MID工艺制程电路图案金属化工艺

刘新民 *，刘越

（1.上海瀚悦化工有限公司，上海 201100；2.西安交通大学电气工程学院，陕西 西安 710048）

3D-MID 是英文“ Three-dimensional molded interconnect device”的缩写，即三维模塑互连器件。3D-MID 技术是指在注塑成型的塑料壳体的表面，制作有电气功能的导线、图形，制作或安装元器件，从而将普通电路板所具有的电气互连功能、支承元器件功能和塑料壳体的支撑、防护等功能以及由机械实体与导电图形结合而产生的屏蔽、天线等功能集成于一体。

3D-MID 广泛应用于通讯、汽车电子、计算机、机电设备、医疗器械等行业领域，如BMW 将该技术应用于汽车方向盘控制系统，Apple、Samsung 则用其制作 手机天线。MID 技术日益成为各行业追求电子元器件小型化和紧凑化的首选工艺。

目前国内手机天线有20%采用MID 技术，其余仍采用软性线路板技术。随着3D-MID 的推广，用MID技术取代软性线路板已成为趋势。而且随着国内汽车业向B 级车及C 级车生产的规模化迈进，MID 技术也将在汽车领域内取代汽车软性线路板。

双组分注射成型法(Double-shot)和激光直接成型(LDS)是当今最成熟的MID 工艺技术。双组分注射成型法是用两种不同性能的塑料注射成一个元件，其中一种塑料在化学处理后具有可金属化的性能，线宽可以达到400 μm。LDS 技术则是采用含对激光照射敏感的金属联合体的高聚物作为基材，通过激光束直接在工件表面“画”出需镀覆的图形(如图1所示)，从而省去化学蚀刻工序，显著降低了生产成本，提高了加工适应性，在对较为复杂的工件进行处理时具有良好的表现，其制作的线宽可以达到250 μm。

本文介绍的是瀚悦公司为MID 电路图案金属化而开发的整套工艺。上海弘夏等公司使用该系列药水所生产的产品通过了众多手机厂商的认证，产品的一次性合格率达到98%以上。

图1 典型激光直接成型后表面镀金的注塑工件Figure 1 Typical injection-molded part with gold plating after laser direct structuring

2 工艺介绍

工艺流程：化学除油─三级逆流水洗─超声波清洗残胶─三级逆流水洗─薄铜(种子铜)─厚铜─水洗2 次─钯活化─回收─水洗─化学镍─回收─三级逆流水洗─化学金─回收─三级逆流水洗─(金保护)─烘干。

MID 的电路图案金属化工艺表面镀层要求：

(1) 铜 ＞15 μm，镍 ＞0.5 μm，金 ＞0.1 μm；

(2) 表面无起泡及开裂现象；

(3) 电镀的界痕(毛刺)不得超过0.03 mm；

(4) 镀层应通过热冲击试验、恒温恒湿试验及中性盐雾试验。

2.1 HY230 化学除油

HY230 为不含磷的碱性化学除油剂，除油彻底并可基本保持金属原有色泽，配合超声波使用效果更佳。

工艺条件为：HY230 35～80 g/L(最佳50 g/L)，温度45～70 °C(55 °C)，以钢为槽体。

2.2 CU-930 化学镀薄铜

CU-930 化学镀铜是稳定性高、沉积速率快的薄铜工艺，能形成高密度且细致的铜层。其配置是为了提供细微的颗粒结构。

2.2.1 溶液配制(以1 L 溶液为例)

2.2.2 工艺条件

每周需将槽液过滤至清洁的槽中，将槽底的沉淀以去铜药水去除。

2.2.3 工艺维护

(1) 每添加CU-930A 10 mL/L，铜含量升高1 g/L。当补充CU-930A 10 mL/L 后，同时也要相应添加CU-930MS 5 mL/L。

(2) 每添加CU-930CS 4 mL/L，氢氧化钠含量升高1 g/L。

(3) 每添加37%甲醛2.5 mL/L，甲醛含量升高1 g/L。甲醛应缓慢加入并伴有良好搅拌。

(4) 每添加CU930MS 4 mL/L，总螯合剂含量提高1 g/L。

(5) 连续生产时，每小时应添加0.2～0.5 mL/L 的CU-930S，停止生产时要加入0.3 mL/L 的CU930S。

(6) 每天生产完毕前减少一次添加，维持70%药液浓度停工。

(7) 使用溶液的老化会导致溶液相对密度升高，应定期检测溶液密度。24 °C 时溶液相对密度应低于1.12，超过1.12 时应抽取20%溶液排放，并以新开缸的溶液替代。

(8) 若长时间(如长假期间)不操作，建议将槽液冷却至室温并通过1 μm 的滤芯过滤至一个干净的槽内。贮存期间以干净、干燥的空气保持适度搅拌，而且最好将槽液pH 调至9～10。

2.3 CU-960 化学镀厚铜

CU-960 高速沉铜溶液非常稳定，可生产出结构致密、延展性好的厚化学铜层。该体系药水浓缩程度高、添加量少，工作液密度低、流动性好。

2.3.1 溶液配制(以1 L 溶液为例)

2.3.2 工艺条件

2.3.3 工艺维护

(1) 每添加CU-960A 10 mL/L，铜含量升高1 g/L。当补充CU-960A 10 mL/L 后，要相应添加CU-960M 5 mL/L。

(2) 每添加CU-960C 4 mL/L，氢氧化钠含量升高1 g/L。

(3) 每添加37%甲醛2.5 mL/L，甲醛含量升高1 g/L。甲醛应缓慢加入，并伴有良好搅拌。

(4) 每添加CU960M 4 mL/L，总螯合剂含量提高1 g/L。

(5) 连续生产时，每小时应添加0.1～0.2 mL/L 的CU-960S；停止生产时，要加入0.3 mL/L 的CU960S。

(6) 每天生产完毕前减少一次添加，维持70%药液浓度停工。

(7) 使用溶液的老化会导致溶液密度升高，应定期检测溶液密度，24 °C 时应低于1.12，若超过1.12，抽取20%溶液排放并以新开缸的溶液替代。

(8) 若长时间(如长假期间)不操作，建议将槽液冷却至室温并通过1 μm 的滤芯过滤至一个干净的槽内。贮存期间以干净、干燥的空气保持适度的搅拌，而且建议将槽液pH 调整至9～10。

2.4 NI-883 化学镍

NI-883 是一种高速、稳定、低到中磷(含磷量6%～9%)的化学镀镍工艺，镀速高，且镀层光亮度极佳。其镀液寿命持久，可保持6 个周期(MTO)以上的良好运转。图2给出了两种工件化学镀铜镍后的外观照片。

图2 不同成型工艺所得工件化学镀铜镍后的外观Figure 2 Appearance of the parts structured by different processes after electroless copper and nickel plating

2.4.1 工艺条件:

2.4.2 故障的原因分析及处理

2.4.2.1 镀速过快(15 min 内大于3 μm)

(1)pH 过高：用10%的硫酸将pH 调整到4.6～5.1，最好在4.8 左右。

(2) 稳定剂不足：以每次120 mL 稳定剂补充，使镀速下降。

(3) 槽体形成镍粒：倒槽，建议每3 天倒槽一次。

(4) 镍浓度过高：停止补充883A 和883C，直至镍浓度回归正常范围。

2.4.2.2 镀速过慢(15 min 内小于3 μm)

(1) pH 过低：用浓氨水将pH 调整至4.6～5.1，最好在4.8 左右。

(2) 稳定剂过多：停止添加稳定剂，延长挂镀时间。

(3) 镍浓度过低：补充883A 和883C，使镍质量浓度在5.5～6.2 g/L。

(4) 槽液已使用6 MTO：更换新槽。

2.4.2.3 槽液分解

原因是pH 一直高于5.1 或镍质量浓度一直高于6.8 g/L。更换新槽后要控制pH 值及镍浓度在正常范围内。

2.4.2.4 漏镀

(1) 钯活化不足：增加钯离子浓度，延长浸钯时间。

(2) 化学镍活性不够：分析镀液(包括还原剂)，根据镀液的成分和pH 进行相应调整。

(3) 槽液已经超过6 MTO：更换新槽。

2.4.2.5 溢镀

(1) 化学镍活性过强：增加300～500 mL 稳定剂。

(2) 槽液已经到6 MTO：更换新槽。

(3) 化学铜溢镀：检查化学铜槽液。

2.5 DC-308 化学金

DC-308是在化学镍镀层上所使用的置换型化学镀金液，在正常的情况下可以沉积厚度0.10 μm 以下的金层，具有良好的焊锡性和致密性。该工艺非常稳定，单一的添加剂易于操作及维护。工艺条件如下：

以化学纯氨水或10%柠檬酸溶液调整镀液pH。加热装置采用PTFE 热交换器或石英加热器，槽材质为PP(聚丙烯)、Teflon(特氟龙)或FRP(玻璃钢)。施镀过程需要摇摆。

不同工件上化学镀金的效果见图3。

图3 不同工件上电路图案的化学镀金效果Figure 3 Effect of electroless gold plating on circuit patterns of different parts

2.6 PRO AU-80 金保护剂

PRO AU-80 专用于电子工业中金表面产品保护，既有良好防护性能，又有良好焊接性能，而且不含有对环境有危害的六类物质，可以通过目前欧洲的各项环保要求并满足高端客户24 h 中性盐雾试验的要求。工艺条件如下：

3 结语

电子制造业持续追求电子元器件的小型化和紧凑化，市场对电子产品功能的要求有增无减。使用MID技术可以将电路整合到塑料框架的表面上，这样的结构实现了电路板的功能，从而代替了传统印刷电路板。MID 通过整合连接器、插口或者其他装置来减少元器件的数量并降低成本。

目前MID 技术已广泛使用在手机天线上。而随着国内高档汽车生产的增长，MID 技术也将取代传统的汽车线路板而得以快速增长。

瀚悦公司提供的3D-MID 工艺制程塑模电子互连部件镀覆工艺及化学镀产品满足了市场日益扩大化的需求。