電子線路板微溝槽脈沖鍍銅填充工藝的研究

凌小蓮

（南寧學院，廣西 南寧530001）

0 前言

電子線路板是電子產品的核心部件。隨著電子產品漸趨微型化和多功能化，對電子線路板的制作工藝提出了更高的要求。在電子線路板的制作工藝中，復雜微孔／槽結構的導電化處理是核心環節，導電化處理的效果直接關系到電子線路板的導通互連［1］。鑒于此，為實現電子線路板導通狀況良好，研究學者針對微孔／槽導電化處理這一主題，從改變鍍液配方、優化施鍍工藝條件等多方面進行了探索［2］，并嘗試引入脈沖鍍銅技術、超聲波鍍銅技術和激光鍍銅技術［3］。

鑒于脈沖鍍銅技術展現出獨特的優勢，本文采用脈沖電鍍實現電子線路板微溝槽的金屬化填充。系統介紹了填充流程與實驗過程，并對填充效果進行了考察。積、物理氣相沉積或化學鍍等方法，于微溝槽底面沉積薄導電層予以實現。鑒于化學鍍具有工藝成本低、工藝成熟度高等優點，在非金屬材料導電化處理方面獲得較為普遍的應用，故本文采用化學鍍的方法實現微溝槽底面導電，為后續脈沖鍍銅填充奠定基礎。

1 實驗

1.1 填充流程

電子線路板微溝槽鍍銅的填充流程主要包括微溝槽壁面導電化處理和電鍍銅填充溝槽兩個環節，如圖1所示。微溝槽導電化處理可借助化學氣相沉

圖1 電子線路板微溝槽鍍銅的填充流程

1.2 實驗條件

陽極選用鍍銅專用的磷銅板，其中磷的質量分數為0.04%～0.06%；陰極選用樹脂電子線路板，規格為30mm×20mm×1mm。

鍍液選擇最常用的硫酸鹽型鍍銅液，其組成為：硫酸銅80g／L，硫酸200g／L，氯化鈉50mg／L，組合添加劑 適量。其中：硫酸銅作為電鍍過程所需銅離子的主供應源，兼顧鍍銅速率和鍍液的深鍍能力，取適中的質量濃度；硫酸起抑制銅離子水解及提高鍍液導電性能的作用；氯化鈉用于提供氯離子，增強陽極活性，防止鈍化，促使正常溶解；組合添加劑包含潤濕劑、整平劑和抑制劑，發揮潤濕鍍覆壁面、整平鍍層和細化晶粒的效用。

電鍍工藝條件為：脈沖峰值電流密度2A／dm2，頻率100Hz，正向導通4ms，反向導通2ms，溫度30℃，鍍液采用離心高速攪拌。

1.3 實驗方法

采用Talysurf CLI2000型三維形貌儀和VMM系列的工具測量顯微鏡觀察填充銅層的宏觀形貌，并測定表面平整度。采用JSM-6010型掃描電鏡觀察鍍銅層的顯微形貌。

2 填充效果

脈沖鍍銅填充后，電子線路板微溝槽底面的宏觀形貌，如圖2所示。觀察發現：微溝槽底面幾乎全部覆蓋鍍銅層，連續性較好，僅局部微小區域因漏鍍而出現空缺。這可能是因為電鍍銅過程中析出的少量氫氣泡黏附于槽壁，未能及時逸離，隨鍍銅層增厚被包覆擠壓導致破裂形成空缺。總體而言，脈沖鍍銅的均鍍效果優良，并且鍍層與基底結合較好。

圖2 脈沖鍍銅填充后的宏觀形貌

圖3和圖4分別為填充銅層的三維形貌和顯微形貌。由圖3和圖4可知：填充銅層表面平整度較好，晶粒較細致且呈團胞狀，組織較致密。電子線路板微溝槽脈沖鍍銅填充機制，如圖5所示。電子線路板微溝槽鍍銅填充過程施加周期性正反向脈沖電流。在正向電流主導期間，銅逐層鍍覆，但由于微溝槽內電流密度分布不均勻，導致填充銅層的厚度差別明顯，平整度差，如圖5（a）所示。而在反向電流主導期間，相當于電解過程，已鍍覆的銅層溶解。因電鍍過程中存在尖端放電效應，故鍍層凸起部分最先溶解，如圖5（b）所示。如此周期反復，達到整平效果。

圖3 填充銅層的三維形貌

圖4 填充銅層的顯微形貌

圖5 電子線路板微溝槽脈沖鍍銅填充機制

與此同時，在正反向脈沖電流交替主導期間，組合添加劑也持續發揮效用。通過改變鍍覆表面的極化電阻，并調整電流二次分布，影響形核數量與成核速率，實現晶粒細化、組織結構緊實。

電子線路板上起導通互連作用的鍍層應平整均勻、晶粒細致［4］。晶粒尺寸小，單位區域內的晶界密度高，因而偏折電子的幾率低，電阻率小，導電性能好。本文中盡管未實測填充銅層的電阻率，但從圖4中按標尺不難估測，鍍銅層的平均晶粒尺寸介于1～2μm之間，基本可歸為較小尺度的范疇。故由此間接推知：微溝槽填充鍍銅層的電阻率較低，導電性能較好。

3 結論

依次采用化學鍍銅和脈沖鍍銅的方法，實現了電子線路板上布刻微溝槽的金屬化填充。借助工具顯微鏡和掃描電鏡觀察發現：填充銅層較平整、連續，且基本覆蓋微溝槽底面，僅出現輕微漏鍍狀況；此外，鍍銅層晶粒細致且結構致密，間接表明其電阻率較低，導電性能較好。

［1］陳達宏.印制電路孔金屬化［J］.電子工藝技術，2001，22（3）：102-105.

［2］楊防祖，吳偉剛，田中群，等.銅電化學沉積在微孔金屬化中的應用［J］.物理化學學報，2011，27（9）：2 135-2 140.

［3］余德超，談定生.電鍍銅技術在電子材料中的應用［J］.電鍍與涂飾，2006，26（2）：43-46.

［4］齊雪蓮，任春生，張健，等.射頻對非平衡磁控濺射沉積Cu膜的影響［J］.核聚變與等離子體物理，2007，27（3）：264-268.