电子线路板微沟槽脉冲镀铜填充工艺的研究

2014-01-29凌小莲

电镀与环保 2014年2期

凌小莲

（南宁学院，广西南宁530001）

0 前言

电子线路板是电子产品的核心部件。随着电子产品渐趋微型化和多功能化，对电子线路板的制作工艺提出了更高的要求。在电子线路板的制作工艺中，复杂微孔／槽结构的导电化处理是核心环节，导电化处理的效果直接关系到电子线路板的导通互连［1］。鉴于此，为实现电子线路板导通状况良好，研究学者针对微孔／槽导电化处理这一主题，从改变镀液配方、优化施镀工艺条件等多方面进行了探索［2］，并尝试引入脉冲镀铜技术、超声波镀铜技术和激光镀铜技术［3］。

鉴于脉冲镀铜技术展现出独特的优势，本文采用脉冲电镀实现电子线路板微沟槽的金属化填充。系统介绍了填充流程与实验过程，并对填充效果进行了考察。积、物理气相沉积或化学镀等方法，于微沟槽底面沉积薄导电层予以实现。鉴于化学镀具有工艺成本低、工艺成熟度高等优点，在非金属材料导电化处理方面获得较为普遍的应用，故本文采用化学镀的方法实现微沟槽底面导电，为后续脉冲镀铜填充奠定基础。

1 实验

1.1 填充流程

电子线路板微沟槽镀铜的填充流程主要包括微沟槽壁面导电化处理和电镀铜填充沟槽两个环节，如图1所示。微沟槽导电化处理可借助化学气相沉

图1 电子线路板微沟槽镀铜的填充流程

1.2 实验条件

阳极选用镀铜专用的磷铜板，其中磷的质量分数为0.04%～0.06%；阴极选用树脂电子线路板，规格为30mm×20mm×1mm。

镀液选择最常用的硫酸盐型镀铜液，其组成为：硫酸铜80g／L，硫酸200g／L，氯化钠50mg／L，组合添加剂适量。其中：硫酸铜作为电镀过程所需铜离子的主供应源，兼顾镀铜速率和镀液的深镀能力，取适中的质量浓度；硫酸起抑制铜离子水解及提高镀液导电性能的作用；氯化钠用于提供氯离子，增强阳极活性，防止钝化，促使正常溶解；组合添加剂包含润湿剂、整平剂和抑制剂，发挥润湿镀覆壁面、整平镀层和细化晶粒的效用。

电镀工艺条件为：脉冲峰值电流密度2A／dm2，频率100Hz，正向导通4ms，反向导通2ms，温度30℃，镀液采用离心高速搅拌。

1.3 实验方法

采用Talysurf CLI2000型三维形貌仪和VMM系列的工具测量显微镜观察填充铜层的宏观形貌，并测定表面平整度。采用JSM-6010型扫描电镜观察镀铜层的显微形貌。

2 填充效果

脉冲镀铜填充后，电子线路板微沟槽底面的宏观形貌，如图2所示。观察发现：微沟槽底面几乎全部覆盖镀铜层，连续性较好，仅局部微小区域因漏镀而出现空缺。这可能是因为电镀铜过程中析出的少量氢气泡黏附于槽壁，未能及时逸离，随镀铜层增厚被包覆挤压导致破裂形成空缺。总体而言，脉冲镀铜的均镀效果优良，并且镀层与基底结合较好。

图2 脉冲镀铜填充后的宏观形貌

图3和图4分别为填充铜层的三维形貌和显微形貌。由图3和图4可知：填充铜层表面平整度较好，晶粒较细致且呈团胞状，组织较致密。电子线路板微沟槽脉冲镀铜填充机制，如图5所示。电子线路板微沟槽镀铜填充过程施加周期性正反向脉冲电流。在正向电流主导期间，铜逐层镀覆，但由于微沟槽内电流密度分布不均匀，导致填充铜层的厚度差别明显，平整度差，如图5（a）所示。而在反向电流主导期间，相当于电解过程，已镀覆的铜层溶解。因电镀过程中存在尖端放电效应，故镀层凸起部分最先溶解，如图5（b）所示。如此周期反复，达到整平效果。

图3 填充铜层的三维形貌

图4 填充铜层的显微形貌

图5 电子线路板微沟槽脉冲镀铜填充机制

与此同时，在正反向脉冲电流交替主导期间，组合添加剂也持续发挥效用。通过改变镀覆表面的极化电阻，并调整电流二次分布，影响形核数量与成核速率，实现晶粒细化、组织结构紧实。

电子线路板上起导通互连作用的镀层应平整均匀、晶粒细致［4］。晶粒尺寸小，单位区域内的晶界密度高，因而偏折电子的几率低，电阻率小，导电性能好。本文中尽管未实测填充铜层的电阻率，但从图4中按标尺不难估测，镀铜层的平均晶粒尺寸介于1～2μm之间，基本可归为较小尺度的范畴。故由此间接推知：微沟槽填充镀铜层的电阻率较低，导电性能较好。