自1936年,保羅·艾斯納正式發明了PCB制作技術,到現在,已過去 80余年,PCB線路板迅猛發展,并且成為電子行業必不可少的基礎。雖然 PCB一般只占成品電路板5~10%的成本,但PCB的可靠性,卻遠比單一的元器件重要。元器件壞了,電路板尚可修理,而PCB板壞了,電路板就只能報廢!說到可靠性,這就不得不提起關于PCB的孔金屬化問題了。
孔金屬化,它的核心作用,就是通過在孔壁鍍銅,實現PCB層與層之間的導通,它是雙面板、多層板能夠發揮作用的核心關鍵點。但其實,孔金屬化技術并不復雜,可以簡單的分為兩個部分:電鍍銅前準備、電鍍銅。而電鍍銅的好壞,又在很大程度上取決于電鍍銅前準備。因此,業內人士往往會把關于PCB可靠性的問題,聚焦到電鍍銅前準備的部分。目前行業主流的電鍍銅前準備工藝,主要有三種:沉銅、黑孔、黑影。(還有膠體鈀、金屬灌漿等,但非目前主流)
一、沉銅
沉銅,其主要原理是采用化學中的置換反應,在孔壁上沉積一層銅,以作為后續電鍍銅的導電引線。假如是常規的沉薄銅,它的厚度一般為 0.5μm 左右。作為最傳統的電鍍銅前準備工藝,它具有如下優缺點:
優點:
1.金屬銅具有優良的導電性能(電線里面,常規就采用銅線作為導電)。
2.厚度可調整范圍大,適應性廣(目前業內最低在 0.3μm 左右,最高可到 30μm,直接代替后續的電鍍銅工藝)。
3.工藝成熟穩定,可以適用于所有的線路板品類產品(PCB,FPC,R-FPCB,載板,金屬基板,陶瓷基板等等)。
缺點:
1.含甲醛,對操作人員健康不利。
2.設備投資大,生產成本高,環境污染不小。
3.時效管控短,一般有效時間為 3~6 小時。
在pcb線路板制作過程中,沉銅是一個影響線路板質量好壞的重要工序,如果出現一些缺陷,就會導致線路板報廢,因此對于pcb線路板沉銅就需要注意一些問題。
1、電鍍槽在開始生產的時候,槽內銅離子含量低,活性不夠,所以在操作前一般先以假鍍先行提升活性再做生產,才能達到操作要求。
2、負載會對線路板質量帶來極大影響。太高的負載會造成過度的活化而使槽液不安定。相反若太低則會因H2的流失而形成沉積速率過低。故最大值與最小值應與供應確認作出建議值。
3、如果溫度過高, Na OH HCHO 濃度不當或Pd +2 累積過高都可能造成PTH粗糙問題,應設置合適的溫度。
4、化學鍍銅層的韌性,提高化學鍍銅層韌性的主要措施是在鍍液中加入阻氫劑,防止氫氣在銅層表面聚積。
5、化學鍍銅溶液的自動補加,化學鍍銅過程中,鍍液的組分由于化學反應的消耗,在不斷地變化,如果不及時補充消耗掉的部分,將會影響化學鍍銅層的質量,而且由于成分比例失調,會造成鍍液迅速分解。
據了解,PCB線路板沉銅是過孔不通,開短路不良的主要來源工藝,對線路板的品質及電氣性能有著很大影響,如果出現問題也很難通過測試找出原因,不易解決,因此需要嚴格按照規則正確操作。
二、黑孔
黑孔,屬于直接電鍍技術中的一種,其主要原理是采用物理原理,使碳粉吸附在孔壁表面,形成一層導電層,以作為后續電鍍銅的導電引線。通常情況下,其厚度為 0.5~1μm。作為目前主流的電鍍銅前準備工藝之一,它具有如下優缺點:
優點:
1.不含甲醛,對作業人員健康影響小,且對環境的污染小。
2.設備投資不大,廢物處理更簡單,工藝成本比沉銅低。
3.藥水與流程相對減少,時效性可達 48H,更便于維護與管理。
缺點:
1.在導電性能方面,導電碳粉會弱于沉積銅層。
2.其適用性不如沉銅廣,因此,雖然已經被大規模運用,但目前業內主要用于雙面板,高端的如HDI板等產品,幾乎不采用。
三、黑影
黑影,嚴格意義上來說,算是黑孔工藝的進一步發展,其原理、優缺點,都類似,并且要優于黑孔。其主要區別是:黑孔的導電層為碳粉,而黑影的導電層則為石墨。黑孔一般不會用于高端的產品,或者搭配復雜的工藝,但黑影可以,黑影工藝已部分替代沉銅,廣泛地應用于高端線路板,如HDI板、IC載板等,甚至有時黑影工藝會優于沉銅工藝,如選擇性圖形電鍍。
如上所述,大家可能會覺得沉銅工藝會比黑孔、黑影工藝更好,如果籠統地來看,業內一般也是這么認為的,但如果涉及到實際的應用層面,則不盡然,每一種PCB工藝,都會有它的優缺點,進而確立它在實際應用中的地位,假如確實已經全面落后,那自然會被行業所淘汰。因此,認為效果方面沉銅,黑影,黑孔,可以作為一個參考答案,但卻不能作為一個最終答案,因為,它還涉及到各個工藝使用工廠的實際情況,以及工藝中所采用的設備、藥水、參數等等。
所以,真實地來看,工藝只是為了制作產品的手段,只要生產出的產品,能夠滿足出貨的要求,并且,生產商也能獲得滿意的利潤,那么,這個工藝就是可以采用的。
經過工廠驗證,愛彼電路作為主攻中高端方向的PCB供應商,為滿足客戶需求,實現高可靠生產,決定采用目前最為穩定與成熟的沉銅工藝,以確保更優質的交付品質——雖然成本更高,但合適的,才是最好的!