铝基衬底高频微波板孔金属化工艺探讨

摘  要：本文主要讨论了铝基衬底高频微波板的前处理和化学镀以及电镀工艺，剖析了各工序的原理及作用。
关键词：化学浸锌   化学镀  电镀
一. 前言。
众所周知，铝基衬底高频微波板的孔金属化按传统化学镀铜以及电镀铜工艺根本不能达到满意的效果。这还得从金属铝的基本特征着手，因为金属铝具有以下特点：
（1） 金属铝活性高，亲氧性强，极易生成氧化膜。
（2） 铝的电位很负，在水溶液中能与许多金属离子发生置换反应，影响结合力。
（3） 铝是两性金属，在酸性和碱性溶液中都不稳定。
（4） 铝的热膨胀系数与铜的热膨胀系数相差较大，这样在受热情况下，铝衬底高频微波板背面和孔壁厚度方向会产生大量气泡，直接导致该高频微波板的报废。
为了解决以上问题，必须对金属铝的表面进行特殊的处理，即在铝基体和铜镀层之间制造一层既能与铝结合良好，同时又与铜镀层结合良好的中间层。
二. 金属化。
铝基衬底高频微波板的孔金属化目前可以采用以下两种方案：
（1） 先化学浸镀金属，然后再镀铜。
（2） 先进行阳极氧化处理，再镀铜。
经过我所多次实验，认为方案（1）工艺可靠，值的推广。
2.1工艺流程（已经打孔并经去毛刺和刷洗以后的基板）
无光泽腐蚀——流水清洗——有光泽腐蚀——流水清洗——化学浸锌——流水清洗——除光——流水清洗——二次浸锌——流水清洗——氰化镀铜——流水清洗——HEDP镀铜——微蚀刻——预浸——活化——化学镀铜——刷板——光亮酸性电镀铜
2.2工艺原理及控制
2.2.1无光泽腐蚀
目的：除去铝表面自然氧化膜。
配方： NaOH : 60---200g/l
温度 ：50——80℃
时间 ：30S——1min
2.2.2有光泽腐蚀
目的：进一步除去铝表面的自然氧化膜。
配方：HNO3(1.40)   : 70体积
H2SO4(1.84)   : 90体积
温度：室温
时间：3——10S
2.2.3化学浸锌
目的：在铝表面沉积上一薄层置换锌，该锌层既能防止铝上自然氧化膜的再生，又可以在其上电沉积其它金属。
配方：ZnO:100g/l
NaOH :500g/l
FeCL3:1-2g/l
酒石酸钾纳：10g/l
温度：室温
时间：0.5——2min
FeCL3应该先用酒石酸钾纳洛合以后再加入，Fe3+也可以与铝发生置换反应，并与锌生成锌铁合金，微量的锌铁合金存在，有利于提高置换锌层与基体的结合力。具体反应机理如下：
ZnO+2NaOH=Na2ZnO2+H2O
2Al+3ZnO22-+2H2O=3Zn+2AlO22-+4OH-
Al+Fe3+=Fe+Al3+
2.2.4除光
目的：除去浸锌层
配方：HNO3（1.40）  1：1体积
      温度：室温
      时间：2—6秒
2.2.5二次浸锌
目的：得到更均匀、细致、紧密并且与基体的结合力更好的锌层。
配方: 见一次浸锌
2.2.6氰化镀铜
目的：使得在浸了锌的基体上附上一层结晶非常细致，结合力优良的电镀铜层。
配方： CuCN:10-25g/l
       NaCN(游离)：5-20g/l
NaOH:5-10g/l
温度：20—40℃
电流密度：0.5—1A/dm2
时间：2—4min
2.2.7：HEDP镀铜
目的：为了加厚铜层厚度 
配方：铜（以碱式硫酸铜的形式加入）  8—16g/l
HEDP(60%):120-200g/l
硫酸钾：30—60g/l
PH:8—10
电流密度：1-2A/dm2
温度：20—40℃
时间：30S-2min
2.2.8微蚀刻
目的：微观粗化铜表面，并且改善孔壁绝缘层的润湿性。
配方：（NH4）2S2O3:50-250g/l
       H2SO4:5-25mg/l
       室温：1—5min
2.2.9预浸
目的：防止板上的其它离子污染后道工序的活化液
配方：SnCl2.2H2O:5-25g/l
      HCl:50-300mg/l
室温：1—5min
2.2.10:活化
目的：为了在孔壁表面吸附一层具有催化性的金属离子。
配方：PdCl2:0.2-0.25g/l
      SnCl2.2H2O:3-4g/l
HCl(37%):8-12ml/l
NaCl:230-270g/l
Na2SnO3.7H2O:0.4-0.6g/l
H2O—C—NH2=O：50—70g/l
2.2.11化学镀铜
目的：使层间电路可靠互连，实现其电气性能。
配方：Cu2+:3g/l
      NaOH:10-15g/l
      HCHO:6-7ml/l
      酒石酸钾钠：8-10g/l
      稳定剂：适量
温度：室温
时间；5-8分钟
2.2.12电镀铜
目的：使孔壁间铜层增厚
配方：CuSO4.5H2O:60-120g/l
      H2SO4:160-220g/l
      Cl-:50-100mg/l
      光亮剂：适量
电流密度：0.8-2A/dm2
室温：15-20min
三．结束语。
    目前，随着高频微波需求的迅猛发展，为了接地充分，散热性能优良，铝基衬底的高频微波电路板会越来越多，而铝基衬底的高频微波板的孔金属化又是多年来PCB界最为头痛的问题，为此，我希望此文章能为同行引进新工艺，改进工艺，解决工艺问题中起到抛砖引玉的作用，并从整体上提高我国电路板制作的水平。