PCB板镀层技术研究进展

江苏联合职业技术学院如东分院 顾曹阳

江苏理工学院材料研究所 钱海峰 雷卫宁

PCB板镀层技术研究进展

江苏联合职业技术学院如东分院 顾曹阳

江苏理工学院材料研究所 钱海峰 雷卫宁

PCB板表面镀层质量是决定其本身性能优劣的关键因素。概述了几种常用金属材料镀层技术的有关理论、工艺及应用，并指出了今后PCB镀层技术研究的重点。

PCB；镀层；研究进展

0 引言

印制电路板（Printed Circuit Board，简称PCB）是在绝缘基材上，按照电路原理图，制成印制线路，并为印制元器件之间提供电气连接的成品板。现代印制电路技术始于上世纪四十年代，英国人Eisler利用印制后的电路板首次制造出了收音机[1]；之后，印制电路的技术不断升级更新，随着集成电路的高速发展以及环保意识的强化，PCB板表面涂层的性能和印制环境进一步提高，PCB板也进一步向更高密度、高平整化、小孔径、小焊盘化发展[2-4]。PCB板镀层技术是制备高性能印制电路板的关键技术之一，目前常用铜、锡、镍等几种镀层金属[5,6]。

1 镀铜技术

铜层具有较好的导电性、导热性和机械延展性，是PCB板最常见的镀层金属之一。目前，孔内铜镀层连接、铜层厚度均匀性和填孔镀铜是PCB板上镀铜的核心问题[7]。

谢金平[8]在普通酸性铜电镀液中分别加入不同量的含氮杂环聚合物通孔电镀铜添加剂，用以电镀厚径比达到10的小孔，结果表明当添加剂含量为2.5mg/L时，铜电镀液的通孔均镀能力达到85.6%。肖发新等人[9]研究了BSP、PPNI、ABSS、PN四种添加剂浓度对酸性铜镀层质量的影响规律，结果表明铜镀层光亮区随着四种添加剂的增加呈现驼峰分布，最佳添加浓度分别为24mg/L、20mg/ L、0.02mg/L、20mg/L；混合添加剂作用下，阴极铜峰电流降至37A/cm2，峰电位负移至80mV；铜镀层表面光滑、晶粒细小、分布均匀，且铜在晶面（111）上择优生长。申晓妮等[10]利用次磷酸钠化学镀铜体系取代甲醛化学镀铜体系，研究发现次磷酸钠镀铜体系稳定性更加优越，在混合添加剂辅助下，可于80℃下稳定近48h；在最优条件下镀速可达5.1um/h，铜镀层致密均匀，工作20min后铜镀层达到背光10级。秦佩等[11]针对PCB上微盲孔电镀铜填平提出互连工艺技术，主要研究加速剂TPS、抑制剂PEG和整平剂硫脲及胺类化合物对微盲孔电镀填平的影响规律，结果表明对微盲孔填充率的影响最大的是TPS，且当TPS为5mg/L，PEG为2500mg/L，硫脲为25mg/L及胺类化合物为400mg/L时，孔填平率最大。杨琼等[12]提出运用一种催化活性更好的银活化液，有效提高化学镀铜的诱导时间，节约了成本。遇世友等[13]将PCB板碳导电后进行镀铜处理，发现镀液中石墨含量占总含碳量的20.0%，且经10分钟电镀后铜层覆盖面积可达95%，PCB板上孔内铜镀层厚度均匀，和外壁结合力良好。

2 镀锡技术

由于电镀锡铅+热风整平(HAL)工艺具备简单、性价比高以及操作性强等有点，早起PCB板镀锡主要采用此工艺，但技术的革新和环保意识的加强，促进PCB板镀锡新工艺的发展。目前，国内外PCB采用化学镀锡这一绿色表面涂覆工艺，其主盐大多采用甲基磺酸盐[14]，络合剂以柠檬酸为主，主要采用硫脲及其衍生物的混合剂，再配以一定的还原剂，得到的锡镀层效果较好[15]。从表1中可以看出[16]，烷基磺酸盐体系的锡镀液，其本身易分解且毒性小，制得的锡镀层结晶细密、表面致密平整，因此应用范围更广。

表1 两种化学镀锡镀液比较

张著等[17]人研究了OP乳化剂对甲基磺酸亚锡镀液的影响，结果表明：OP乳化剂能显著提高还原Sn2+的阴极过电位；OP乳化剂和光亮剂组合使用能极大提升镀液的极化曲线，得到的镀锡层表面平整光亮、结晶致密，如图1所示。李汉明等优化了甲基磺酸镀锡工艺，得到的银白色锡镀层厚度为0.8～2.0μm，且可焊性能良好。梅天庆等[18]在锡镀液中添加贵金属配合物K2[PdF6]，强化Sn2+离子的还原，从而提高镀层厚度。

图1 锡镀层表面形貌SME图

3 镀镍及镍金技术

镀镍技术在PCB板表面印制工艺中作用明显，镍镀层具有良好的电学性能、可焊性和抗蚀性能，因此应用越来越广泛。

江俊锋等[19]在哈林槽内对镍镀层厚度和均匀性展开研究，结果表明在电流密度取值在2.5～3.0A/dm2范围内，电镀时间选取合理，则镀层厚度均匀性较好；当镀液中选取NiCl2·6H2O为16g/L，Ni(NH2SO3)为400mg/L，H3BO3为248g/L，pH为4.2时，镀镍层表面质量最佳。孟昭光[20]分析了相关影响镍金层孔隙率的因素，得到孔隙率较低的镀层。胡光辉[21]研究发现当连接铜盘的尺寸越小，更易发生镍漏镀现象；由于电势差的存在，内部铜面或地线与铜点或线等相连时，易发生漏镀现象。刘海萍等[22]研究分析了前处理工艺对PCB板镍镀层性能的影响，发现温度为35℃、酸洗时间为5min时，PCB板表面油污清洗效果好；在30～40℃条件下活化3min，所得PCB化学镀镍层无漏镀现象。

4 其他镀层技术

胡立新等[23]选择甲基磺酸作为化学镀银的酸性体系，发现当AgNO3浓度为2.5g/L,甲基磺酸含量为12%wt，化学镀时间为5min时，银镀层平整光亮，平均厚度约为0.16μm，适用于PCB上的焊接处理。董明琪等[24]开发了无氰化PCB板化学镀金工艺，研究发现此工艺镀金速率稳定、PCB板上金镀层均匀性好、材料成本可控，而且过程环保。刘彬云等[25]在化学镀镍磷层的基础上添加纳米颗粒，初步完成纳米复合化学镀制备电路板的沉镍金工艺，发现当纳米颗粒添加量在合理范围内时，锁制备的纳米复合沉积层厚度均匀、性能优越。

5 结语

就目前而言，PCB镀层技术还存在着一定的局限性，导致其工程化运用受到制约。但是未来电子信息工业的飞速成长，也必将极大地推动PCB板镀层技术的发展，满足PCB板更高密度、高平整化、小孔径、小焊盘化等要求。作为影响PCB板性能优劣的关键之一，PCB镀层技术将是未来电子信息行业重要研究和应用对象。

[1]周春阳.印刷线路板[M].北京:化学工业出版社,2003,20-44.

[2]A.N.Correia,M.X Facanha,P.Lima-Neto.Cu-Sn coatings obtained from pyrophosphate-based electrolytes[J].Surface & Coatings Technology,2007,201:7216-7221.

[3]丁志廉.PCB技术的革新与进步[J].印制电路信息,2007,9:19-23.

[4]孙武.PCB上化学镀锡工艺的研究[D].哈尔滨工业大学,2006.

[5]A.Survila.Codeposition of Copper and Tin from Acidic Sulfate Solutions containing Polyethylene glycols Effect of length of the hydrocarbon chain[J].Solid State Electrochemical,2008,6:1433-144.

[6]J.M.LongZ.Zhang,Z.C.Guo,et al.Electrochemical Study of the additive-effect on Sn Electrodeposition in a Methane-suffocate Acid Electrolyte[J].Advanced Materials Research,2012,460(7):7-10.

[7]林金堵,吴梅珠.PCB电镀铜技术与发展[J].印制电路信息,2009,12: 27-32.

[8]谢金平.PCB通孔镀铜添加剂[J].印制电路信息,2012,7:21-24.

[9]肖发新,曹岛,孟志广,毛建伟,杨涤心,申晓妮.添加剂对PCB酸性铜镀层质量及镀液性能影响[J].中国表面工程,2011,24(2):74-79.

[10]申晓妮,任凤章,赵冬梅,肖发新.基于PCB的次磷酸钠化学镀铜研究[J].材料科学与工艺,2012,20(3):17-23.

[11]秦佩,陈长生.PCB微盲孔电镀铜填平影响因素研究[J].电子工艺技术,2012,33(5):277-280.

[12]杨琼,陈世荣,汪浩,曹权根.银活化液在PCB化学镀铜的研究[C].2013秋季国际PCB技术/信息论坛,116-119.

[13]遇世友,谢金平,李树泉,黎德育,李宁.印刷电路板碳导电处理后直接电镀铜[J].电镀与涂饰,2014,33(17):723-729.

[14]McKenney,J.Darryl,J.Arthur,at el.Process for Providing Bond Enhancement and an Etch Resist in the Fabrication of Printed Circuit Boards.UP6645549.11,2003.

[15]Holtzman,Abraham,M.Relis,at el.Use of Immersion Tin and Tin Alloys as a Bonding Medium for Multilayer Circuits.UP4882202.11,1989.

[16]陈春成.铜基上化学镀锡工艺研究[J].电镀与精饰,2002,24(5):20-22.

[17]张著,龙晋明,郭忠诚,姜妍妍,李远会.添加剂对甲基磺酸盐镀锡液性能的影响[J].电镀与环保,2011,31(5):13-16.

[18]梅天庆,冯辉.采用催化剂的化学镀锡新工艺的研究[J].南京航空航天大学学报,2002,34(3):262-265.

[19]江俊锋,何为,陈苑明,何彭,陈世金,郭茂桂,刘振华,谭泽.影响PCB镀镍层厚度和均匀性的因素及工艺优化[J].电镀与精饰,2015,37(1):5-9.

[20]孟昭光.PCB镀镍金孔隙率探讨[J].印制电路信息,2013(1):53-58.

[21]胡光辉,潘湛昌,魏志钢.PCB化学镀镍漏镀现象分析[J].印制电路信息,2010,6:45-48.

[22]刘海萍,毕四富,李宁.前处理工艺对印刷线路板表面化学镀镍/置换镀金层性能的影响[J].电镀与环保,2011,31(5):20-23.

[23]胡立新,占稳,寇志敏,武瑞黄,欧阳贵.PCB上化学镀银的研究[J].表面技术,2008,37(5):45-48.

[24]董明琪,李德良,徐天野,刘静,董振华.一种新的PCB无氰化学沉金工艺[J].表面技术,2011,40(1):104-106.

[25]刘彬云,黄辉祥,王恒义.纳米化学复合镀的开发及在PCB制造中的应用研究[J]印制电路信息,2013(1):8-13.

顾曹阳（1989—），在职硕士，初级工程师，主要从事PCB板研发绘制及控制过程设计。