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直接电镀(DMSE)的特点

一、直接电镀的优点
(1)现在市场上投入的直接电镀产品,都不含传统的化学镀Cu产品。甲醛取消,改善了操作环境,也使操作人员的健康得到了改善。危害生态环境的化学物质,例如螯合物EDTA,NTA,EDTP和还原剂甲醛等不再在配方中使用。
(2)由于工艺流程简化,取消了反应复杂的化学镀Cu槽液;减少了中间层(化学镀Cu沉积层)。从而改善了电镀Cu的附着力,提高了PCB的可靠性。
(3)由于取消了化学镀Cu,减少了控制因素,简化了溶液的分析、维护和管理。
(4)直接电镀的制程同传统相比,药品数量减少,生产周期短,废物处理费用减少,这些因素降低了生产的总成本。
(5)各种直接电镀的PTH制程没有改变传统的PCB制作通孔板的后续工艺流程(见图4-1)。而且还提供了一种新的流程———选择性直接电镀(或称完全的图形电镀)。

 

二、各种直接电镀的特点
1)对基材的适应能力
根据供应商提供的资料,前面所提及的各类直接电镀工艺对基材的适应有很大的差别。
第一类,即产生Pd或PdS导电膜的制程(例如EE-1,DPS,Neopact,Conductron,D.P.P.S和Crimson等),几乎适合现今市场上能获得的所有基材(例如FR-4,Flex,polyimide,Rigid-Flex,金属芯板以及传统化学镀Cu很难孔化的聚四氟乙烯基材)

 

第二类,即导电高分子膜制作方法。此法对基材的适应在于粘合促进剂的介质的酸碱性。若采用碱性KMnO4,则只能处理FR-4基材;如果采用酸性KMnO4或NaMnO4,则可以处理当今市场上所有能获得的基材。

第三类,即以碳黑产生的碳导电膜的制程。目前见到的有关专利或资料都是在FR-4基材上实现的,未见到涉及其它基材应用的报导或提示。
因此,可以说第一和第二类制程的适应性最广,可以满足加工各种基板的需要。

2)与设备配合能力
在图4-2中所列的直接电镀制程原则上讲,都可以在垂直设备和水平设备上实现。
第一类制程已经有大量的垂直设备和水平设备,效果都不错。尤其值得一提的是ATO公司生产的水平设备,目前在欧洲已有15条、日本3条、台湾地区2条Uniplate  Neopact全自动水平式生产线。Neopact垂直自动线的数量更多些。1997年底广东珠海Austron投产一条大型Uniplate Neopact水平自动线。1998年底在四川长虹投产一条Neopact大型垂直自动线。第二类制程比较适合水平线,这是便于抽走并处理从吡咯槽中蒸发的有害成份吡咯。当然垂直设备同样可以完成制程,只要管理好废气就可以。目前ATO公司在欧洲有十多条水平线,商品名叫Uniplat CP(即Compact CP的水平线)。在上海美维PCB公司安装了一条大型的Compacte CP制程的全自动水平线,还配了酸性Cu脉冲水平电镀,已于1998年10月试产。杭州安装了一条小型DMS-2制程的垂直自动线,1997年6月投产。

 

第三类直接电镀制程,根据Shadow供应商的介绍,比较适合水平式设备,原因可能与Shadow碳黑分散体系的状态有关。它的分散粒子平均大小约为1μm。根据Blackhole制程的专利文件介绍,碳黑的粒子大小为3μm左右。同胶体钯的粒子相比大得多,只能称做悬胶体。要制作高精度(小孔)板,水平方式才有利。当然,垂直式设备可以做作普通双面板。

3)化学药品成本
从图4-2的制程中可以发现,药品数量最少的是第三类制程,其次是第二类。因此成本费用最高的是第一类,主要集中在胶体钯上,这里的Pd是一层很薄的Pd膜,加上表面镀上的和板子带出,耗量可观(水平式的带走很少)。Pd是贵金属,市场价波动也会影响本制程成本的不稳定。而碳黑的价格2Pd便宜且市场波动较小。

4)制作周期
用户对制程时间比较重视,缩短了制程时间是各种直接电镀的成就。但是要在不同类型制程之间做比较是比较困难的,应当在同一种类型的制作设备上比较,比如都在水平方式或垂直方式上比较才客观。即使这样,也很难给予合适的裁判。比如:在上海美维公司投产的ATO Compact CP的水平线(月产能力30000m2),导体制作的实际时间是6分多钟,在昆山“沪士电子”的一条(包含去钻污的)垂直生产线是用DMS-2制程,制作导体的周期有12分多钟。该公司在杭州的一条双面板垂直线,生产周期是30多分钟。在珠海Austron公司的一条Neopact水平线上,制作导体的周期约5分钟。在四川长虹投产的Neopact垂直式生产线上,导体制作时间是30多分钟。据电化学公司的资料,Shadow水平式的制程是9分钟完成导体制作(没有垂直式的数据)。但从Olin Hunt公司专利US4724005(1988.2.9),即Blackhole制程的前身提供的垂直技术上的数据,产生导电膜的周期是32分钟。如果要用到实际的生产设备上还要增加行车运作和滴水时间。

从上面提供的客观数据看出,同样在水平设备上或垂直设备上的制作导体周期时间而言,没有哪种制程具有绝对优势可言。Blasberg DMS-2在“沪士电子”的情况比较特殊,它前面是KMnO4去钻污流程,使它省去了几步工位,适合多层板作业。

5)废水处理
从各制程的化学药品的使用,各供应商都排除了过去在化学Cu中使用过的很难处理的那些螯合物,这样废水处理比较简单,一般的中和处理就可以满足排放规范。

但是,比较各种制程后不难看出,以碳黑的制程废物处理量最少,因为它的化学处理工位少,用水量也少。这是第三类制程的优势。相比之下,第二类导电高分子制程中,要处理掉对人和环境都有毒害的吡咯,必须有专门的技术,费用可能高些。

6)与传统PTH设备(或制程)的相容性。
相容性对PCB生产厂家来说是比较感兴趣的,因为采用直接电镀技术如果需要在设备上大量投资的话,未必能接受。还有,旧设备怎么办?

在众多的直接电镀产品中,以胶体钯制作导电膜的产品最活跃,数量也比较多。这类制程与传统PTH工艺极相似,除了取消化学镀Cu之外,有的几乎就是旧的流程。例如Neopact,DPS,EE-1等。胶体Pd流程的特点是全湿法。旧设备的化学镀Pd槽,水洗槽可以满足其制程中增加的槽位数量。

高分子导电膜制程也是全湿法,原来的旧设备经适当的改造或调整也可以满足其新流程的要求。
唯有碳黑膜制程与旧的垂直式设备的相容性不好。因为要在全湿法的流程中增加烘烤箱是不可能的。只有水平式设备才能实现全线自动化。

从上面的比较中可以发现,各类制程各有其优点和不足,很难得出结论说哪种制程最好。结纶应当由PCB厂家从自己的角度来判断。一般人认为Pd导电膜制程的成本较高,但偏偏就是这类制程的用户较多,而且世界各地都有。这与它自身的优点有很大关系。

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