电镀铜技术

无论是采用化学镀铜还是直接电镀技术，在印制电路板绝缘孔壁上沉积的导电层都不能承担电路载流或信号传输的作用。基于化学镀铜或直接电镀形成的导电层进行电镀铜，增加镀铜层的厚度，是实现多层电路板z向互联不可或缺的工艺技术，是印制电路板制造的核心技术之一。下面主要从印制电路板电镀铜作用、基本要求、工艺技术以及最新的镀铜技术，包括高厚径比通孔电镀和微盲孔填铜技术等。

1电镀铜技术概述

铜作为印制电路制造中导电线路用的金属已经得到广泛应用。它具有优越的导电性能和力学性能，容易电镀，并且成本低。铜容易活化，易与其他金属镀层形成良好的金属-金属间键合，因而电镀铜能够获得良好的结合力。因此电镀铜技术在印制电路板制作中占据核心地位。

1.1电镀铜过程

印制电路板电镀铜以硫酸铜、硫酸和氯离子作为主要电解质溶液，在直流电作用下，金属中电子和电镀液中铜离子在电场作用下发生定向迁移，溶液中的铜离子移动到阴极表面得到电子被还原成金属铜单质，在阴极表面上形成铜沉积层，而阳极的铜金属失去电子被氧化成铜离子，溶解在电镀液中补充铜离子。

在直流电作用下，在阴、阳极上发生如下反应：

阴极： 

阳极：

在直流电作用下电镀效率可达98%以上。

1.2电镀铜层作用

印制电路板制造过程中，电镀铜起着至关重要作用，包括：

（1）加厚孔铜 在双面或多层印制电路板制作过程中，电镀铜层作为层间互连孔化学镀铜或直接电镀导电层的加厚层。通过电镀后，孔内铜层厚度达到20um。这种电镀铜层称为加厚铜。

（2）图形镀铜  在印制电路板图形电镀Sn-Pb或低应力镍的底层，基于掩膜图形进行电镀铜加厚，使铜层的厚度达到20~25um。这种电镀铜过程在印制电路中称为图形镀铜，也是电镀铜层的另一个重要作用。

1.3电镀铜层的性能要求

在印制电路板电镀铜过程中，受电镀条件影响，电镀铜层得的性能可能因而产生差异。只有性能符合要求的电镀铜层，才能保证印制电路板的应用可靠性。印制电路板的电镀铜层应具备如下性能：

（1）良好的力学性能   电镀铜层力学性能主要指铜的韧性。保证后面的波峰焊，热风整平时，镀铜层不至于因环氧树脂基材与镀铜层膨胀系数差异，导致纵向断裂。

（2）优越镀铜导电性能   印制电路板载流或信号传输中，铜导线的电阻影响着载流大小或信号传输完整性。因此，电镀铜过程中，要尽量降低其他金属杂质或添加剂，以获得高纯度、低电阻的电镀铜层。

（3）镀铜层与基体结合牢固   在印制电路板中，除电镀铜本身具有较好性能外，铜与基体结合也必须相对牢固。如果结合力不好，电镀铜层在应用中易发生起泡，脱落从而导致电路板报废

（4)较好孔铜与表铜一致性   只有板面与孔内镀层厚度均匀，即表面铜层厚度Ts和孔壁镀铜厚度Th之比接近1：1时，才能保证镀层具有足够的强度和导电性。这需要镀液有良好的分散能力和深镀能力。

（5）良好的镀层外观   电镀铜均匀、细致也是保证印制电路板应用可靠性的重要性能要求。

2电镀铜液

电镀铜液有多种类型，如硫酸型、氰化物型。由于印制电路板基材时是覆铜箔层压板，作为强碱型的氰化物型的镀铜液显然不合适。优良镀铜液，应具备如下性能：

（1）镀铜具有良好的分散能力和深镀能力，以保证在印制电路板和孔径比较小时，仍能达到表面铜层厚度Ts和孔壁镀铜厚度Th之比1：1

（2）铜液在很宽电流密度范围内，都能得到均匀、细致、平整的镀层

（3）镀铜液稳定，便于维护，对杂质容忍度高。

2.2酸性镀铜液

酸性镀铜液由主盐和添加剂组成。不同用途电镀铜体系添加剂不同，但主盐成分基本相同。电镀铜中溶液主盐为金属类，作用是提供金属离子，增加镀铜液导电性能，通常包括硫酸铜、硫酸等。添加剂包括铜离子络合剂，光亮剂、整平剂等。

2.3半光亮酸性镀铜溶液

半光亮酸性镀铜特点在于他所用的光亮剂不含硫，因而添加剂分解产物少，镀层纯度高延性好。同事镀铜液具有良好的深镀能力，镀层外观为均匀、细致整平的半光亮镀层。这种镀铜液可以不必加冷却系统。

3印制电路板电镀铜技术

电镀铜是印制电路板制造基础技术之一，电镀铜用于全版电镀和图形电镀，其中全板电镀是跟在化学镀铜之后进行的，而图形电镀是在图像转移之后进行的。

3.1全板电镀铜工艺

覆铜箔层压板经钻孔、化学镀铜后，在整个板面上电镀铜，直至金属孔化孔内壁达到所要求的厚度。然后用丝网漏印或光化学法印制出所需要的负像图形，即除了所需要的印制导线图形和孔外，全用抗蚀油墨或光致抗蚀剂覆盖。然后在暴露出的铜表面上电镀抗蚀金属。通常这种金属液提供良好的焊接性保护。

缺点是暴露出的整个板面包括孔内和PCB表面都能电镀上铜层，而板面上并不需要铜层加厚。在线路蚀刻过程中，这将导致铜的大量浪费，而且由于蚀刻剂需要蚀刻更厚的铜层，蚀刻时需要加入更多蚀刻液，增加蚀刻时间，也可能伴随发生线路严重过腐蚀。

全板电镀方法可用于制造宽度和间距要求不太严格的印制电路板。工艺流程基于钻完孔的基板，具体如下：

化学镀铜\rightarrow 活化\rightarrow 电镀铜\rightarrow 防氧化处理\rightarrow 水冲洗\rightarrow 干燥\rightarrow 刷版\rightarrow 印制负像抗蚀图像\rightarrow 修板\rightarrow 电镀抗蚀金属\rightarrow 水冲洗\rightarrow 去除抗蚀剂\rightarrow 水冲\rightarrow 蚀刻

3.2图形电镀铜工艺

图形电镀是对导电图像进行选择性的电镀，一般有两种方法

一种方法是先化学镀提供0.5~1.0um的导电铜层，然后全板电镀铜，使其镀层厚度达到5um左右。这样厚的电镀铜层能够完全覆盖孔壁，并且经过图像转移后图形电镀前的化学处理后，不会被蚀刻完而产生空洞。经过全板电镀后，用丝网漏印或干膜致光抗蚀剂制处负像电路图像，然后在负像电路图像铜·表面进行选择性电镀，使孔内壁厚度达到25um以上。

另一种是图形电镀方法是先用化学镀厚铜工艺提供的3~6nm的化学镀铜层，然后用上述相同的方法制出负像电路图像，在进行图形电镀使之达到所要求的厚度。采用这种方法时，化学镀厚铜层应经过钝化处理，才可以进行图像转移。需保持铜层不被氧化，洁净。

 化学镀铜层致密性、电器性能、力学性能和抗腐蚀性能都不如电镀铜层好。

图形电镀优点：

（1）与全板电镀相比，电镀的金属铜少，因而降低了电能消耗。

（2）需要蚀刻的铜少，蚀刻剂需求少。

（3）导线精度高，侧蚀小，可以制出导线宽度和间距较小的印制电路板，例如0.2mm。

缺点：

假如图形电镀前处理不当，易产生结合力问题。

工艺流程：

图像转移后印制电路板->修板->清洁处理->喷淋/水洗->粗化处理->喷淋->活化->图形电镀铜->喷淋->活化->电镀锡铅合金

粗化处理：粗化处理是为了去除待镀线条与孔内镀层的氧化层，增加其表面粗糙度，从而提高镀层与基体结合能力。

4脉冲电镀铜技术

随着印制电路板高密度互连微孔时代的到来，为了实现小孔、盲孔内镀铜层的沟渎更接近板面镀层厚度，对电镀铜技术提出更高的要求，出现脉冲电镀铜，不溶性阳极和水平式镀铜设备。

优点：

（1）孔内板面密度接近1:1

（2）平均电流密度提高，效率提升

（3）均匀性提高

5高厚径比通孔电镀铜技术

随着通信技术发展，通信设备功率的提升，通信基站等应用印制电路板层数不断增加。另外为了实现基站多功能化，印制电路板金属孔不断减小，导致印制电路板通孔厚径比不断提高。高厚径比通孔直径约为0.1~0.3mm，厚度可达4mm。普遍认为厚径比大于等于8:1为高厚径比通孔。

高厚径比通孔电镀铜时，由于孔内密度分布不均匀，形成孔口到中心镀层厚度梯度减小，即通孔中心镀层最薄，极大影响PCB质量的可靠性。酸性硫酸铜镀液电镀铜，板面与孔内铜层厚度主要由板的厚度和孔径尺寸决定，板件表面和孔内电位差满足公式

   E为电位差，J为阴极电流密度，L为镀覆孔深度，即板厚；K为镀液的电导率；d为孔直径。通过电镀时，由于边缘效应，板面度铜层厚度大于孔内镀层厚度，并随着通孔厚径比增大而增大，深孔电镀难度系数D越来越大。电镀难度系数是决定PCB孔内镀铜系数难易程度决定因素。

也可以看出，板厚对深镀影响比孔径大。

通孔电镀铜难点在于如何将孔内度铜层均匀性做到最好。

6盲孔填铜技术

印制电路板采用填铜盲孔实现层间任意互连可极大提高布线密度，是实现HDI印制电路板重要的手段。盲孔填铜技术目的在于尽量减少基地表面铜厚变化的同时最大限度的填充微孔。因此，作为盲孔填充评价指标的填孔率，是用于评价填孔工艺的效果和镀液配方与工艺的重要指标。

要实现电镀填孔，重点在于解决电镀分散性问题，即孔内电镀速率应该大于板面电镀速率。通过物理手段例如搅拌，阴极移动，溶液喷流以及脉冲电流可以有效地加速孔内地镀液流动。但是无法解决孔内与板面电镀速率差异。

可以加入抑制剂、整平剂和加速剂解决这种问题。

7薄板通孔技术

芯板是HDI印制电路板基层基础。随着HDI印制电路板越来越薄，芯板采用通孔进行填铜将逐渐被广泛应用。此外，挠性印制电路板是一种特殊链接的可挠曲薄膜型的产品，在可靠性不断提升的要求下，挠性板通过填铜也得到更多关注。

薄板通孔填铜技术原理与盲孔填铜存在本质差异。由于通孔内部没有底面，因此不能形成自下而上的生长，因此必须控制基板表面与通孔内部的镀层电镀铜速率，是的电镀铜优先从通孔中部生长，形成类似于盲孔的形貌，再通过盲孔电镀铜的原理将铜填满。