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業(yè)有限公司水平環(huán)保通孔工藝是在非導體孔壁表面上生成不溶性導電聚合物層，不需要整板電鍍銅層加厚就直接進行圖形電鍍，從而取代傳統(tǒng)PTH、PNP流程。本文主要介紹該工藝的特點及加工流程。
一、概述NOBES-中山市諾貝斯電子實業(yè)有限公司水平環(huán)保通孔-直接電鍍工藝的出現(xiàn)是對傳統(tǒng)PTH的挑戰(zhàn)，它可以取代化學銅以及碳、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業(yè)有限公司推出，滬士集團、華新集團在2017年開始引入此項新工藝，并對該項工藝技術(shù)進行初步推廣應(yīng)用，本文對該技術(shù)工藝特點、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)生化學反應(yīng)，在非導電體表面上生成MnO2吸附層，它會嵌入PCB基材非導體區(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，便在非導體孔壁表面上生成不溶性導電聚合物層，這種導電膜具有高導電性，可以作為以后直接電鍍用的導電層，且具有耐酸性，可長時間存放。
1、該工藝的特點
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、該工藝形成的導電膜可以存放至少一周的時間，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→三級水洗→除膠渣→三級水洗→中和→三級水洗→吸干
b、成膜流程
整孔→三級水洗→氧化→水刀清洗→催化→三級水洗→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，同時促進氧化流程中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)，通過溫度和沉浸時間進行成膜控制）。
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電薄膜，作為后序電鍍做導電層。
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業(yè)有限公司）的除膠系列及水平直接電鍍
成膜系列化學藥水的工藝參數(shù)：
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序號
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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:主要檢測聚合導電膜的導電性、電鍍銅時的沉積速度，以及電鍍銅后孔壁非導電層與銅層之間的結(jié)合強度、耐熱性能等。
1、導電膜質(zhì)量測試 有以下兩種主要方式來測試
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序號
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測試方法
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具體步驟
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檢測標準
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示意圖
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1
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導電膜 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電膜，然后在電鍍線正常前處理，進鍍缸20ASF電流鍍約10分鐘，清洗、烘干，檢查評判鍍層覆蓋情況
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口的覆蓋能力大于3級
@背光測試大于8級
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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，計算橫向上銅的速度，與判定標準比較
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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、華新集團目前加工的PCB特征，我們對6-8層FR-4、 HTG、高TCI板進行了性能測試，結(jié)果符合要求，具體如下：
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圖號
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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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判斷標準
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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（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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熱風整平試驗（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)量對比
我們將0.2mm孔徑，1.6mm板厚的同料號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個月孔銅不良報廢率，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、華新集團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 對鉆孔板來板同樣要在去毛刺機上處理，保證孔內(nèi)無粉塵堵塞、毛刺、鉆屑等。
2、干膜圖形轉(zhuǎn)移
1）做完高導電性聚合膜并烘干的板隔紙交圖形轉(zhuǎn)移工序，如不能當班制作，可以存放在室溫下一個星期，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械毯刷加微蝕兩種方式進行貼膜前的板面處理，經(jīng)后序加工，熱應(yīng)力試驗后切片觀察孔口沒有什么差異，孔銅厚度正常，報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
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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)對高導電性聚合膜具有破壞作用，因此干膜顯影要避免多次反復顯影，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)、停留時間：完成圖形轉(zhuǎn)移應(yīng)當在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)移后進行電鍍，由于沒有全板鍍層，所以圖形電鍍時必須一次將孔銅鍍到25um，滬士集團、華新集團用的干膜是1.5mil的厚度，鍍銅加鍍錫厚度如果超過干膜厚度，就會導致退膜不凈，尤其是3-4mil間距板就會出現(xiàn)夾膜非常嚴重。
在評估直接電鍍生產(chǎn)線時，滬士集團、華新集團對現(xiàn)有的電鍍線銅光劑TP能力及均鍍能力（Cov）進行再次評價，通過對線上在用的兩種鍍銅光劑以及NOBES（中山市諾貝斯電子實業(yè)有限公司）推薦的909BP系列鍍銅光劑做測試對比，以確定采用哪種系列的銅光劑、干膜與直接電鍍進行匹配，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：首先對圖電線銅缸鈦籃進行均勻擺布，敲擊鈦籃并按要求添加銅球，使鈦籃中銅球密實，選擇HOZ光銅板進行電鍍銅，利用表面銅厚測試儀進行測試，計算其均度性，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，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、華新集團首先將原先使用ST-609S銅光劑的一個銅缸更換為909BP系列鍍銅光劑，對生產(chǎn)線上存在的3種銅光劑同時進行TP值測試比較，結(jié)果如下圖：
通過對909BP系列銅光劑性能測試和3種系列銅光劑成本的核算對比，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) 干膜選擇對比試驗
針對線條3mil，4mil板，我們在909BP系列的銅光劑，干膜厚度選擇1.5mil、2.0mil的條件下進行生產(chǎn)品質(zhì)對比，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，對比試驗結(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、華新集團的生產(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，對于縱橫比大于8：1且線寬/間距在3mil以內(nèi)，客戶對孔銅要求很高，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
1、基板直接電鍍前需要進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星期，完成圖形轉(zhuǎn)移的板應(yīng)當在2天內(nèi)進行電鍍，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行直接電鍍。
3、圖形電鍍時，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，鍍銅時間在70min以上。
4、如客戶對孔銅要求很高，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、華新集團和NOBES（中山市諾貝斯電子實業(yè)有限公司）合作引入此工藝，經(jīng)過一系列的試驗、性能方面測試。前后道工序的優(yōu)化，現(xiàn)在滬士集團、華新集團已經(jīng)進入生產(chǎn)線大批量階段，相信經(jīng)過一段時間的實踐應(yīng)用，可以進一步驗證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)出更多的實際生產(chǎn)經(jīng)驗為同行所借鑒.DMSE工藝：主要做高端汽車板與手機HDI板。
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