NOBES水平环保通孔-直接电镀工艺

 〖摘要〗NOBES-中山市诺贝斯电子实业有限公司水平环保通孔工艺是在非导体孔壁表面上生成不溶性导电聚合物层，不需要整板电镀铜层加厚就直接进行图形电镀，从而取代传统PTH、PNP流程。本文主要介绍该工艺的特点及加工流程。

一、概述NOBES-中山市诺贝斯电子实业有限公司水平环保通孔-直接电镀工艺的出现是对传统PTH的挑战，它可以取代化学铜以及碳、石墨、钯直接电镀工艺，具有流程短、排污少、无甲醛、节水、节电的优势，适合在水平线上加工，在反应过程中不产生氢气以及溶液表面张力低，对薄板、小孔径板的加工十分有利。

    采用由（NOBES）-中山市诺贝斯电子实业有限公司推出，沪士集团、华新集团在2017年开始引入此项新工艺，并对该项工艺技术进行初步推广应用，本文对该技术工艺特点、加工流程、与前后道工序配套生产方面做简要概述。

二、直接电镀工艺反应原理

    首先在一种低碱性溶液中，PCB基材的非导电区沉积一层薄膜，此薄膜同样可以沉积在玻璃、聚四乙烯氟、聚酰亚胺的表面，然后在酸性高锰酸盐溶液中发生化学反应，在非导电体表面上生成MnO2吸附层，它会嵌入PCB基材非导体区域的孔隙中，最后PCB基材经过催化水溶液中，吸附有MnO2的PCB基材接触催化剂溶液时，便在非导体孔壁表面上生成不溶性导电聚合物层，这种导电膜具有高导电性，可以作为以后直接电镀用的导电层，且具有耐酸性，可长时间存放。

1、该工艺的特点

a、不含甲醛，排出污水不含金属络合物，是环保型产品。

b、使用水平线较低的耗水量，可降低排放的废水量和污水处理量。

c、比传统PTH流程短，无须全板镀，设备占地面积少；操作人手减少，降低了人工 成本。

d、生产周期短，整个成膜三步只需五分钟，因而效率大为提高。

e、水平密闭式设备，操作环境污染小，在0.4mm厚度以下的薄板、0.2mm以下小孔径板的PCB制作上优势突出。

f、该工艺形成的导电膜可以存放至少一周的时间，使生产管控有更大的宽容度          

   NOBES水平环保通孔DMS-E线               传统PTH线

3、工艺流程

a、除胶流程与传统流程相同，采用水平线制作，即：

      入板→膨胀→三级水洗→除胶渣→三级水洗→中和→三级水洗→吸干

b、成膜流程

整孔→三级水洗→氧化→水刀清洗→催化→三级水洗→烘干→出板检查

4、流程说明

a、整孔 由两种（NOBES-8610A、NOBES-8610B）浓缩液与蒸馏水或去离子水和碳酸钠混合调配成的弱碱性(PH值为10-11）溶液，在非金属表面沉积一层薄膜，同时促进氧化流程中MnO2的沉积。

b、氧化 在一种含高锰酸盐的溶液中，可选择性的在孔内介电材料上覆盖一层二氧化锰层（在   PH值为6-8的范围内，通过温度和沉浸时间进行成膜控制）。

   c、催化  在催化剂混合溶液中通过与MnO2薄膜反应，择选性地在树脂和玻璃纤维上聚合为一层导电薄膜，作为后序电镀做导电层。

   d、烘干   除去膜层中的水分，增加膜与基材的附着力。

   e、检查  用检孔镜检查孔壁覆盖是否完整。

5、工艺条件   以下为NOBES（中山市诺贝斯电子实业有限公司）的除胶系列及水平直接电镀

    成膜系列化学药水的工艺参数：

三、质量检查:主要检测聚合导电膜的导电性、电镀铜时的沉积速度，以及电镀铜后孔壁非导电层与铜层之间的结合强度、耐热性能等。

1、导电膜质量测试   有以下两种主要方式来测试

2、直接电镀镀层性能测试

    根据沪士集团、华新集团目前加工的PCB特征，我们对6-8层FR-4、 HTG、高TCI板进行了性能测试，结果符合要求，具体如下：

4、制作流程

a、HP6712制程：磨板→除胶渣2次（除胶速率0.15mg/cm2)→烘干→烘烤（温度 150℃，时间4Hr）→直接电镀→干膜→图形电镀

b、SP003制程：磨板→除胶渣（除胶速率0.15mg/cm2)→直接电镀→干膜→图 形电镀

c、AP055制程：磨板→除胶渣（除胶速率0.19mg/cm2)→直接电镀→干膜→图 形电镀

5、测试项目及测试条件

6、测试结果及切片图

      通过对直接电镀DMS-E制作的特征板镀层性能的测试，全部满足要求。

四、两种工艺加工质量对比

    我们将0.2mm孔径，1.6mm板厚的同料号4、6、8层板分别同期在老工艺PTH线和直接电镀水平线上加工，后序在同样的生产线上加工，比较2个月孔铜不良报废率，具体的数据见图表:

五、与前后工序的匹配

1、钻孔  对钻孔板来板同样要在去毛刺机上处理，保证孔内无粉尘堵塞、毛刺、钻屑等。

2、干膜图形转移

1）做完高导电性聚合膜并烘干的板隔纸交图形转移工序，如不能当班制作，可以存放在室温下一个星期，不宜放于高温、高湿、有酸碱的环境中（如电镀、蚀刻工序）

2）干膜 前处理，我们用火山灰磨板及机械毯刷加微蚀两种方式进行贴膜前的板面处理，经后序加工，热应力试验后切片观察孔口没有什么差异，孔铜厚度正常，报废率也没有明显差异，说明目前常用的前处理方式同样适用于该工艺。下图为热应力后的切片：

3)、显影及退膜：由于碱性物质对高导电性聚合膜具有破坏作用，因此干膜显影要避免多次反复显影，如果必须退膜，则退膜后需要返回前工序重新做成膜处理。

4)、停留时间：完成图形转移应当在2天内电镀，存放环境同前述。

3、图形电镀（铜光剂和干膜的选择）

    在图形转移后进行电镀，由于没有全板镀层，所以图形电镀时必须一次将孔铜镀到25um，沪士集团、华新集团用的干膜是1.5mil的厚度，镀铜加镀锡厚度如果超过干膜厚度，就会导致退膜不净，尤其是3-4mil间距板就会出现夹膜非常严重。

    在评估直接电镀生产线时，沪士集团、华新集团对现有的电镀线铜光剂TP能力及均镀能力（Cov）进行再次评价，通过对线上在用的两种镀铜光剂以及NOBES（中山市诺贝斯电子实业有限公司）推荐的909BP系列镀铜光剂做测试对比，以确定采用哪种系列的铜光剂、干膜与直接电镀进行匹配，适合批量性生产。

1）图形电镀铜光剂的选择

    电镀线均镀能力（Cov）测试：首先对图电线铜缸钛篮进行均匀摆布，敲击钛篮并按要求添加铜球，使钛篮中铜球密实，选择HOZ光铜板进行电镀铜，利用表面铜厚测试仪进行测试，计算其均度性，测试结果Cov为8.8%

    电镀线铜光剂TP能力测试：结合直接电镀需要一次铜加厚和我司生产板的加工特点，根据以前的测试数据（ST-609S铜光剂TP能力较差），沪士集团、华新集团首先将原先使用ST-609S铜光剂的一个铜缸更换为909BP系列镀铜光剂，对生产线上存在的3种铜光剂同时进行TP值测试比较，结果如下图：

 

    通过对909BP系列铜光剂性能测试和3种系列铜光剂成本的核算对比，最终我们将ST-609S和AC01系列镀铜光剂全部切换为909BP系列镀铜光剂配合直接电镀生产。

   2) 干膜选择对比试验

    针对线条3mil，4mil板，我们在909BP系列的铜光剂，干膜厚度选择1.5mil、2.0mil的条件下进行生产品质对比，在保证铜厚满足的条件下，通过AOI检查夹膜的情况，来决定生产条件的选择，对比试验结果如下：

    结合沪士集团、华新集团的生产板结构特征，我们909BP系列铜光剂和1.5mil的干膜作为批量生产条件，对于纵横比大于8：1且线宽/间距在3mil以内，客户对孔铜要求很高，或者图形分布特别不均匀的板采用2.0mil的干膜作为生产条件。

4、后工序同正常PCB生产流程。

六、注意事项

1、基板直接电镀前需要进行钻孔和去毛刺处理，同传统PTH工艺一样，来料保证孔内无粉尘堵塞、毛刺、钻屑等缺陷。

2、直接电镀后的板可以存放在室温下一个星期，完成图形转移的板应当在2天内进行电镀，但不宜放于高温、高湿、有酸碱的环境中：经过碱性退膜的板必须返工后重新进行直接电镀。

3、图形电镀时，为了保证小孔径板孔内镀层厚度和板面铜厚的均匀性，电镀TP能力应保证80%以上及均镀能力应保持在90%以上，阴极电流密度采用18ASF，镀铜时间在70min以上。

4、如客户对孔铜要求很高，或者图形分布特别不均匀，板面线宽，间距又较小，为了减少报废损失，就要考虑2.0mil厚的干膜做图形转移。

七、结束语

    高导电性聚合膜直接电镀工艺与传统PTH工艺比有着显著的优势，但其在国内应用的PCB企业还比较少，沪士集团、华新集团和NOBES（中山市诺贝斯电子实业有限公司）合作引入此工艺，经过一系列的试验、性能方面测试。前后道工序的优化，现在沪士集团、华新集团已经进入生产线大批量阶段，相信经过一段时间的实践应用，可以进一步验证NOBES水平环保通孔-直接电镀工艺在PCB制程上所具有的突出优势，并可以总结出更多的实际生产经验为同行所借鉴.DMSE工艺：主要做高端汽车板与手机HDI板。