学镀厚铜不需要电镀设备和昂贵的阳极材料，沉铜后经防氧化处理即可进入图形转移工序，然后直接进行图形电镀，缩短了生产流程，有着非常广泛的应用。但由于化学镀厚铜沉积时间长，镀层较厚，在生产中如果参数控制不到位，容易出现镀层起皮和结合力差等问题。文中对某厂在化学镀厚铜过程中出现的一次孔口起皮故障进行了原因分析和跟踪，提出了预防出现类似问题的方法。
关键词：化学镀厚铜；孔口起皮；鱼骨图
中图分类号：TN41 文献标识码：A 文章编号：1009-0096（2011）10-0034-03
化学镀铜是指在没有外加电流的条件下，处于同一溶液中的铜离子和还原剂在具有催化活性的基体表面上进行自催化氧化-还原反应，沉积铜镀层的一种表面处理技术；在大多数英文文献中又被译为不通电电镀或无电解镀铜（Electroless Copper Plating）。化学镀铜可镀基材范围非常广泛，通过敏化、活化等预处理，可在非金属及半导体材料表面进行，是非导体材料表面金属化和制备电镀前的导电底层的常用方法。化学镀铜液的分散能力接近100%、镀层厚度均匀、无明显的边缘效应，特别是复杂形状的基体，在尖角、凹槽部位没有额外的沉积或沉积不足，在深孔、盲孔、腔体件的内表面也能得到和外表面同样厚度的镀层。此外，化学镀铜不需要电源、输电系统及昂贵的阳极材料等，工艺设备非常简单，成本低廉。通过添加合适添加剂，化学镀铜可以得到具有良好的化学、机械和电磁性能的镀层，满足各种需要。从1947年，Narcus首先报道了化学镀铜溶液以来，化学镀铜在装饰性表面保护、电路互连、电子元器件封装、电磁屏蔽、汽车工业和航天航空工业等方面得到了越来越广泛的应用，如卫星通讯天线、超轻波纹波导、雷达反射器、同轴电缆射频屏蔽、天线罩、底板屏蔽等的制造；但是，化学镀铜目前在工业上最重要的应用是印制电路板（Printed Circuit Board，PCB）的通孔金属化，即在PCB的绝缘孔壁内沉积一层铜，从而使电路导通，将整块PCB连为一个整体。
按照镀层厚度的不同，可以化学镀铜分为薄铜和厚铜体系。在亚洲多数地区，化学镀铜的厚度控制在0.3μm~0.5μm，然后全板电镀将镀层加厚至5μm~8μm，进入图形转移工序。由于电镀电流分布不均匀会使得全板厚度不均匀，周边比中间部分厚30%~70%。在生产精细线路板（0.075mm~0.1mm）时，整板蚀刻干净后却发现中间部分的线路已过蚀，因而报废；反之，中间线路蚀刻好了，但板的周边却仍未蚀刻干净。另外，在高级细孔多层板（孔径0.3mm~0.4mm）制作过程中，对化学镀铜的均匀全覆盖要求极严，如果采用先沉薄铜再电镀加厚，往往由于孔壁铜层沉铜不够厚而易形成空洞，造成孔壁镀层的不均匀而无法达到严格的技术标准。基于以上技术问题，近年来不少电路板厂改用化学镀厚铜的技术。化学镀厚铜的镀层厚度一般在1.8μm~2.5μm，也有的厂家为了节省成本，铜厚度控制在1.4μm~1.6μm，后者往往也叫中铜。在完成化学镀厚铜后，电路板经防氧化处理即可进入图形转移工序，然后直接进行图形电镀，缩短了生产流程，有着非常广泛的应用。
但由于化学镀镀厚铜沉积时间较长，镀层较厚，在生产中如果参数控制不到位，容易出现镀层起皮和结合力差等问题。文中对某厂在化学镀厚铜过程中出现的一次孔口起皮故障进行了原因分析和跟进，较好地解决了问题，并提出了预防出现类似问题的方法。
1·故障描述
在江苏某厂进行化学沉厚铜线的新开线工作，在按照操作指导书的要求配制好各工序药水并调整各操作参数在要求范围内后，进行试生产。在第一挂板子沉铜之后，马上进行清洗和烘干，虽然经过测量，所沉积铜镀层的厚度在要求的范围内（3.2μm），但是在孔口部位，出现较为明显的起泡现象，镀层和基体结合力很差，后续的几挂板子也出现了同样的故障。在排除了偶然因素后，立即将生产线停了下来，马上对各工序可能引起故障的因素进行了排查，以期尽快找出造成孔口镀层起皮的原因。
该厂使用的是中南电子化学材料所CS-9-A3化学沉厚铜体系药水，简要工艺流程为：碱性去油/调整→微蚀→预浸→胶体钯活化→碱性解胶→化学厚铜。各工序所用药水及操作参数如表1所示。
2·原因分析及工艺调整
结合孔金属化（Plated Through Hole，PTH）工序维护的经验，对于可能引起镀层孔口起皮的工序和操作进行了分析和调整。可能的原因主要有如下两大类：
（1）板面有异物而引起起皮。可能引起此类故障的因素包括：去油清洗力弱、去油后水洗不足、板面微蚀不够、解胶不足等；这些原因均可能使得板面沾染的污物或胶体钯水解产物无法在进入沉铜槽前被充分除掉，从而使得化学沉铜后镀层在异物处产生起皮、粗糙。
（2）化学沉铜速率过快，导致镀层粗糙、与板面结合力差，从而引起起皮。可能引起此类故障的因素包括：活化液温度过高、活化液浓度过大、沉铜液温度过高、负载太大以及沉铜液中的硫酸铜、氢氧化钠和甲醛的含量过高。此类因素均会使得化学沉铜反应速率过快，产生疏散、粗糙的镀层，甚至可能造成板面铜粒而使得印制板报废。结合上述分析，孔口起皮故障原因分析的鱼骨图如图1所示。
结合鱼骨图，针对上述两大类原因，对于整个PTH工序开始了彻底的筛查。
（1）考虑到化学沉铜沉积速率过快、镀层粗糙及与基体结合力差是最可能引起孔口起皮的原因，对沉铜槽进行了如下调整：①将化学沉铜槽温度由45℃降低到40℃，仍普遍存在孔口起皮现象，效果改善不明显；②将化学沉铜槽中的铜离子、氢氧化钠和甲醛等主盐的含量分别从3g/L、9g/L、和7g/L，降低到2.8g/L、8g/L和6g/L，效果改善也不明显。这说明，化学沉铜工序不是引起此次孔口起皮故障的主要原因。
（2）清洗/调整槽清洗能力不足，或者之后的水洗不充分，也会导致板面沾染污物或有机物，从而引起化学沉铜后板面起皮。①将去油后的水洗改为热水洗，并将水洗时间延长一倍，效果改善不明显；②将碱性清洗/调整剂换为酸性调整剂，效果改善不明显。
（3）将现用的碱性解胶液换为酸性解胶，加强解胶效果，经此改变之后，化学沉铜后的板子均未再出现孔口起皮现象，再继续跟踪，也一直未再出现此类故障。
采取的具体措施及参数调整，如表2所示。
从表2中可以看出，解胶工序是引起此次化学沉铜孔口起皮故障的关键原因。这是因为，胶体钯由钯核和外部的锡胶团构成的，解胶工序就是让锡胶体与酸或碱反应而生成溶于水的锡盐，从而除去在活化后的水洗过程中所生成的四价锡胶体，露出具有催化活性的钯核。如果解胶不彻底，板面就会残留四价锡胶体，从而影响到化学沉铜镀层与基体的结合力及粗糙度；而化学镀厚铜沉积速率快、时间长、氢气释放量大，对基体的形貌和状态要求较高，如果基体表面有未除去的锡胶体，会大大影响镀铜层与基体之间的结合力，从而出现起皮故障。将现用的碱性解胶液换为酸性解胶，加强解胶效果，经此改变之后，化学沉铜后的板子均未再出现孔口起皮现象，再继续跟踪，也一直未再出现此类故障。
3·故障预防
为了防止此类故障的再次出现，在化学镀厚铜的工序维护中，需要注意以下方面。
（1）保证清洗/调整剂的清洗能力以及其后的热水洗的温度及清洗水量，加强水洗；
（2）保持粗化液的粗化能力，保证微蚀深度在要求范围内；
（3）活化液浓度和工作温度不能过高；
（4）保证解胶溶液浓度及处理时间，使得能充分解胶；
（5）将沉铜液中各组份浓度及反应温度控制在要求范围内，避免沉积速率过快。
经过更换解胶槽并将各工序操作参数控制在要求范围内，按照故障预防应注意的几个方面加强对各工序的维护，一直未再出现孔口起皮故障。
参考文献
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第一作者简介胡文强，从事印制电路板专用化学药水的研发和技术服务工作，所研发的多项产品在PCB生产厂家使用。
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