LDS材料化学镀溢镀情况的控制及工艺改善

刘阳

(Amphenol-SAA,上海 201108)

LDS材料化学镀溢镀情况的控制及工艺改善

刘阳

(Amphenol-SAA,上海 201108)

最近几年，在电路加工工业中, 3D-MID技术因其设计的自由度大、能实现的功能多、可减少安装层次和装配的数量已广泛应用于通讯行业领域。但是通过现有化学镀工艺在对被镭射过的塑胶件表面进行化学镀铜和化学镀镍时常常会有漏镀、溢镀、上镀速率慢等问题，影响产品的良率和企业生产成本。本文选取LDS产品在化学镀过程中的溢镀情况进行跟踪实验分析，并根据一定的实验数据进行分析，对大量化学镀步骤方案进行比较，选取能够控制PC及ABS塑胶件表面化学镀溢镀的情况，对LDS产品生产成本和良率控制有一定积极的指导意义。

LDS材料化学镀溢镀 工艺改善

1 MID-LDS技术的优势及发展概况

3D-MID技术出现在20世纪80年代,从国外发布的市场统计数据看,目前立体电路在国内接近30个产业都开始普及,最大的市场在通讯(手机天线)领域(80%),应用前景非常广阔,市场潜力巨大,而上海安费诺通讯有限公司正是在此领域中的佼佼者和领头羊。

本文选取了较具有代表性的上海弘夏化学公司在进行LDS产品化学镀处理的工艺流程:热碱除油─前处理─水洗─超声波清洗─酸洗─触发铜─水洗─厚铜─水洗─钯活化─水洗─化学镀镍─水洗─烘干。

2 LDS产品化镀溢镀实验

2.1 实验材料

本次试验选取了较为具有上海安费诺公司研发的有代表性的三种手机天线产品,分别是:天线A、天线B和天线C,其中天线A和天线B是由聚碳酸酷(PC)和丙稀腈-丁二炼-苯乙稀共聚物(ABS)混合而成,天线C材料为聚碳酸酷(PC)。三种天线产品均为半成品,由LPKF公司激光机根据不同天线pattern镭射而成。每种天线各140片,并从1-140进行标号。

2.2 实验过程及数据统计

2.2.1 尺寸的选取与测量

从A、B、C三种天线中分别选取10个、10个和14个较具有典型的重点尺寸。

分别对每种每片产品的重点尺寸进行标号和在放大100倍的显微镜下测量。之后对每片产品的每个所选尺寸进行记录以作为在未进行化学镀前的尺寸。

2.2.2 化学镀步骤流程

之后将实验样品送至上海弘夏化学进行为期两周的化镀实验,出于对实验的对比性和均衡性,本次实验选取每两天化镀20片天线/种,一周更换一次化镀的槽液,以增强化镀实验的科学性和排除他因干扰因素。具体化镀过程为:化学除油--Cu-930化学镀薄铜--Cu-960化学镀厚铜--离子钯活化--Ni-883化学镀镍--水洗烘干。

2.2.3 化镀后尺寸测量与统计

化镀回来后所有产品均符合MID的电路图案金属化工艺表面镀层要求,即:(1)镀层厚度符合各产品的化镀规格；(2)表面无起泡及开裂现象；(3)电镀的界痕(毛刺)未超过0．03mm；(4)通过了热冲击试验、恒温恒湿试验及中性盐雾试验。

化镀回来后的尺寸通过与未化镀之前的尺寸相减之差,可以较为直观的看出LDS产品在化学镀后的具体溢镀情况。

2.3 实验结果及数据分析

2.3.1 化镀药水周期对溢镀的影响

除了LDS镭射尺寸可能对溢镀产生影响,化镀药水的使用周期,包括化镀药水的活性以及溶液浓度也会直接影响溢镀的情况。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,以保证槽液的化镀有效性。初期化镀药水的活性较高和后期保养不及时,药水发生老化导致溢镀,所以化镀过程中的工艺维护至关重要,适时补充稳定剂和pH调节剂以保持槽液的稳定性和溶液中离子恒定性。

2.3.2 微观溢镀情况分析

通过选取几片具有典型性的实验产品的部分尺寸,置于QG046显微镜下放大100倍观察,观察到天线A在pattern拐角处有镍溢镀情况,边上也有星星点点的溢镀,对天线RF性能影响较小。天线B存在些许溢镀,并呈现微小的波峰波谷状,并不连贯,对于天线的RF性能影响不大,但是对尺寸测量有影响。天线C溢镀相对来说比较大,有较为明显的连续的波峰与波谷,对天线的RF性能有影响,且会很大的影响尺寸测量及其平均值。

造成不同产品的这种差异的可能性与产品材料有关,天线A和天线B材料是PC/ABS,而天线C材料是PC。

2.3.3 化镀厚度规格对溢镀影响

三款天线的化镀规格不同,天线A为Cu 6-12 Ni 3-6,天线B为Cu 12-20 Ni 2-4,天线C为Cu 10-18 Ni 2-5,单位:μm。通过实验对象的膜厚和切片图可直观的看到其镀层厚度。不同的化镀规格会对产品的溢镀情况造成影响,因为镀层较厚的产品需要更久的冲击铜时间和更高的活性。所以根据产品的化镀规格来控制好化镀活性与上铜时间十分重要。

3 控制溢镀现象的化镀工艺改进

3.1 添加甲醇作镀铜溶液稳定剂

化学镀铜溶液并不稳定,在化学镀铜的过程中需要不断添加稳定剂以保持溶液的稳定性。而通过实验证明,加入甲醇作为稳定剂可以有效的控制化镀槽内溶液的自分解,减少工艺维护中加入稳定剂的次数和量,延长镀液寿命和增强稳定性。

结果证明,加入甲醇溶液作稳定剂对化学镀铜溶液的稳定性有显著的改善作用,在甲醇溶液200～400ml/L时,对沉积速度无多大影响,而稳定性却随甲醇含量的提高而增加。所以建议添加作为甲醇稳定剂,溶液浓度为200～400ml/L,pH值控制在13～13．5,温度在32～34°C则为最佳。这样可使得溶液的稳定性大大增加,铜离子的浓度和镀速都得到了有效控制,溢镀现象也得到了控制和防范。

3.2 镍活化替代钯活化

化学镀镍时需要先对化镀表面进行活化处理,活化液对已上镀的表面铜离子提供催化活性,催化发生氧化还原反应,镍离子沉积从而达到镀镍的目的。而目前最常用的活化是使用离子钯活化,钯具有较高的催化活性,它能够吸附反应物分子,易还原为金属态。

3.2.1 浸镍液的配制

取浓度为15～35g/L的硼酸溶液用硫酸调整pH值为1并加热至50～60℃,然后加入浓度为50～150g/L的硫脲溶液和10～35g/L的柠檬酸钠,之后用硫酸或氢氧化钠溶液调整pH值为0．5～1．5,在搅拌的条件下,再加入浓度为10～70g/L的硫酸镍溶液,混合均匀,得到浸镍液。

3.2.2 产品前处理

取98%的浓H2SO415～45ml/L、30～80g/L的过硫酸钠的溶液混合均匀,得到微蚀液。之后按氢氧化钠的浓度为10～12g/L、碳酸钠的浓度为30～50g/L、磷酸三钠的浓度为35～40g/L、硅酸钠的浓度为6～8g/L的比例混合得到化学除油液。并通过氢氧化钠调节pH值至10～13。之后将产品浸没于温度为20～60℃的化学除油液中,吹入空气搅拌1～10min,然后用水清洗干净。再将微蚀液加热至25～35℃,将除油后的产品浸没于微蚀液中保持1～2min,用水清洗。

3.2.3 浸镍活化及化学镀镍

将浸镍液加热至40～60℃,然后将完成前处理的产品浸没于浸镍液中保持10～50s,取出后用水清洗；之后将40～100g/L的NaOH溶液、10～50g/L的次亚磷酸钠溶液混合均匀,得到激活液。

按硫酸镍的浓度为25～27g/L、次亚磷酸钠的浓度为26～29g/L、醋酸钠的浓度为10～12g/L、乳酸的浓度为15～18ml/L、干贝素的浓度为6～8g/L、苹果酸的浓度为3～4g/L、碘酸钾的浓度2～3mg/L的比例配制水溶液,并调节pH值为4．8～5．0,得到化学镀镍液。

将激活液加热至50～70℃,然后将产品浸没于激活液中保持10～50s,取出产品用水清洗后立即浸入温度为80～90℃的化学镀镍液中进行化学镀镍,最终完成铜电路表面化学镀镍的全过程。

3.2.4 实验结果测试与分析

化镀后的产品按照《用胶带测试测量附着力的标准方法ASTMD3359》的划方格法测试镀层结合力,在样品表面划相距1mm的10×10的方格,然后用胶带粘住样品后迅速揭开,切口边缘完全光滑,没有一个方格出现剥落,说明镀层与基体的结合力优良。该工艺符合实际生产需求。

浸镍活化替代传统化镀工艺中的钯活化,有效降低了生产成本和控制镀镍溢镀现象,处理操作都比较简便而且活化速度快、条件温和、效率高,适合大规模工业生产。

4 结语

随着MID技术的不断发展,伴随着在制造领域被广泛的应用和市场竞争的日趋激烈,对LDS产品质量的要求也随之提高。但是在LDS产品的化学镀方面溢镀情况的存在较严重的影响了企业的生产成本和产品质量,所以控制产品溢镀情况和开发新的低成本、高效率、高稳定性而且操作简便的化学镀工艺对于LDS产品制造业来说具有重大意义。本文中上海安费诺公司对LDS产品化学镀溢镀现象控制的研究,可以有效控制化学镀过程中溢镀现象的发生,对降低生产成本、提高生产效率和产品质量提供了良好的参考。

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