选择性有机导电涂覆工艺研究

肖 亮 苏从严 高 健 刘彬云（广东东硕科技科技有限公司，广东 广州 510288）

选择性有机导电涂覆工艺研究

肖 亮 苏从严 高 健 刘彬云
（广东东硕科技科技有限公司，广东 广州 510288）

选择性有机导电涂覆(SOC)是一种取代传统化学沉铜(PTH)的孔金属化先进工艺。本文对比了SOC和PTH两种孔金属化制程，介绍了SOC的优点。简述了SOC制程的原理与特点，介绍了在生产过程中的品质控制方法，并列举了在实验中常见板材的测试。表明SOC是一种绿色环保的工艺，能够满足生产的要求。

直接电镀；导电聚合物；沉铜；选择性

1 前言

自上世纪60年代PTH孔金属化问世以来，化学镀铜液中含有的甲醛、EDTA等有毒化学药品，一方面危害操作人员的身体健康，另一方面废水处理困难给环境带来了较大的危害。近年来，对环保的呼声越来越大，传统PTH工艺受到了严峻地挑战。人们在探索中研究了取代化学沉铜孔金属化的直接电镀工艺。随着人们对直接电镀的了解加深，直接电镀工艺被越来越多的公司接受。

按照直接电镀的工艺原理，其大致可分为三大类：（1）以纳米碳/石墨为导电基质的直接电镀工艺，如MacDermid公司的Black-Hole和Electrochemical公司的Shadow产品。（2）以钯盐或把化合物作为导电物质的直接电镀，如Atotech的Neopact工艺。（3）基于有机导电高分子的选择性有机导电涂覆（SOC），如东硕科技的SOC工艺。三种直接电镀工艺各有优缺点，本文研究了以聚（3,4乙撑二氧噻吩）（PEDOT）为导电聚合物的选择性有机导电涂覆工艺，其结构式如图1。

图1 聚（3,4乙撑二氧噻吩）结构式示意图

Hupe最先采用氧化剂在PCB钻孔的裸露表面上将杂环芳香族分子（吡咯、呋喃、噻吩等）聚合成导电高分子，在非导电性树脂基材表面导电化处理。发展至今，SOC具有流程短、排污少、无甲醛，EDTA、节水节电等方面的优势，非常适宜水平线操作。随着设备的发展，SOC水平线可与磨板前处理以及DVCP串联起来，自动化操作高，这对PCB发展有着重要的推动作用。

2 工艺原理及流程

SOC的基本原理是绝缘树脂基材上在引发剂MnO2的作用下，3,4乙撑二氧噻吩（EDOT）被催化聚合成含有共轭链结构的PEDOT，PEDOT作为SOC导电膜可代替PTH金属化制程，随后经过电镀工序即可完成导通孔的金属化。

图2 SOC反应原理示意图

2.1 SOC工艺流程

SOC工艺主要工艺包括调整、引发、聚合三个流程。调整的作用是在非导电基材上进行活化处理，促进引发段MnO2的沉积；引发的原理是绝缘的树脂在酸性高锰酸盐溶液中被氧化，同时产物MnO2沉积在孔内介质材料上，其作为聚合段的反应的催化物；聚合液主要由单体、乳化剂、有机酸构成的混合水溶液，其原理是通过MnO2的催化作用，单体被引发聚合成高分子导电聚合物。因为高锰酸盐不能与铜发生反应，故在铜面不会产生引发剂，铜面无法沉积导电高分子膜。因此，导电高分子膜只在绝缘树脂及玻纤位沉积，具有较好的选择性，一方面保证了绝缘层的导电性要求，另一方面又不会对铜面的结合力产生影响。为了证实其选择性，我们进行了如下试验：

取两块相同材料的覆铜板，一块蚀刻掉表层铜，另一块不做处理。将两块基板分别过调整—引发—聚合流程后在表面做EDX分析，由图3可知，在铜表面的EDX分析未见SOC膜的特征元素S，而在蚀刻掉铜的无铜基材上有SOC膜的特征元素S。这表明有机导电聚合物不在铜层沉积，只在绝缘基材上沉积，具有较好的选择性。

3 SOC优势性

图3 将覆铜基板及蚀刻掉铜的基板分别SOC制程后EDX分析

3.1 环保优势

传统PTH化学沉铜流程长，含有大量化学药品，含有危害身体的甲醛以及难以降解的络合剂EDTA。SOC直接金属化药水工艺只有三段化学品处理工艺，不含有对身体有毒有害的化学品、重金属及络合剂，排放废水处理简单。图4是SOC和PTH对比所需的各类药品量，使用SOC制程后大量节约处理废水的成本，同时工作环境能有显著的改善，工人的健康和安全得到保障。

图4 SOC与PTH药品用量对比(400km2板/年)

3.2 成本优势

SOC制程只需调整、引发、聚合三个步骤，对比PTH除油、微蚀、预浸、活化、速化、化学铜六个步骤。一方面节省物料、节约水电，另一方面节约人力、时间，提升产能。下图是每92.9万m2（100万平方英尺）生产板所需成本对比，由于流程缩短，制程所需时间减少，SOC所需成本人工费减少45%，连续生产的情况下能够节水30%～40%，总成本能节约30%左右。同时SOC工艺流程更短，占地空间更少，设备花费更少，维护起来更加方便。水平线SOC可与磨板、微蚀等前处理对接，省去前处理工序后转运的时间与人力。另外做完SOC后的板可直接进行图形转移工序，可省去中间的全板电镀工序。总之，SOC比PTH在成本上具有极大的优势。

图5 SOC与PTH生产成本对比(每10 km2)

4 SOC制程应用能力

4.1 品质控制方法

在SOC生产前，均需对测试板监测，判断是否符合生产要求：

（1）上铜速率：取上铜速率片（6 cm×12 cm的双面覆铜板，一端保留4 cm的铜箔，其余为基材），在哈林槽中以2A/dm2电流密度电镀5 min取出，测量测试片露出基材部分两面分别取三点镀铜层的长度。计算：

上铜速率（mm/min）=6点测量长度之和／5／6。

要求上铜速率＞2 mm/min为合格。

（2）背光测试：用钻不同孔径的测试板在SOC直接电镀处理后，用哈林槽2 A/dm2电镀10 min，背光观察铜层覆盖情况，判断标准与PTH背光要求一致。

（3）热应力测试：按正常SOC及电镀生产流程后，288 ℃/10 s热冲击6次，要求无孔壁分离，无孔角断裂。

4.1 不同板材适应能力

SOC在处理FR-4板材具有非常好的性能，在处理其它板材同样能满足要求。而对于一些难以被氧化的板材，可以通过调整引发缸pH来调节高锰酸盐的氧化能力，对于大部分板材可获得较佳的导电性，同时能满足热冲击性能。图6分别列举了在实验中用到的一些板材的热冲击切片。

图6 不同测试板热冲击测试图（硬板/无卤素板/高Tg刚性板/PI挠性板/盲孔板/IC载板）

在实验中，常见的一些板材均能满足生产要求，几乎不会发生孔壁分离问题，没有内层连接失败缺陷等。

5 结论

选择性有机导电涂覆工艺比传统孔金属化工艺有着明显的优势，能够减少生产用水量和能耗，较少的废物排放，能够显著提升产能，是一种绿色直接金属化制程。SOC具有高的选择性，在孔内介质材料上导电膜覆盖完好，而在铜面上不上膜。同时SOC是一种对基材适应能力较强的制程，能满足不同板材的金属化性能要求

[1]胡永栓. 直接电镀DMS-E法应用[J]. 印制电路信息,1999,4.

[2]Hupe urgen. Trough-hole plated printed circuit board and process for manufacturing same[P]. US5194313,1993,3,16.

Process of selectivity organic conductive coating

XIAO Liang SU Cong-yan GAO Jian LIU Bin-yun

Selective organic conductive coating is an advanced hole metallization technology which can replace the traditional electroless copper (PTH). This paper compares two process of SOC and PTH, and introduce the advantages of SOC. This paper briefs the principles and characteristics of SOC, and introduces the quality control methods, tests many kind of PCB board. It turned out that SOC is a green technology and can meet the need of continuous production.

Direct Plating; Conductive Polymer; Electroless Copper; Selective

TN41

A

1009-0096（2014）03-0043-03