PCB化学药水和制造工艺之发展趋势

王克军 周仲承 黄 革 张 伟 余 金（中南电子化学材料所，湖北 武汉 430070）

PCB化学药水和制造工艺之发展趋势

王克军 周仲承 黄 革 张 伟 余 金
（中南电子化学材料所，湖北 武汉 430070）

近年来，中国逐渐开始由PCB生产大国向PCB技术大国迈进，在此漫长过程中，首先应该解决的是PCB制造药水、设备和工艺的革新。结合长期从事PCB化学药水研发和应用的经验，对PCB用化学药水和制造工艺的发展趋势进行了展望。

印制电路板；工艺革新；化学药水；发展趋势

中国的印制电路板（PCB）制造行业伴随着我国改革开放起步，由最初的简单的单面板、双面板，发展到多层板、挠性板、刚挠结合板，再到现在的HDI板、IC载板和特种印制电路板。特别是进入21世纪，经过10多年的快速发展，2006年开始中国已牢牢占据世界PCB生产和销售额第一大国的地位。2000年中国PCB产值41.93亿美元，每年大概以25%速率增长，到2010年达到产值210.8亿美元，占世界PCB产值的37.5%[1]。2011年达到产值235.61亿美元，占世界PCB产值的40%[2]。2012年达到产值245.9亿美元，占世界PCB产值的40.7%[3]。

虽然几年前我们就已经是世界第一PCB生产大国了，但也一直仅仅只是生产大国而已，远未达到技术大国和生产强国的地步，PCB制造的先进技术和高端产品一直被欧美、日本、台湾等地所垄断。PCB行业的许多有识之士[4]已开始意识到这个问题，在他们的呼吁和倡导之下，我国逐渐开始由PCB生产大国向技术大国迈进。

由生产大国向技术大国的迈进还需要一个漫长的过程，不可能一蹴而就。首先应该解决的是PCB制造所应用的化学药水、设备和工艺的革新，只有我们能生产出并掌握和应用自己的最先进的化学药水、设备和制造工艺，才能与我们PCB生产大国的地位相称，我们的行业才能称得上PCB生产大国和技术大国。

说到PCB制造工艺的技术革新，很多人可能马上就会想到全印制电路制造技术。全印制电路制造技术的出现，带来的将会是革命性的变化，目前还处于起步阶段，有大量技术难题亟待解决。我们短时间内还不可能由传统的制造工艺一步跨越到全印制电路制造技术，在这中间应该有一个漫长的过程，有许多工艺技术等待我们去革新[5]。

PCB制造技术的革新离不开药水、设备和制造工艺的革新。下面就这一漫长的我们称之为工艺革新而不是工艺革命的过程中PCB化学药水和制造工艺的发展趋势谈谈我们的团队在这方面的判断和看法。

1 PCB化学药水发展趋势

PCB化学药水开始由非环保型逐步向环保型发展。

前段时间闹得沸沸扬扬的“丙尔金”事件，尽管到目前为止还没有完全定论，但起码说明了一个问题，即无论是政府，还是行业和PCB厂家，还有供应商，大家都十分关注环保问题，这一点是毋庸置疑的。环保是永恒的主题，也是今后很长时间行业关注的焦点。

解决环保问题更是化学药水商首要面对的难题和必须担当的责任。环保型化学药水的废气、废水、废物排放量更少，处理容易，工作环境友善，工人的身体健康得到更多的保障。可喜的是，在环保方面近年来我们有了长足的进步。首先电镀方面，电镀纯锡取代了电镀铅锡。其次表面处理方面，无铅热风整平代替了有铅的热风整平；无铅的OSP、化学镀锡、化学镀银得到了发展。最后传统的PTH方面，安美特化学镀铜液中使用酒石酸钾钠，无EDTA，废水处理相对容易；罗门哈斯化学镀铜液中使用低浓度甲醛，工作环境相对友好；行业中也正在探讨、研发无甲醛、无EDTA化学镀铜等。还有近年来发展势头很猛的直接电镀制程，主要有导电碳黑、导电钯、导电高分子等，不使用有毒有害的甲醛和EDTA，废水排放减少，处理简单，工作环境好，更环保。

2 PCB制造设备发展趋势

PCB制造设备逐渐由传统的垂直线向水平线和垂直连续式发展，自动化程度越来越高，逐渐由人力密集型向人力节约型发展。

近年来，随着直接电镀技术和水平化学镀铜技术的发展，各工序时间极大缩短，总工序时间可控制在15分钟左右，即使采用水平化学镀铜，其化学镀铜工艺仅需4分钟（传统PTH化学镀铜需15分钟以上），使得制造工艺由间断式垂直线向水平线发展成为可能。以昆山千灯为例，2010年以前，整个长三角地区只有南京依利安达有一条水平高分子导电膜直接电镀线，昆山千灯地区没有水平线；2011年昆山鑫立电子上了千灯第一条水平高分子导电膜直接电镀线；2012年昆山金鹏、昆山元件总厂各投一条水平高分子导电膜直接电镀线；2013年昆山惠承电子、昆山鸿运通等3家又各投产一条水平高分子导电膜直接电镀线；跟进和关注的厂家越来越多，发展势头十分迅猛。

以水平线代替传统的PTH垂直线，首先不会有毒有害的甲醛气体排放，即使采用水平化学镀铜工艺，甲醛的排放也是经过专门的排气装置处理达标后排放，工作环境得到极大改善，工人的身心健康得到有效保障；其次自动化程度提高，可实现自动上下板，节约了人力资源；最后水平线使用了大量挡水、吸水装置，药水的带出损耗大大降低，水洗时水使用量减少，废水排放量减少，直接电镀制程络合废水，处理方法简单，可节水省电。

3 PCB制造工艺发展趋势

3.1 PCB制造工艺由长工序向短工序发展，由资源消耗型向资源节约型发展

PCB制造从开料到成品包装有干制程、湿制程几十道工序，任何一道工序出现问题都可能导致产品报废，这也是一些厂家产品报废率居高不下的原因之一。PCB制造工艺由长工序向短工序发展，一是说某些工序采用新工艺后工序缩短，如高分子导电膜直接电镀和纳米碳直接电镀只有三步工序，相对传统PTH工序就减少了很多；二是说大量水平设备的使用导致的不必要的转运过程减少，工序减少。这里主要说的是后一种。

现在随着直接电镀技术和垂直连续电镀技术（DVCP）的发展，越来越多的水平线或DVCP线应用于生产，使得各工序直接互联成为可能。相对以往传统垂直PTH工艺，减少了很多不必要的转运和重复的水洗、烘干等工序，即减少了因转运产生的擦伤、手指印等报废，又达到节能降耗之目的。典型如安美特水平沉铜加脉冲电镀。另一典型例子是采取直接电镀制程后直接图形转移，省掉传统工艺中的全板电镀工序，同样也缩短了工序，达到节水、省电、降耗的目的。

3.2 直接电镀或水平化学镀铜加DVCP电镀将可能成为下一个十年到二十年首选的PCB制造工艺

孔金属化方面，上面我们已经讲过未来传统的PTH有望被直接电镀技术（碳黑、导电膜、钯）和水平化学沉铜所取代。在电镀方面以昆山东威为代表，DVCP（垂直连续电镀技术）近年来发展迅速，加上安美特为代表的水平脉冲电镀，未来有望取代现在垂直式龙门线电镀。DVCP电镀线药水配制量大大减少，分析补加工作量减少，自动化程度提高（可自动上下板），维护更方便，更重要的是由于有射流装置，孔铜的电镀效率更高，可达110%（传统只有80%以上）。过去DVCP主要用于全板镀，现在技术进步后，也可以用于图形电镀。

现在单独使用直接电镀或水平化学沉铜的厂家越来越多，单独使用DVCP线的厂家也有不少，使用直接电镀或水平化学沉铜加DVCP线或水平脉冲电镀的还是比较少，我们知道的有几家，如武汉KDS（做汽车多层板）就是使用高分子导电膜直接电镀线加DVCP线。未来，直接电镀或水平化学镀铜加DVCP电镀将可能成为PCB湿法工序首选的制造工艺。

如果采取全板电镀，干膜掩孔蚀刻工艺，那么使用直接电镀或水平化学沉铜加DVCP可以说是目前PCB制造湿法工序中自动化程度最高的选择。配合真空蚀刻技术[3]，蚀刻段中不仅安装了喷嘴，也在喷管之间离线路板表面相对距离较近的位置安装了抽气单元，加快了蚀刻液的交换，减少了蚀刻液在板面的停留时间，均匀性≥90%，蚀刻因子≥3.5倍，可解决细密线宽间距问题（75 mm以下）。采取此种工艺和设备，无需镀纯锡工序和褪锡工序，工序缩短；但可能有人会问，由于采取全板一次加厚，铜的使用量要增加20%～30%，业界采取的办法是增加一套铜的提取回收装置，蚀刻液中的铜全部自动电镀回收，从长远来看，仅增加了部分水电的消耗，减少了镀锡和褪锡，经济上并无损失。

另外采取该工艺技术的一个最大好处是整个车间自动化程度极高，各工序环保程度高、工作环境干净整洁；如果拼板统一，去毛刺机和直接电镀线或水平沉铜线对接，钻孔后的板自动上下直接电镀线；从直接电镀线出来的板也是干的，又可以自动上下DVCP线，整个车间三人足矣。可谓是环保、短流程、省水、节电，省人力资源。唯一不足之处可能就是由于采取的干膜掩孔，大孔易破孔，目前还没有很好地解决办法。

除以上提到的四点之外，还有SAP（半加成工艺及配套的化学镀铜药水）工艺，主要用于IC载板和HDI板，做L/S（线宽/线距）在50微米以下的线路板。这些都仅仅只是我们的判断，不一定十分准确，也不一定适用于所有的PCB厂家，供行业参考。

4 结论

总之，环保、自动、节能、降耗将是未来PCB制造工艺技术革新的方向，是行业必须面对、必须解决的技术难题。PCB制造工艺的革新需要PCB药水供应商、设备供应商和PCB行业的共同参与、共同努力、共同进步。这是一个漫长的过程，让我们大家携起手来，共同努力，为实现中国民族PCB制造行业由生产大国向技术强国的迈进而奋斗！

[1]王龙基.行业面临的挑战[C].中日电子电路秋季大会暨秋季国际PCB技术/信息论坛, 2011,10,12.

[2]WECC Global PCB Production Report For 2011.

[3]WECC Global PCB Production Report For 2012.

[4]马明诚. 给力做强[N].印制电路信息, 2012.2.13(7). [5]林金堵等. 现代印制电路先进技术[M]. 中国印制电路行业协会, 印制电路信息杂志社.

Developing trend of chemical solution and fabrication technology of PCB

WANG Ke-jun ZHOU Zhong-cheng HUANG Ge ZHANG Wei YU Jin

Recently, China has been changing from a huge country of PCB fabrication to strong PCB technology country. During this long term, the first question which must be resolved is the innovation of chemical solution, manufacture equipment and technique of PCB. Based on the experience of the research and utilization of PCB chemical solution, the developing trend of the chemical solution and fabrication technology of PCB were forecasted.

Printed Circuit Board; Innovation of Technique; Chemical Solution; Developing Trend

TN41

A

1009-0096（2014）01-0035-03