CN104661449B - 一种基于激光活化技术的孔金属化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于激光活化技术的孔金属化方法。该方法包括：对印制电路板基材使用激光钻孔，并调节特殊的激光照射，使钻出的孔壁形成纳米级孔洞；催化粒子渗透孔洞吸附在孔壁，形成活化催化层；最后利用催化层将金属沉积在孔壁面，完成微孔孔壁的无电镀金属化。这种方法的优点是将钻孔和孔壁粗化工序合为一步，降低了工艺成本，并且镀层结合性能优异，环境友好。

Description

一种基于激光活化技术的孔金属化方法

技术领域

本发明涉及印制电路板孔金属化方法，尤其涉及一种基于激光照射改性，再通过化学镀使电路板微孔金属化的方法。

背景技术

多层印制电路板如HDI、多层刚挠结合板，需要通过通孔、盲孔或者叠孔的孔金属化在层间实现电气连接，进而实现电路板高密度高布局效率的性能。孔金属化是在电路板铜箔之间的介电材料如聚酰亚胺、环氧树脂浸渍玻璃布等材料上钻孔，并在这些绝缘材料孔壁镀上一层金属，实现两层或多层铜箔线路之间的导通。基于化学镀工艺的孔金属化是一种比较传统的孔金属化方法。

化学镀是一种在材料表面形成均匀金属镀层的方法，特别是当材料是树脂、陶瓷等非金属时，这些材料无法直接电镀得到想要的金属涂层，化学镀则是非常好的选择。化学镀不仅操作简单，而且得到的金属镀层质量也比较高，镀层均匀性好，孔隙率低。化学镀的应用范围很广，在印制电路板领域，用于通孔、盲孔或者叠孔的孔金属化，还有化学镍金，浸银等工序。

通常孔化学镀要经过前处理（粗化）、吸附、还原这三个主要过程，其中前处理对镀层是否上镀，镀层质量有极大的影响。特别是在孔壁表面非常光滑的情况，这个时候表面预处理就显得十分重要。一般情况下，孔壁表面粗化可以使用化学微蚀处理，以达到表面改性，增加表面接触面积，提高附着性。但是这种方法有较多局限性，在应用的材料不同时要调整不同的配方，并且处理程度不易控制，容易降低材料表面平整度，影响后续镀层质量；对材料进行蚀刻粗化，容易导致材料老化，寿命减少；另外，化学药品的引入也带来了环境健康等问题。

发明内容

本发明旨在改善电路板微孔化学镀前处理过程，提出了一种在电路板钻孔的同时对孔壁催化活化的新工艺，通过这种工艺可以较为方便的实现印制电路板钻孔和孔壁金属化，对基材本身的破坏很小，并且镀层附着性能好，适用表面非常光滑的材料。

本发明所述所采用的技术方案是：该方法包括以下步骤：

（1）激光定位钻孔，并调节激光照射处理，使孔壁形成纳米级孔洞；

（2）将催化粒子渗透入所述孔洞，吸附在钻孔的表面，形成活化催化层；

（3）金属通过化学镀的方法在钻孔孔壁表面形成镀层。

进一步地，在所述步骤（1）中，使用激光钻孔的同时，调节激光照射，使孔壁出现纳米级孔洞。

进一步地，所述步骤（2）中，所述催化粒子包括但不限于纳米钯，纳米金，纳米银，纳米碳。

进一步地，所述步骤（2）中，所述活化催化层厚度为20nm～200nm。

进一步地，所述步骤（2）中，在形成活化催化层后，对材料表面进行干燥。

进一步地，所述步骤（3）中，所述化学镀包括但不限于化学镀铜、镀镍、镀银、镀金、镀镍磷硼。

进一步地，在调节激光照射时，激光的脉冲能量控制在80-125mJ，聚焦高度控制在50-60mm，激光频率控制在40-60kHz，激光脉冲宽度控制在102-120nm，光束直径控制在15-20mm。

进一步地，所述脉冲能量还可以控制在100-125 mJ，聚焦高度还可以控制在50-60mm，激光频率还可以控制在48-55 KHz，激光脉冲宽度控制在102-120nm，光束直径控制在15-20mm。

进一步地，所述催化粒子粒径小于或等于100nm，所述催化粒子应均匀悬浮在液态分散体系。

更进一步地，所述化学镀的镀层厚度可以根据需要调整镀液组分和化学镀时间得到。

具体地，选择需要加镀层的钻孔的电路板基材，并编制好激光输入文件，加工出激光设备定位孔；

将基材置于激光加工设备中，使用激光定位钻孔（钻出的孔为微孔），并调节激光照射处理，使孔壁形成纳米级孔洞。具体是利用激光较大的单位面积功率将铜箔和介质层钻出微孔，同时使用激光照射孔壁，孔壁材料吸收能量温度迅速升高达到熔点（红外激光），材料分子相继从受热区域逸出；或者激光能量打断了材料分子键，破坏了金属晶格（紫外激光），使材料微粒脱离表面而留下微小的孔洞；

表面清洗，由于激光作用会带来孔壁汽化污渍，利用等离子体可以对表面进行清洁，也可以使用其他方法，比如清洗液超声浸泡；

根据等离子体种类不同，在清理完毕后，材料微孔往往会携带正电或者负电；对于带负电的催化剂微粒，需要使用酸/碱性调整，使微孔带上正电；而对于带正电的催化剂微粒，需要使用酸/碱性调整，使微孔带上负电。

将调整完毕的材料浸润到含有催化颗粒的溶液中，催化粒子渗透孔洞吸附在材料表面，形成活化催化层。催化剂溶液是由含有纳米金属胶体或者离子的稳定分散溶液体系，纳米金属胶体或者离子作为后续还原形成金属镀层的催化中心，所以在材料表面需要有较强的吸附作用，甚至渗透到孔洞内部，提高催化效果。常用的催化金属如胶体钯，纳米银，纳米金等。催化层厚度可以在20nm-200nm范围内调整，也可以根据实际需要改变；

孔壁表面形成催化层后就有了进行化学镀的基础，通常将基材浸润到化学镀液中，催化中心发生氧化还原反应形成镀层金属，镀层金属上又发生自催化反应，使得化学镀过程继续进行，孔壁表面也相应的形成了均匀的金属镀层；

镀层厚度可以调整镀液浓度和化学镀时间满足实际需要；

这个方法可以在印制电路板制作中得到应用，在不用整板化学镀的情况下，可以在化学镀之前贴上图形掩膜，通过曝光显影暴露出需要镀铜的部分，进而再进行镀铜；或者在整板镀铜后再使用蚀刻的方法形成导线图案。

本发明利用激光照射孔壁完成表面粗化前处理过程，较为方便的实现表面改性，为催化剂的附体提供了良好的条件；由于激光的高效性，可以快速实现批量制作；这种工艺对表面结构的破坏很小，不影响孔的平整度，而且得到的镀层附着性能较好。

附图说明

图1是为未作处理的覆铜双面板示意图；

图2是对基底进行激光钻孔并照射的示意图；

图3是基底激光照射留下微小孔洞的示意图；

图4是本基底表面吸附催化剂形成活化催化层的示意图；

图5是基底表面化学镀的示意图；

其中，A是一种电路板基材，如聚酰亚胺，浸渍玻璃纤维等；B是铜箔；C是孔洞；D是形成的活化催化层；E是混合层；F是金属镀层。

具体实施方式

如图1至图5所示，下面根据发明工艺通过具体实施方式来详细说明。以下实施实例只是为了更好地将本发明技术原理阐释清楚，并不代表本发明只能限制使用该实施实例。

实施例一：

利用双面覆铜软板作为基底材料，并实现盲孔金属化，达到电气连接的目的。

（1）选择市场上常用的，机械加工，柔性优异的聚酰亚胺双面覆铜板作为基材，并切割成适合加工的尺寸。

（2）将材料置于激光加工设备中，设备输入激光操作文件后，对覆铜板进行激光钻孔（以下称钻出的孔为微孔，实施例二同），同时调节激光照射，使表面形成纳米级孔洞。激光照射脉冲能量控制在 60-70mJ，聚焦高度控制在1.8 mm，激光频率控制在50-60 kHz，激光脉冲宽度控制在102-120 nm，光束直径控制在15-20 mm。

（3）将钻孔后的基板放入等离子清洗设备中，对铜箔表面和孔壁的微小孔洞进行清洁，有利于催化颗粒的吸附。

（4）根据等离子体种类不同，在清理完毕后，微孔孔壁往往会携带正电或者负电；对于带负电的催化剂微粒，需要使用酸/碱性调整，使微孔材料表面带上正电；而对于带正电的催化剂微粒，需要使用酸/碱性调整，使微孔材料表面带上负电。

（5）调节完电荷的基板需要浸没到催化剂溶液中，本实例使用的催化剂溶液是商业钯胶体溶液。浸没温度控制在40℃左右，浸没时间5min，可以采用水流方式对板面冲刷，以便催化成分与微孔孔壁表面充分结合。

（6）孔壁材料吸附催化微粒后在40℃的热风条件下吹干，干燥的温度和时间不宜过多，以免破坏催化层组成，导致催化效果降低甚至失效。

（7）将基板材料浸入化学镀铜溶液中，镀铜液即普通的商业镀铜溶液。温度控制在30℃，时间控制在10min，使孔壁均匀的镀上铜层，铜层厚度在4μm左右，可以根据需要做调整。

（8）整板干燥后，在铜箔上贴一层干膜，并曝光显影，留下抗蚀层图案。

（9）蚀刻并除去板面上的抗蚀膜后，得到具有电路铜线图案的基板材料。

实施例二：

利用浸渍熟知的玻璃纤维作为基底材料，并实现盲孔金属化，达到电气连接的目的。

（1）选择市场上常用的，机械性能优异的FR4作为基材，并切割成适合加工的尺寸。

（2）将材料置于激光加工设备中，设备输入激光操作文件后，对覆铜板进行激光钻孔，同时调节激光照射，使表面形成纳米级孔洞。激光照射表脉冲能量控制在100-125 mJ，聚焦高度控制在10-30 mm，激光频率控制在48-60 kHz，激光脉冲宽度控制在102-120 nm，光束直径控制在15-20 mm。

（3）将钻孔后的基板放入等离子清洗设备中，对铜箔表面和孔壁的微小孔洞进行清洁，有利于催化颗粒的吸附。

（4）根据等离子体种类不同，在清理完毕后，微孔孔壁往往会携带正电或者负电；对于带负电的催化剂微粒，需要使用酸/碱性调整，使微孔材料表面带上正电；而对于带正电的催化剂微粒，需要使用酸/碱性调整，使微孔材料表面带上负电。

（5）调节完电荷的基板需要浸没到催化剂溶液中，本实例使用的催化剂溶液是商业钯胶体溶液。浸没温度控制在40℃左右，浸没时间8min，可以采用水流方式对板面冲刷，以便催化成分与微孔孔壁表面充分结合。

（6）孔壁材料吸附催化微粒后在40℃的热风条件下吹干，干燥的温度和时间不宜过多，以免破坏催化层组成，导致催化效果降低甚至失效。

（7）将基板材料浸入化学镀铜溶液中，镀铜液即普通的商业镀铜溶液。温度控制在30℃，时间控制在15min，使孔壁均匀的镀上铜层，铜层厚度在6μm左右，可以根据需要做调整。

（8）整板干燥后，在铜箔上贴一层干膜，并曝光显影，留下抗蚀层图案。

（9）蚀刻并除去板面上的抗蚀膜后，得到具有电路铜线图案的基板材料。

上述两个实例可以看出，可以应用本发明方法的基材种类很多，包括但不限于常见的各种软硬覆铜板。金属镀层可以是镀铜，镀银，镀镍或者其他镀层。

上述两种实例对本发明做了详细的说明，但不不意味着本发明仅仅局限于这两种实例。在不脱离本发明技术原理的情况下，对其进行改进和变形在本发明权利要求和技术之内，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于激光活化技术的孔金属化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）激光定位钻孔，并调节激光照射处理，使孔壁形成纳米级孔洞；使用激光钻孔的同时，调节激光照射，使孔壁出现纳米级孔洞；在调节激光照射时，激光的脉冲能量控制在80-125mJ，聚焦高度控制在50-60mm，激光频率控制在40-60kHz，激光脉冲宽度控制在102-120nm，光束直径控制在15-20mm；

（2）将催化粒子渗透入所述孔洞，吸附在钻孔的表面，形成活化催化层；所述催化粒子为纳米钯、纳米金、纳米银或纳米碳；所述活化催化层厚度为20nm～200nm；

（3）金属通过化学镀的方法在钻孔孔壁表面形成镀层。

2.根据权利要求1所述的一种基于激光活化技术的孔金属化方法，其特征在于：所述步骤（2）中，在形成活化催化层后，对材料表面进行干燥。

3.根据权利要求1所述的一种基于激光活化技术的孔金属化方法，其特征在于：所述步骤（3）中，所述化学镀为化学镀铜、镀镍、镀银、镀金或镀镍磷硼。

4.根据权利要求1所述的一种基于激光活化技术的孔金属化方法，其特征在于：所述脉冲能量控制在100-125 mJ，聚焦高度控制在50-60 mm，激光频率控制在48-55 KHz，激光脉冲宽度控制在102-120nm，光束直径控制在15-20mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于激光活化技术的孔金属化方法，其特征在于：所述催化粒子粒径小于或等于100nm，所述催化粒子均匀悬浮在液态分散体系。

6.根据权利要求1所述的一种基于激光活化技术的孔金属化方法，其特征在于：所述化学镀的镀层厚度根据需要调整镀液组分和化学镀时间得到。