NOBES水平環(huán)保通孔-直接電鍍工藝
〖摘要〗NOBES-中山市諾貝斯電子實(shí)業(yè)有限公司水平環(huán)保通孔工藝是在非導(dǎo)體孔壁表面上生成不溶性導(dǎo)電聚合物層，不需要整板電鍍銅層加厚就直接進(jìn)行圖形電鍍，從而取代傳統(tǒng)PTH、PNP流程。本文主要介紹該工藝的特點(diǎn)及加工流程。
一、概述NOBES-中山市諾貝斯電子實(shí)業(yè)有限公司水平環(huán)保通孔-直接電鍍工藝的出現(xiàn)是對(duì)傳統(tǒng)PTH的挑戰(zhàn)，它可以取代化學(xué)銅以及碳、石墨、鈀直接電鍍工藝，具有流程短、排污少、無甲醛、節(jié)水、節(jié)電的優(yōu)勢，適合在水平線上加工，在反應(yīng)過程中不產(chǎn)生氫氣以及溶液表面張力低，對(duì)薄板、小孔徑板的加工十分有利。
采用由（NOBES）-中山市諾貝斯電子實(shí)業(yè)有限公司推出，滬士集團(tuán)、華新集團(tuán)在2017年開始引入此項(xiàng)新工藝，并對(duì)該項(xiàng)工藝技術(shù)進(jìn)行初步推廣應(yīng)用，本文對(duì)該技術(shù)工藝特點(diǎn)、加工流程、與前后道工序配套生產(chǎn)方面做簡要概述。
二、直接電鍍工藝反應(yīng)原理
首先在一種低堿性溶液中，PCB基材的非導(dǎo)電區(qū)沉積一層薄膜，此薄膜同樣可以沉積在玻璃、聚四乙烯氟、聚酰亞胺的表面，然后在酸性高錳酸鹽溶液中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在非導(dǎo)電體表面上生成MnO2吸附層，它會(huì)嵌入PCB基材非導(dǎo)體區(qū)域的孔隙中，最后PCB基材經(jīng)過催化水溶液中，吸附有MnO2的PCB基材接觸催化劑溶液時(shí)，便在非導(dǎo)體孔壁表面上生成不溶性導(dǎo)電聚合物層，這種導(dǎo)電膜具有高導(dǎo)電性，可以作為以后直接電鍍用的導(dǎo)電層，且具有耐酸性，可長時(shí)間存放。
1、該工藝的特點(diǎn)
a、不含甲醛，排出污水不含金屬絡(luò)合物，是環(huán)保型產(chǎn)品。
b、使用水平線較低的耗水量，可降低排放的廢水量和污水處理量。
c、比傳統(tǒng)PTH流程短，無須全板鍍，設(shè)備占地面積少；操作人手減少，降低了人工 成本。
d、生產(chǎn)周期短，整個(gè)成膜三步只需五分鐘，因而效率大為提高。
e、水平密閉式設(shè)備，操作環(huán)境污染小，在0.4mm厚度以下的薄板、0.2mm以下小孔徑板的PCB制作上優(yōu)勢突出。
f、該工藝形成的導(dǎo)電膜可以存放至少一周的時(shí)間，使生產(chǎn)管控有更大的寬容度  
NOBES水平環(huán)保通孔DMS-E線 傳統(tǒng)PTH線
3、工藝流程
a、除膠流程與傳統(tǒng)流程相同，采用水平線制作，即：
入板→膨脹→三級(jí)水洗→除膠渣→三級(jí)水洗→中和→三級(jí)水洗→吸干
b、成膜流程
整孔→三級(jí)水洗→氧化→水刀清洗→催化→三級(jí)水洗→烘干→出板檢查
4、流程說明
a、整孔 由兩種（NOBES-8610A、NOBES-8610B）濃縮液與蒸餾水或去離子水和碳酸鈉混合調(diào)配成的弱堿性(PH值為10-11）溶液，在非金屬表面沉積一層薄膜，同時(shí)促進(jìn)氧化流程中MnO2的沉積。
b、氧化 在一種含高錳酸鹽的溶液中，可選擇性的在孔內(nèi)介電材料上覆蓋一層二氧化錳層（在 PH值為6-8的范圍內(nèi)，通過溫度和沉浸時(shí)間進(jìn)行成膜控制）。
c、催化 在催化劑混合溶液中通過與MnO2薄膜反應(yīng)，擇選性地在樹脂和玻璃纖維上聚合為一層導(dǎo)電薄膜，作為后序電鍍做導(dǎo)電層。
d、烘干 除去膜層中的水分，增加膜與基材的附著力。
e、檢查 用檢孔鏡檢查孔壁覆蓋是否完整。
5、工藝條件 以下為NOBES（中山市諾貝斯電子實(shí)業(yè)有限公司）的除膠系列及水平直接電鍍
成膜系列化學(xué)藥水的工藝參數(shù)：
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序號(hào)
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流程名稱
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溶液濃度
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溫度℃
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處理時(shí)間Sec
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備注
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1
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膨脹
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W-295 :30-40%
NaOH :6-9g/L
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60-70
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20-60
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DI水
配槽
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2
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除膠
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KMNO4 :50-70g/L
NaOH :40-60g/L
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70-90
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35-130
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DI水
配槽
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3
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中和
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W-235 :10-30%
H2SO4 :3-4N
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30-45
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30-45
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DI水
配槽
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4
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整孔
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NOBES-8610A:28-32ml/L
NOBES-8610B:8-12ml/L
PH:10-11
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48-52
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30-60
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DI水
配槽
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5
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氧化
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NOBES-8620:100-120ml/L
AR級(jí)硼酸：6-15g/L
PH:5-7
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86-90
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50-70
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DI水
配槽
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6
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催化
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NOBES-8650A:12-18ml/L
NOBES-8650B:12-18ml/L
NOBES-8650C:5-9ml/L
PH:1.9-2.2
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16-22
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90-120
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DI水
配槽
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三、質(zhì)量檢查:主要檢測聚合導(dǎo)電膜的導(dǎo)電性、電鍍銅時(shí)的沉積速度，以及電鍍銅后孔壁非導(dǎo)電層與銅層之間的結(jié)合強(qiáng)度、耐熱性能等。
1、導(dǎo)電膜質(zhì)量測試 有以下兩種主要方式來測試
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序號(hào)
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測試方法
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具體步驟
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檢測標(biāo)準(zhǔn)
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示意圖
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1
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導(dǎo)電膜 背光法
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用專門用于測試的有蝕刻窗的小板先做導(dǎo)電膜，然后在電鍍線正常前處理，進(jìn)鍍缸20ASF電流鍍約10分鐘，清洗、烘干，檢查評(píng)判鍍層覆蓋情況
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口的覆蓋能力大于3級(jí)
@背光測試大于8級(jí)
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2
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哈林槽 測試法
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有4"×1"的邊條（前端保留1"銅，其余3"為基材），經(jīng)過成膜流程后在哈林槽中用20ASF鍍5分鐘，計(jì)算橫向上銅的速度，與判定標(biāo)準(zhǔn)比較
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@上銅的速度必須大 于2mm/min
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2、直接電鍍鍍層性能測試
根據(jù)滬士集團(tuán)、華新集團(tuán)目前加工的PCB特征，我們對(duì)6-8層FR-4、 HTG、高TCI板進(jìn)行了性能測試，結(jié)果符合要求，具體如下：
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圖號(hào)
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套數(shù)
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板料
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線寬/間距
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成品板厚
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最小孔徑
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HP6712
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312
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HTG:170
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4mil/4mil
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1.0mm
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0.3mm
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SP003
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296
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FR4
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3.15mil/3.15mil
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1.6mm
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0.2mm
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AP055
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288
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高TCI:600
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3.54mil/3.54mil
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1.5mm
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0.2mm
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4、制作流程
a、HP6712制程：磨板→除膠渣2次（除膠速率0.15mg/cm2)→烘干→烘烤（溫度 150℃，時(shí)間4Hr）→直接電鍍→干膜→圖形電鍍
b、SP003制程：磨板→除膠渣（除膠速率0.15mg/cm2)→直接電鍍→干膜→圖 形電鍍
c、AP055制程：磨板→除膠渣（除膠速率0.19mg/cm2)→直接電鍍→干膜→圖 形電鍍
5、測試項(xiàng)目及測試條件
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檢查內(nèi)容
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檢查方法
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判斷標(biāo)準(zhǔn)
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表現(xiàn)
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退膜后目視
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無夾膜
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孔銅厚
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微切片，CMI500
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>20um
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孔內(nèi)無銅
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全部飛針測試
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無孔內(nèi)無銅
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浸錫熱應(yīng)力測試
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錫鍋浸錫試驗(yàn)（10秒3次，溫度288℃）→金相切片
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無孔壁分離、無孔壁銅與內(nèi)層銅分離、無孔壁、孔角斷裂現(xiàn)象
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噴錫熱應(yīng)力測試
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熱風(fēng)整平試驗(yàn)（10秒3次，溫度265℃）→金相切片
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@無孔內(nèi)無銅
@無孔壁分離、孔壁銅與內(nèi)層銅分離、孔壁、 無孔角斷裂現(xiàn)象
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6、測試結(jié)果及切片圖
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檢查內(nèi)容
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判斷結(jié)果
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熱應(yīng)力后圖片
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表現(xiàn)
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無夾膜
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孔銅厚
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>20um
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孔內(nèi)無銅
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無孔內(nèi)無銅
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噴錫熱應(yīng)力測試
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無孔內(nèi)無銅
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浸錫熱應(yīng)力測試
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合格
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通過對(duì)直接電鍍DMS-E制作的特征板鍍層性能的測試，全部滿足要求。
四、兩種工藝加工質(zhì)量對(duì)比
我們將0.2mm孔徑，1.6mm板厚的同料號(hào)4、6、8層板分別同期在老工藝PTH線和直接電鍍水平線上加工，后序在同樣的生產(chǎn)線上加工，比較2個(gè)月孔銅不良報(bào)廢率，具體的數(shù)據(jù)見圖表:
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數(shù)據(jù)要求
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質(zhì)量說明
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滬士集團(tuán)、華新集團(tuán)利用直接電鍍工藝制作的孔銅不良廢品率僅為傳統(tǒng)沉銅工藝的50%，可見直接電鍍工藝在小孔加工上有一定的優(yōu)勢
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五、與前后工序的匹配
1、鉆孔 對(duì)鉆孔板來板同樣要在去毛刺機(jī)上處理，保證孔內(nèi)無粉塵堵塞、毛刺、鉆屑等。
2、干膜圖形轉(zhuǎn)移
1）做完高導(dǎo)電性聚合膜并烘干的板隔紙交圖形轉(zhuǎn)移工序，如不能當(dāng)班制作，可以存放在室溫下一個(gè)星期，不宜放于高溫、高濕、有酸堿的環(huán)境中（如電鍍、蝕刻工序）
2）干膜 前處理，我們用火山灰磨板及機(jī)械毯刷加微蝕兩種方式進(jìn)行貼膜前的板面處理，經(jīng)后序加工，熱應(yīng)力試驗(yàn)后切片觀察孔口沒有什么差異，孔銅厚度正常，報(bào)廢率也沒有明顯差異，說明目前常用的前處理方式同樣適用于該工藝。下圖為熱應(yīng)力后的切片：
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序號(hào)
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前處理方式
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熱應(yīng)力后的切片
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1
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機(jī)械毯刷加微蝕
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2
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火山灰磨板
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3)、顯影及退膜：由于堿性物質(zhì)對(duì)高導(dǎo)電性聚合膜具有破壞作用，因此干膜顯影要避免多次反復(fù)顯影，如果必須退膜，則退膜后需要返回前工序重新做成膜處理。
4)、停留時(shí)間：完成圖形轉(zhuǎn)移應(yīng)當(dāng)在2天內(nèi)電鍍，存放環(huán)境同前述。
3、圖形電鍍（銅光劑和干膜的選擇）
在圖形轉(zhuǎn)移后進(jìn)行電鍍，由于沒有全板鍍層，所以圖形電鍍時(shí)必須一次將孔銅鍍到25um，滬士集團(tuán)、華新集團(tuán)用的干膜是1.5mil的厚度，鍍銅加鍍錫厚度如果超過干膜厚度，就會(huì)導(dǎo)致退膜不凈，尤其是3-4mil間距板就會(huì)出現(xiàn)夾膜非常嚴(yán)重。
在評(píng)估直接電鍍生產(chǎn)線時(shí)，滬士集團(tuán)、華新集團(tuán)對(duì)現(xiàn)有的電鍍線銅光劑TP能力及均鍍能力（Cov）進(jìn)行再次評(píng)價(jià)，通過對(duì)線上在用的兩種鍍銅光劑以及NOBES（中山市諾貝斯電子實(shí)業(yè)有限公司）推薦的909BP系列鍍銅光劑做測試對(duì)比，以確定采用哪種系列的銅光劑、干膜與直接電鍍進(jìn)行匹配，適合批量性生產(chǎn)。
1）圖形電鍍銅光劑的選擇
電鍍線均鍍能力（Cov）測試：首先對(duì)圖電線銅缸鈦籃進(jìn)行均勻擺布，敲擊鈦籃并按要求添加銅球，使鈦籃中銅球密實(shí)，選擇HOZ光銅板進(jìn)行電鍍銅，利用表面銅厚測試儀進(jìn)行測試，計(jì)算其均度性，測試結(jié)果Cov為8.8%
電鍍線銅光劑TP能力測試：結(jié)合直接電鍍需要一次銅加厚和我司生產(chǎn)板的加工特點(diǎn)，根據(jù)以前的測試數(shù)據(jù)（ST-609S銅光劑TP能力較差），滬士集團(tuán)、華新集團(tuán)首先將原先使用ST-609S銅光劑的一個(gè)銅缸更換為909BP系列鍍銅光劑，對(duì)生產(chǎn)線上存在的3種銅光劑同時(shí)進(jìn)行TP值測試比較，結(jié)果如下圖：
通過對(duì)909BP系列銅光劑性能測試和3種系列銅光劑成本的核算對(duì)比，最終我們將ST-609S和AC01系列鍍銅光劑全部切換為909BP系列鍍銅光劑配合直接電鍍生產(chǎn)。
2) 干膜選擇對(duì)比試驗(yàn)
針對(duì)線條3mil，4mil板，我們在909BP系列的銅光劑，干膜厚度選擇1.5mil、2.0mil的條件下進(jìn)行生產(chǎn)品質(zhì)對(duì)比，在保證銅厚滿足的條件下，通過AOI檢查夾膜的情況，來決定生產(chǎn)條件的選擇，對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果如下：
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銅光劑
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干膜厚度
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夾膜比例（%）
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線寬/間距：4.0mil/4.0mil
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線寬/間距：3.0mil/3.0mil
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909BP
銅光劑
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1.5mil
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0%
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0.12%
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2.0mil
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0%
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0.03%
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結(jié)合滬士集團(tuán)、華新集團(tuán)的生產(chǎn)板結(jié)構(gòu)特征，我們909BP系列銅光劑和1.5mil的干膜作為批量生產(chǎn)條件，對(duì)于縱橫比大于8：1且線寬/間距在3mil以內(nèi)，客戶對(duì)孔銅要求很高，或者圖形分布特別不均勻的板采用2.0mil的干膜作為生產(chǎn)條件。
4、后工序同正常PCB生產(chǎn)流程。
六、注意事項(xiàng)
1、基板直接電鍍前需要進(jìn)行鉆孔和去毛刺處理，同傳統(tǒng)PTH工藝一樣，來料保證孔內(nèi)無粉塵堵塞、毛刺、鉆屑等缺陷。
2、直接電鍍后的板可以存放在室溫下一個(gè)星期，完成圖形轉(zhuǎn)移的板應(yīng)當(dāng)在2天內(nèi)進(jìn)行電鍍，但不宜放于高溫、高濕、有酸堿的環(huán)境中：經(jīng)過堿性退膜的板必須返工后重新進(jìn)行直接電鍍。
3、圖形電鍍時(shí)，為了保證小孔徑板孔內(nèi)鍍層厚度和板面銅厚的均勻性，電鍍TP能力應(yīng)保證80%以上及均鍍能力應(yīng)保持在90%以上，陰極電流密度采用18ASF，鍍銅時(shí)間在70min以上。
4、如客戶對(duì)孔銅要求很高，或者圖形分布特別不均勻，板面線寬，間距又較小，為了減少報(bào)廢損失，就要考慮2.0mil厚的干膜做圖形轉(zhuǎn)移。
七、結(jié)束語
高導(dǎo)電性聚合膜直接電鍍工藝與傳統(tǒng)PTH工藝比有著顯著的優(yōu)勢，但其在國內(nèi)應(yīng)用的PCB企業(yè)還比較少，滬士集團(tuán)、華新集團(tuán)和NOBES（中山市諾貝斯電子實(shí)業(yè)有限公司）合作引入此工藝，經(jīng)過一系列的試驗(yàn)、性能方面測試。前后道工序的優(yōu)化，現(xiàn)在滬士集團(tuán)、華新集團(tuán)已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)線大批量階段，相信經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)踐應(yīng)用，可以進(jìn)一步驗(yàn)證NOBES水平環(huán)保通孔-直接電鍍工藝在PCB制程上所具有的突出優(yōu)勢，并可以總結(jié)出更多的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)為同行所借鑒.DMSE工藝：主要做高端汽車板與手機(jī)HDI板。
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