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【摘 要】本文介绍了高分子导电膜，其相对成本和生产效率更优越于传统的PTH工艺，品质也满足相应标准要求，是目前成本控制大环境下的一种方案选择。
【关键词】高分子导电膜；传统PTH工艺；线路板；绿色环保
随着绿色环保发展的趋势，制造性领域随全球性要求保护水资源；减少生产制造中的废物并更有效使用能源的压力激增，国家对有毒有害物质的法规限制不断加强，中国线路板制造行业生产布局可能发生变化；伴随着多种成本的增加，线路板制造业的利润越来越低，近几年国外局势的不稳定，欧债危机、美国次贷危机，对线路板外销出口的压力非常明显，作为国内民营型线路板企业该如何应对当前格局？中国华东地区江苏昆山是民营线路板制造业的一个基地，大部分工厂都以中、低端产品生产为主，产品种类复杂、价格低廉，所以相应的压力更大。本文介绍一种正在使用的新型工艺——高分子导电膜，其相对成本和生产效率更优越于传统的PTH工艺，品质也满足相应标准要求，是目前成本控制大环境下的一种方案选择。
一、传统PTH制程的优缺点分析
1. 可靠的、经验证的工业标准（国外从1947年开始采用化学铜工艺，从70年代开始我国军工厂及研究所研发盐基胶体钯活化剂及离子态钯活化剂，替代进口胶体钯沿用至今已有50多年的历史，所以其可靠稳定作为行业的制造工艺标准）。
2. 现在面临增加的挑战：
a. 所用钯催化剂的价格由于短缺而受到影响（钯在地壳中含量约为一亿分之一，作为稀有金属，伴随线路板的长期及高速发展，耗用越来越大，其价格越来越高）
b. 耗水量高的制程（传统PTH工艺采用多个流程，水洗步骤多，耗水量大，每平米单耗约0.5立方水，如果设备在水洗的设计上不合理的情况下，必须要延长水洗时间来改善水洗效果，耗水量增加）
c. 典型使用甲醛、甲醇及螯合剂的工艺（甲醛作为还原剂在应用化学铜工艺过程中必须采用）
3. 甲醛是致癌物质，且为受限物质（甲醛是一类致癌物质，已证明甲醛可引起人类的鼻咽癌、鼻腔癌和鼻窦癌，并有证据证明甲醛可引发白血病（即血癌，甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。 研究表明：甲醛具有强烈的致癌和促进癌变作用。大量文献记载，甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常等方面）。
A. 诱发过敏性鼻炎和支气管炎，特别是能够诱导哮喘，严重可以致人死亡。
B. 引起眼部和气道刺激，导致直接的病变或降低这些部位的防病能力。
C. 导致氧化损伤，主要表现在肝脏、心肌、肺和肾脏神经毒性。
D. 导致人失眠、精神不集中、记忆力下降、情绪反常、食欲不振。
E. 生殖毒性，导致流产、不孕等
4. 产生大量废物，污水处理成本高（伴随我国对环保要求越来越高，对于线路板行业来说，三废为线路板制造中最为突出需治理，所以其应用的化学品越多就导致其处理难度就越大，所需的处理设施及材料要求就更高成本就更大）
5. 工艺流程步骤多，能量消耗高（见下列三说明）
6. 需要加长的、昂贵的设备，采用先进的溶液动力学以电镀微小孔产品（传统的PTH化学铜工艺采用垂直挂篮形式，其设备配置及设计原理为了满足小孔径的贯通，确保微小孔径的覆盖，溶液槽内配置相应的搅拌、打气、摇摆、振动以确保质量，需配置全板加镀设备确保孔金属化后的可靠性，设备总价值高、周期长、人员多等）
二、高分子导电膜工艺的特点
目前已被应用于生产线的高分子导电膜工艺，是一种创新的材料及技术替代原有PTH工艺，具有以下特点：
1. 工艺流程短，步骤更少，不用沉积化学铜（见三说明与传统的PTH工艺流程对比）
2. 可以直接进行电路板整板电镀或图形电镀。（高分子导电膜工艺可以直接进行图形转移并继续图形电镀）
3. 不再使用高危害的材料，并减少用水量及设备成本和人工成本（高分子导电膜不再使用甲醛，其设备以水平线方式，采用多级水洗溢流，减少水耗、不采用全板镀，减少人工水电相应的成本）
4. 有选择性优势（高分子导电膜只对环氧非金属层起反应，不对基板铜箔层起反应，大大减少原材料的耗量）
5. 小孔及多层板电镀优势（采用水平式溶液交换性强，有超声波及高压水刀喷流对微小孔灌孔能力强，品质更有保证）
6. 导电膜层薄，可降低镀层起泡或粗糙等颗粒物质
三、 高分子导电膜与传统PTH工艺流程对比
1. 高分子导电膜流程：
整孔 → 水洗 → 氧化 → 水洗 → 催化 → 水洗 → 干板
2. 传统PTH流程
整孔→水洗→微蚀→水洗→预浸→水洗→活化→水洗→解胶→水洗→化学沉铜→水洗
3. 两种工艺流程的反应时间对比如下。（见表1）
四、导电聚合物形成机理
1. 三步流程： 整孔剂、氧化剂、催化剂（见图1）
二氧化锰（MnO2） 在氧化剂的作用下沉积在树脂及玻璃布表面。
在催化剂溶液中，有机酸存在时，MnO2氧化单体在玻璃布及树脂上选择性形成薄的（140纳米） 导电性聚合物。
2. 有选择性的沉积高分子导电膜（见图2）
五、高分子导电膜生产设备
经过对应用高分子导电膜工艺历时八个月的周期观察，高分子导电膜的设备在此工艺应用中发挥极大的作用，工艺中采用的为钻孔后去毛刺+高分子导电膜设备，均为水平线，设备采用自动添加系统，免除了人为添加不准确导致的品质异常，因此建议选用该工艺的厂家可采用三合一：钻孔后去毛刺+导电膜+线路前处理。 这样每班可以省去至少4名值机人员，有自动收放板的更优。对于PCB企业来说，总体的设备投入前期的预算也少很多，设备投入预算对比如下（按照3万平米每月）。（见表2）
设备设计规格（日产能1500平米）。（见图3）
图中设备为某设备公司加工的一条二合一（去毛刺+导电膜）。
为确保产品质量，导电膜设备在设计时特别注意以下环节：整孔段耐高温70度的材质（一般为进口PP材料）该段保温设计效果要好，并且附带多组超声波，保证药水循环良好。
1. 氧化段耐高温90度的材质（一般为316不锈钢），该段保温设计效果要好，传动滚轮采用耐高温的陶瓷材质。
2. 催化段采用遮光良好的材质并且盖板玻璃也为有色玻璃，带有超声波。
3. 每段喷淋系统设计为水刀，强劲的压力使得药水在孔内高速循环，整孔后水洗带高温（45度左右）并且带多组超声波，完全将孔内杂污去净。
4. 氧化和催化段水洗不能配超声波，否则将会破坏孔内成膜。
5. 机体设计时需按照配药的换药周期设计，溶液槽体积不能过大，过大会造成药液的浪费，药液主要根据反应时间和产品面积更换。
6. 药液添加系统配置自动添加装置，以及在线监测装置（ph计）。
7. 两路供水设计，一路DI水入，一路自来水入。
8. 季节性温差大的地方在加温器设计上按照气候决定其功率。
六、导电膜相关工艺参数（见表3）
七、采用新工艺的经济效益
1. 化学品耗量（见图4）
2. 耗水量（见图5）
3. 电镀耗铜量（见表4）
如按照月产能30000平米，则耗铜差如下：
（0.36-0.3）kg×30000平米=1800kg
如按照铜价为5.5万/吨，则每月在耗铜上成本降低：5.5万/吨铜×1.8吨=9.9万元
八、结论
1. 水及能源短缺将逐渐影响线路板制造行业，如果不能减少用水量及废物产生量，工厂的新建及扩产将受到限制。
2. 关于有毒有害物质的环境法规持续影响制程的选择
3. 传统PTH化学铜作为关键电镀制程逐渐受到这些因素的制约
4. 以高分子导电膜为基础的导通孔制程是经生产验证，可行性转化导通孔制程，具有如下优势：
A. 减少水及电力消耗
B. 减少或不再使用有害物质，尤其是甲醛
C. 流程短，提高制程的速率及产出
D. 满足相应标准生产的性能及可靠性要求
E. 显著降低总生产成本
【关键词】高分子导电膜；传统PTH工艺；线路板；绿色环保
随着绿色环保发展的趋势，制造性领域随全球性要求保护水资源；减少生产制造中的废物并更有效使用能源的压力激增，国家对有毒有害物质的法规限制不断加强，中国线路板制造行业生产布局可能发生变化；伴随着多种成本的增加，线路板制造业的利润越来越低，近几年国外局势的不稳定，欧债危机、美国次贷危机，对线路板外销出口的压力非常明显，作为国内民营型线路板企业该如何应对当前格局？中国华东地区江苏昆山是民营线路板制造业的一个基地，大部分工厂都以中、低端产品生产为主，产品种类复杂、价格低廉，所以相应的压力更大。本文介绍一种正在使用的新型工艺——高分子导电膜，其相对成本和生产效率更优越于传统的PTH工艺，品质也满足相应标准要求，是目前成本控制大环境下的一种方案选择。
一、传统PTH制程的优缺点分析
1. 可靠的、经验证的工业标准（国外从1947年开始采用化学铜工艺，从70年代开始我国军工厂及研究所研发盐基胶体钯活化剂及离子态钯活化剂，替代进口胶体钯沿用至今已有50多年的历史，所以其可靠稳定作为行业的制造工艺标准）。
2. 现在面临增加的挑战：
a. 所用钯催化剂的价格由于短缺而受到影响（钯在地壳中含量约为一亿分之一，作为稀有金属，伴随线路板的长期及高速发展，耗用越来越大，其价格越来越高）
b. 耗水量高的制程（传统PTH工艺采用多个流程，水洗步骤多，耗水量大，每平米单耗约0.5立方水，如果设备在水洗的设计上不合理的情况下，必须要延长水洗时间来改善水洗效果，耗水量增加）
c. 典型使用甲醛、甲醇及螯合剂的工艺（甲醛作为还原剂在应用化学铜工艺过程中必须采用）
3. 甲醛是致癌物质，且为受限物质（甲醛是一类致癌物质，已证明甲醛可引起人类的鼻咽癌、鼻腔癌和鼻窦癌，并有证据证明甲醛可引发白血病（即血癌，甲醛为较高毒性的物质，在我国有毒化学品优先控制名单上甲醛高居第二位。甲醛已经被世界卫生组织确定为致癌和致畸形物质，是公认的变态反应源，也是潜在的强致突变物之一。 研究表明：甲醛具有强烈的致癌和促进癌变作用。大量文献记载，甲醛对人体健康的影响主要表现在嗅觉异常、刺激、过敏、肺功能异常、肝功能异常等方面）。
A. 诱发过敏性鼻炎和支气管炎，特别是能够诱导哮喘，严重可以致人死亡。
B. 引起眼部和气道刺激，导致直接的病变或降低这些部位的防病能力。
C. 导致氧化损伤，主要表现在肝脏、心肌、肺和肾脏神经毒性。
D. 导致人失眠、精神不集中、记忆力下降、情绪反常、食欲不振。
E. 生殖毒性，导致流产、不孕等
4. 产生大量废物，污水处理成本高（伴随我国对环保要求越来越高，对于线路板行业来说，三废为线路板制造中最为突出需治理，所以其应用的化学品越多就导致其处理难度就越大，所需的处理设施及材料要求就更高成本就更大）
5. 工艺流程步骤多，能量消耗高（见下列三说明）
6. 需要加长的、昂贵的设备，采用先进的溶液动力学以电镀微小孔产品（传统的PTH化学铜工艺采用垂直挂篮形式，其设备配置及设计原理为了满足小孔径的贯通，确保微小孔径的覆盖，溶液槽内配置相应的搅拌、打气、摇摆、振动以确保质量，需配置全板加镀设备确保孔金属化后的可靠性，设备总价值高、周期长、人员多等）
二、高分子导电膜工艺的特点
目前已被应用于生产线的高分子导电膜工艺，是一种创新的材料及技术替代原有PTH工艺，具有以下特点：
1. 工艺流程短，步骤更少，不用沉积化学铜（见三说明与传统的PTH工艺流程对比）
2. 可以直接进行电路板整板电镀或图形电镀。（高分子导电膜工艺可以直接进行图形转移并继续图形电镀）
3. 不再使用高危害的材料，并减少用水量及设备成本和人工成本（高分子导电膜不再使用甲醛，其设备以水平线方式，采用多级水洗溢流，减少水耗、不采用全板镀，减少人工水电相应的成本）
4. 有选择性优势（高分子导电膜只对环氧非金属层起反应，不对基板铜箔层起反应，大大减少原材料的耗量）
5. 小孔及多层板电镀优势（采用水平式溶液交换性强，有超声波及高压水刀喷流对微小孔灌孔能力强，品质更有保证）
6. 导电膜层薄，可降低镀层起泡或粗糙等颗粒物质
三、 高分子导电膜与传统PTH工艺流程对比
1. 高分子导电膜流程：
整孔 → 水洗 → 氧化 → 水洗 → 催化 → 水洗 → 干板
2. 传统PTH流程
整孔→水洗→微蚀→水洗→预浸→水洗→活化→水洗→解胶→水洗→化学沉铜→水洗
3. 两种工艺流程的反应时间对比如下。（见表1）
四、导电聚合物形成机理
1. 三步流程： 整孔剂、氧化剂、催化剂（见图1）
二氧化锰（MnO2） 在氧化剂的作用下沉积在树脂及玻璃布表面。
在催化剂溶液中，有机酸存在时，MnO2氧化单体在玻璃布及树脂上选择性形成薄的（140纳米） 导电性聚合物。
2. 有选择性的沉积高分子导电膜（见图2）
五、高分子导电膜生产设备
经过对应用高分子导电膜工艺历时八个月的周期观察，高分子导电膜的设备在此工艺应用中发挥极大的作用，工艺中采用的为钻孔后去毛刺+高分子导电膜设备，均为水平线，设备采用自动添加系统，免除了人为添加不准确导致的品质异常，因此建议选用该工艺的厂家可采用三合一：钻孔后去毛刺+导电膜+线路前处理。 这样每班可以省去至少4名值机人员，有自动收放板的更优。对于PCB企业来说，总体的设备投入前期的预算也少很多，设备投入预算对比如下（按照3万平米每月）。（见表2）
设备设计规格（日产能1500平米）。（见图3）
图中设备为某设备公司加工的一条二合一（去毛刺+导电膜）。
为确保产品质量，导电膜设备在设计时特别注意以下环节：整孔段耐高温70度的材质（一般为进口PP材料）该段保温设计效果要好，并且附带多组超声波，保证药水循环良好。
1. 氧化段耐高温90度的材质（一般为316不锈钢），该段保温设计效果要好，传动滚轮采用耐高温的陶瓷材质。
2. 催化段采用遮光良好的材质并且盖板玻璃也为有色玻璃，带有超声波。
3. 每段喷淋系统设计为水刀，强劲的压力使得药水在孔内高速循环，整孔后水洗带高温（45度左右）并且带多组超声波，完全将孔内杂污去净。
4. 氧化和催化段水洗不能配超声波，否则将会破坏孔内成膜。
5. 机体设计时需按照配药的换药周期设计，溶液槽体积不能过大，过大会造成药液的浪费，药液主要根据反应时间和产品面积更换。
6. 药液添加系统配置自动添加装置，以及在线监测装置（ph计）。
7. 两路供水设计，一路DI水入，一路自来水入。
8. 季节性温差大的地方在加温器设计上按照气候决定其功率。
六、导电膜相关工艺参数（见表3）
七、采用新工艺的经济效益
1. 化学品耗量（见图4）
2. 耗水量（见图5）
3. 电镀耗铜量（见表4）
如按照月产能30000平米，则耗铜差如下：
（0.36-0.3）kg×30000平米=1800kg
如按照铜价为5.5万/吨，则每月在耗铜上成本降低：5.5万/吨铜×1.8吨=9.9万元
八、结论
1. 水及能源短缺将逐渐影响线路板制造行业，如果不能减少用水量及废物产生量，工厂的新建及扩产将受到限制。
2. 关于有毒有害物质的环境法规持续影响制程的选择
3. 传统PTH化学铜作为关键电镀制程逐渐受到这些因素的制约
4. 以高分子导电膜为基础的导通孔制程是经生产验证，可行性转化导通孔制程，具有如下优势：
A. 减少水及电力消耗
B. 减少或不再使用有害物质，尤其是甲醛
C. 流程短，提高制程的速率及产出
D. 满足相应标准生产的性能及可靠性要求
E. 显著降低总生产成本