半加成工艺：溅镀作为种子层在FR-4的初步研究

陈华丽 辜小谨

（汕头超声印制板公司，广东 汕头 515065）

1 引言

半加成法，有在非导体的裸基材上形成导体种子层（Seed Layer）的方法。关于在基材上种子层的形成方式除了薄铜箔外，还增加了：沉厚铜、极薄铜箔（铜载体超薄铜箔，厚度为3 μm、1 μm）、涂覆了Primer的铜箔、溅镀。

溅镀具有无污染、多用途、附着性好等优点，几乎在任何材料均可析镀上；且与基板的附着强度高，是一般蒸镀膜的10倍以上。目前随着线路的细化，溅镀凭着其与基材有着良好的附着力，也逐步应用到PCB行业中。

目前溅镀的具体应用有：（1）在PI材料上形成种子层；（2）用于SOP载板的制作。在硬质FR-4基材形成种子层的研究还未见，本文对此进行了初步的探索。

在FR-4基材上形成良好的种子层是半加成工艺得以实施的第一步，为此必须保证溅镀层与基材间有牢固的结合力。研究的结果表明：在高Tg（HTg）FR-4的基材上，采用不同的溅镀方式得到的种子层对最终的结合力有很大的影响。

由于溅镀设备的限制，只进行表面溅镀的研究，孔内的溅镀没有进行。

2 溅镀工艺

溅镀工艺是将欲镀材料（如钯材料）置于阴极，而基板置于阳极。在真空溅镀舱中，注入氩气，电极加数千伏的直流电。氩气受到外来能量的激发，其电子从基态跳跃到较高能阶的轨道，成为离子状态（Ar+），即氩气处于受激态。由于阴极电位差，氩离子会加速向阴极表面飞去。当氩离子与钯材表面（Target）发生碰撞时，钯材表面的原子被撞击出来，由于在真空中，钯原子会直接到达基板（Substrate），从而沉积在基材上。以下是溅镀时的示意图（图1）。

图1 溅镀示意图

3 实验流程设计

3.1 实验流程

HTg FR-4板料准备（铜箔H/H）—→切板（120 mm×100 mm）—→定量蚀刻（把双面铜箔蚀刻干净）—→溅镀—→表面（酸洗+微蚀）处理—→电镀加厚至30 μm→图形转移—→ 蚀刻—→剥离强度测试（按照IPC-TM-650 2.4.8）

3.2 溅镀的条件

条件1：在HTg FR-4基材上，先溅镀一层镍作为过渡层金属，再溅镀一层铜；

条件2：在HTg FR-4基材上，先溅镀一层镍，再溅镀一层铜，再镀一铜层；

条件3：与条件2不同的是镀铜的条件。

（备注：此处的溅镀由复旦大学材料科学系协助完成）

4 实验结果分析

4.1 不同表面形貌的分析

实验结论：从表面形貌分析可以看出：溅镀条件1形成的溅镀层并不能完全覆盖住FR4基材面，而溅镀条件2和溅镀条件3形成的溅镀层则完全覆盖了基材面。

4.2 蚀刻后的实验板

蚀刻后的线路如图2所示：

图2 线路图

4.3 剥离强度测试

3种溅镀条件的线路剥离强度测试，如表1和图3所示。

表1 线路剥离强度测试表单位：N/mm

图3

从以上的对比可以得出：溅镀条件3形成的种子层结合力最好，剥离强度＞1.2 N/mm，甚至有些达到了1.6 N/mm，远远超出了IPC要求的1.2 N/mm。

而溅镀条件2形成的种子层结合力出现了波动，这说明溅镀后补加电镀铜处理工艺也相当重要，这是保证形成种子层关键的因子之一。

而溅镀条件1，即溅镀后没有电镀铜的结合力相当差，这说明这层薄的溅镀层还是无法满足PCB板所要求的结合力。

5 实验结论

从理论上讲，尽管溅镀与基材可以形成良好的结合力，但并不意味着只要有溅镀就能够满足PCB板所要求的结合力。在FR4等硬质基材上，如何获取一层致密的和结合力良好的溅镀层，是溅镀运用于MSAP工艺的首要条件。

而实验证明，当采用适当的溅镀方式后，PCB板可以获得优异的结合力；剥离强度＞1.2 N/mm，有些实验板甚至达到了1.6 N/mm。