填孔镀铜技术的研究

文章简述了填孔电镀的概况、工艺以及填孔工艺中的镀铜添加剂。...

摘要：文章简述了填孔电镀的概况、工艺以及填孔工艺中的镀铜添加剂。

关键词：电镀；填孔；镀铜添加剂

背景介绍

从20世纪60年代开始，PCB行业就采用孔金属化和电镀技术来解决层间连接或导通的问题。实际上过去、现在和将来，在PCB进行电镀铜的最核心问题是解决孔内镀铜连通、镀铜厚度均匀性和填孔镀铜方面等问题。随着PCB行业产品的高密度化和结构多样化的发展，PCB电镀技术有了飞快的进步，但是电镀铜的核心问题仍然没有得到有效的解决。到目前为止，PCB行业电镀经历了常规直流电镀—直接电镀—脉冲电镀—新型直流电镀等过程，核心仍然是围绕着PCB层间“孔”导通的问题。

填铜工艺的优势：

在孔金属化过程中，采用填铜工艺

❶ 可以提高电路板层间的导通性能，改善产品的导热性；

❷ 减少孔内孔洞，降低传输信号的损失，这将有效的提高电子产品的可靠性和稳定性。

❸ 在填孔镀铜工艺中添加剂组分之间的相互作用直接影响着填铜工艺的顺利进行，因此，了解镀铜添加剂的作用原理对填孔电镀工艺非常重要。

填孔电镀的工艺流程

1

填孔镀铜的机理

填孔电镀添加剂由三类组份组成：

❶ 光亮剂（又称加速剂），其作用减小极化，促进铜的沉积、细化晶粒；

❷ 载运剂（又称抑制剂），增加阴极极化，降低表面张力，协助光亮剂作用；

❸ 整平剂，抑制高电流密度区域铜的沉积。微盲孔孔底和孔内沉积速率的差异主要来源于添加剂在孔内不同位置吸附分布，其分布形成过程如下：

1、由于整平剂带正电，最易吸附在孔口电位最负的位置，并且其扩散速率较慢因此在孔底位置整平剂浓度较低；

2、加速剂最易在低电流密度区域富集，并且其扩散速率快，因此，孔底加速剂浓度较高；

3、在孔口电位最负，同时对流最强烈，整平剂将逐渐替代抑制剂加强对孔口的抑制，最终使得微孔底部的铜沉积速率大于表面沉积速率，从而达到填孔的效果。

2

填孔镀铜的过程

填孔镀铜过程主要分为四个时期：起始期、爆发期、回复期、平衡期。

（1）起始期：在此阶段，分散于电镀液中的各添加剂，如抑制剂因分子量大，结构大，分子扩散速率较慢，较不易进入孔内，故大部分分布在板面区域。光亮剂分子量较小，原本可以均匀分布在各处，但是由于板表面被抑制剂所占据，因此孔内的光亮剂的浓度要高于板的表面。此时期各添加剂占据各表面为爆发期做好准备。随着所需电镀孔的孔径（深）的不同，此时期所需的时间也有所不同。

（2）爆发期：这个时期是填孔电镀相当重要的过程，此阶段孔内迅速沉积，这是因为所有添加剂的吸附动作都已经完成，使得孔内电镀铜的沉积速率高于表面，因此可以达到填孔的目的。

（3）回复期：这个阶段因为填孔接近完成，盲孔凹陷变小，抑制剂和整平剂开始去抢光亮剂的位置，使得电镀速度迅速降低。

（4）平衡期：此时期电镀基本完成，各添加剂之间浓度分布不受分子量大小等影响。可以达到平稳状态，此时期表面铜的生长速率与孔铜的生长速率接近相等，达到平整孔口的目的。

镀铜添加剂的组成

3.1

添加剂的组成

适用于填孔镀铜工艺添加剂主要由光亮剂、抑制剂、整平剂和氯离子构成，它们的主要作用是降低镀液表面张力，提高镀液的分散能力和深镀能力，改善电极过程和提高镀层质量。通过上述几种添加剂的配合使用可以使盲孔孔金属化工艺达到“Super Filling”效果。

3.2

光亮剂

光亮剂（加速剂），通常是小分子的含硫的有机物，聚二硫二丙烷磺酸钠（SPS）常被用作主光亮剂，光亮剂单独使用不能在盲板底部起到加速作用反而会阻化金属铜的沉积，只有在复合添加剂中才能起到加速盲板底部铜沉积的作用。

3.3

抑制剂

抑制剂，该类添加剂多为聚醚类化合物，常用的抑制剂为聚乙二醇（PEG）或聚乙二醇聚丙二醇（EO/PO）。EO/PO嵌段聚合物可以降低镀液的表面张力，增加镀液的润湿性，使镀液更容易进入盲孔内部，从而提高孔内镀液与电镀槽内镀液的交换。

3.4

氯离子

氯离子是酸性镀铜液中不可缺少的部分，它通常以盐酸的形式添加到镀铜液中，添加适量的氯离子可以降低阴极极化、提高阳极活性，促进阳极正常水解，防止阳极钝化，可以减少因阳极溶解不完全而产生的铜粉的现象。

3.5

添加剂的相互作用

单一的添加剂并不能达到较好的填孔效果，因此，只有达到加速剂和抑制剂的平衡，才能很好的达到填孔效果。

结论

盲孔孔金属化采用填孔镀铜可以有效地提高印刷电路的稳定性，目前适用于填孔镀铜的电镀添加剂主要由国外生产，国内生产的高品质添加剂较少，为了应对孔径减小对孔金属化工艺的挑战，降低工业化生产成本，在国内开发研究高品质的镀铜添加剂成为了业界共同的目标。

禾川化学是一家专业从事精细化学品分析、研发的一家公司，其技术团队具有丰富的分析、研发经验，经过多年的技术积累，禾川化学可以运用尖端的科学仪器、完善的标准图谱库、强大原材料库，为客户解决在研发中遇到的问题：产品分析、配方还原、新产品研发、工业诊断、化合物检测等。

通过对填孔电镀液的分析，有利于企业了解现有技术的发展水平，实现知己知彼；有利于在现有产品上进行自主创新，获得知识产权；有利于在生产过程中发现问题、解决问题。通过对填孔电镀液的研发，可以加快企业产品更新换代的速度，提升市场竞争力，因此，对于填孔电镀液的分析、研发已变得刻不容缓。

禾川专利展示

如果您想深入了解填孔镀铜技术的相关问题或者有其他工生产技术上面的难题，工艺、配方改进上面的问题，欢迎关注禾川官方微信号或来电咨询（柏工18068018082），禾川可根据客户具体需求来定制研发适合的产品，欢迎有需求客户咨询，试样。

    关注 禾川化学