印制电路板孔金属化直接电镀技术专利分析

利分析

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ELECTRONICS WORLD・探索与观察近年来，电子工业对印制电路板这一技术在孔金属化技术中应用最早，也最为广泛，但其存轻、薄、短、小的要求越来越高，多层在着难以克服的缺点，比如化学镀铜溶液中包括对生态环境板、高密度互连是印制电路板不变的发有害的甲醛、不易进行生物降解的络合剂等，化学镀铜溶液展趋势，而孔金属化技术是实现层间高的稳定性较差，易分解，需要进行严格的监控和维护，生产密度互连必不可少的关键技术。本文通成本随之增加。于是，直接电镀技术应运而生。直接电镀是过印制电路板孔金属化直接电镀技术全在非导体的孔壁基材上通过特殊处理形成一层导电层以实球专利申请现状的分析，发现美国在该现金属电镀，按照导电材料进行区分可以分为如下三类：领域中保持领先优势，中国近年来虽然（1）钯系列：以钯或其化合物作为导电物质；（2）导电聚专利申请量不断增加，但尚缺少可以独

合物系列：以高分子导电聚合物作为导电物质，如聚吡咯、当一面的龙头企业。从直接电镀技术的聚苯胺等；（3）碳黑系列：以石墨或碳黑作为导电物质。发展路线来看，该项技术的重要节点均常见的直接电镀技术列于表1所示。

涉及目前比较成型的电镀工艺，目前直表1 常见的直接电镀技术

接电镀技术的发展重点仅限于试剂溶液钯系列

导电聚合物系列

碳黑系列

的优化、导电性能的提升、直接电镀生EE-1(AmpAKuzo)产效率的改进等。我国在该项技术方面Crimson(Shipley)取得突破还需要加大研发力度，提高创Neopact(Atotech)DMS-2(Blasberg)Black-Hole-1(MacDermid)新意识。

Conduction(LeaRonal)DMS-E(Blasberg)Black-Hole(Olin Hunt)DMS-1(Blasberg)Compact CP(Atotech)Shadow(Electro-chemical)印制电路板是电子元器件的重要载Compact-1(Atotech)体，也是电子工业的关键组成部件。随Compact plus(Atotech)着电子设备日趋紧凑化和多样化，印制电路板一直朝着轻、薄、短、小的方向1 印制电路板孔金属化直接电镀技术专利分析

发展，实现层间高密度互连是必不可少本文选取中国专利文摘数据库（CNABS）和德温特世界的关键技术。在印制电路板中，实现层专利索引数据库（DWPI）进行检索，检索范围为2020年01间电气互连的技术称为孔金属化，即在月之前公开的全球专利文献。下面针对印制电路板孔金属化需要互连的层间钻孔，通过化学反应在直接电镀技术的全球专利申请现状进行分析，从而理清印刷孔的内壁上沉积铜层，不同层间通过孔电路板直接电镀技术的发展现状和技术发展路线。

壁铜层相互连接。

印制电路板孔金属化直接电镀技术全球专利申请趋势如经过印制电路板制造技术多年的发图1所示。从1963年IBM公司的Rodovsky提出直接电镀的基展，孔金属化技术主要分为化学镀铜技本思想开始，直接电镀技术的专利申请开始逐步出现。尽管术和直接电镀技术两类。化学镀铜可以直接电镀技术起步较早，但是以前工艺不成熟，应用较少，在任何非导电的基体上进行沉积，因此

直到1983年以后世界各国加快了对新的直接电镀技术的研究

图1 印制电路板孔金属化直接电镀技术全球专利申请趋势

ELECTRONICS WORLD・探索与观察与开发，先后出现了多种多样的直接电镀技术，该项技术相关的专利申请量才得到逐步提升，尤其是1986年美国欧林公司提出黑孔化工艺以及1993年德国布拉斯伯格表面技术股份有限公司提出DMS-2工艺以后。进入二十一世纪以来，随着电子产业的快速发展，丰富多样的电子设备对印制电路板的高密度互连提出了更高的要求，从而进一步带动了孔金属化技术的再次发展。从专利申请地域来看，如图2所示，美国专利申请量最大，占比约为31%，日本、中国专利申请量相差不大，分别排名第二、三位，三国专利申请量总和约占据全球专利申请总量的五分之四，可见美、日、中三国在该领域中的优势地位。

图2 印制电路板孔金属化直接电镀技术全球专利申请地域分布

印制电路板孔金属化直接电镀技术全球主要专利申请人如图3所示。数据表明，全球范围内专利申请量排名前十位的申请人中包括五家美国企业、三家日本企业、一家德国企业和一家韩国企业。可见，美国企业在印制电路板孔金属化直接电镀技术领域中数量最多，并且排名均相对靠前，处于领先地位，其中IBM公司、欧林公司均为较早提出直接电镀工艺的企业，这为美国在该领域的优势地位奠定了基础。日本企业中日立公司在全球申请人中排名第一位，其余企业则排名相对靠后。德国上榜的企业安美特在钯系列和导电聚合物系列直接电镀技术方面较早研制出成型的Neopact工艺、Compact plus工艺、Compact CP工艺，但近些年来发展重点有所改变，专利申请量并没有出现一直增长的状况。韩国只有一家企业三星电机上榜。尽管从专利申请地域来看中国专利申请量排名靠前，但中国企业并未上榜，说明中国在该领域中申请人较为分散，缺少具备优势地位的龙头企业，在国际竞争中不能凸显出优势。

重要专利的获得和发展可以反映出印制电路板孔金属化直接电镀技术的整体发展趋势。通过对印制电路板孔金属化直接电镀技术专利数据进行分析和筛选，整理出印制电路板直接电镀技术重要专利技术节点演进图，如图4所示。整体来看，直接电镀技术的发展紧紧围绕着钯系列、导电聚合物系列和碳黑系列孔金属化技术的发展。下面从钯系列、导电聚合物系列和碳黑系列孔金属化技术三个方面针对相关重要专利进行介绍。

图3 印制电路板孔金属化直接电镀技术全球主要专利申请人

图4 印制电路板孔金属化直接电镀技术发展路线

1.1 钯系列

1963年，IBM公司的Rodovsky在专利US3099608中首次提出直接电镀的基本思想，即通过在印制电路板孔壁上沉积薄薄的一层钯，然后直接在孔壁的钯层上进行电镀。该工艺的具体步骤为：在非导电薄膜上沉积金属胶体，金属可以选自钯、铜、金、银、铂、镍、钴或铁，然后在上述非导电薄膜上直接进行电镀。该项专利开创了直接电镀技术的先河，为直接电镀技术的后续发展指明了方向。1989年，希普利公司在专利US4810333中针对采用钯胶体进行直接电镀技术进行了改进，通过在非导电基材表面预先涂覆金属硫化物，从而在胶体中去除锡，使钯形成易导电的硫化钯，显著提高了导电性，同时，通过改变整孔剂，使钯-锡胶体的吸附量提高了3倍。该项专利为Crimson工艺的发展奠定了基础。1991年，思洛森科技有限公司在专利US5071517中提出采用在非导电基底上涂覆含有贵金属和锡的微细胶粒的非酸性盐溶液，可以实现直接电镀，减少了电镀液添加剂的使用。1.2 导电聚合物系列

1993年，布拉斯伯格公司在专利US5194313中首次提出采用高分子导电聚合物可以实现直接电镀，具体工艺步骤如下：将非导电基材表面在具有氧化活性的溶液中进行预处理；漂洗之后，将非导电基材放入含有至少一种吡咯、呋喃、噻吩单体的溶液中；将非导电基材放入酸性溶液中，使得上述单体发生聚合反应，从而形成导电聚合物层；之后便可进行电镀。该项专利为DMS-2工艺的发展奠定了基础。2013年，乐思公司在专利US8366901中提出在使用聚噻吩导电聚合物进行直接电镀过程中，通过有意的添加二价锰离子来消除二价锰离子的影响，可以将药液的使用寿命从七天提高到三十天，且聚噻吩导电层的导电率得到了一定提高，从而加快了电镀速率。2017年，惠州市大亚湾科翔科技电路板有限公司在专利CN106793570中提出一种线路板孔金属化的方法，具体包括以下步骤：激光定位钻孔，并调节激光照射处理，使孔壁形成通孔；在需要金属化的孔壁上覆盖导电高分子膜，并将活化粒子渗透入导电高分

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ELECTRONICS WORLD・探索与观察子膜表面，形成活化层，进行微蚀处理后再将活化粒子钝化，金属通过磁控溅射的方式在通孔表面形成镀层。这种工艺对基材本身的破坏很小，加工精度高，结合磁控溅射的方式，镀层附着性能好，工艺简单环保，适用表面非常光滑的材料。1.3 碳黑系列

1986年，欧林公司在专利US4619741中首次提出采用碳黑颗粒进行直接电镀，其采用的具体工艺步骤如下：制备包含碳黑颗粒、表面活性剂、分散剂等的碳黑溶液；将上述碳黑溶液涂敷在非导电基材表面；干燥以使得碳黑颗粒贴覆在基材表面；执行电镀以获得足够厚的金属层。该项专利为Black-Hole工艺的发展奠定了基础。2001年，电化学公司在专利US6171468中采用人造石墨进行直接电镀，其采用的具体工艺步骤如下：将非导电表面浸入含有粒径小于50微米的导电性碳粒子的溶液，在非导电表面上形成一层电阻小于1000欧姆的碳导电层，采用固定溶液将碳导电层固定在非导电表面，执行电镀以获得连续金属层。该项工艺仅经过一次石墨导电液处理，孔电阻就可以满足电镀要求，处理液能够在孔壁形成完整覆盖的导电层。该项专利为Shadow工艺的发展奠定了基础。2009年，清华大学在专利CN101394712中提出了一种黑孔化溶液，该黑孔化溶液包括：碳纳米管，表面活性剂，碱性物质和适量的液体溶剂，其中，碳纳米管经过功能化处理后，在分散剂的作用下稳定地分散于该黑孔化溶液中。采用上述黑孔化溶液处理印制线路板，在吸附较少黑孔化材料的条件下可以达到相同的导电效果，碳纳米管的功能化的方法简单，所需的化学原料易得，功能化后所产生的废液易于处理。2014年，哈尔滨工业大学在专利CN103491727中提出一种印刷电路板氧化石墨还原法进行孔导电化的方法，可以解决碳黑或石墨分散液孔导电化工艺的分散液稳定性差易于失效，在孔壁形成的碳膜层厚度大的技术问题。具体工艺如下：首先将印刷电路板放入预处理液中，处理PCB板的孔壁，使孔壁增加对氧化石墨的粘附能力；再浸入氧化石墨水溶液中，氧化石墨吸附在PCB板面及孔壁上，干燥后形成一层不导电的氧化石墨层；利用还原剂溶液，将氧化石墨还原，孔内得到导电的还原氧化石墨；微蚀铜清洗后烘干；再进行直接电镀。该方法利用氧化石墨在孔壁上在线还原使孔导电化，组分简单、处理液稳定性好、处理后导电膜层薄，不影响后续镀铜层结合力。

2 总结及展望

通过印制电路板孔金属化直接电镀技术全球专利申请现状的分析发现，美国在该领域中保持领先优势，中国近年来虽然专利申请量不断增加，但尚缺少可以独当一面的龙头企业。从直接电镀技术的发展路线来看，该项技术的重要节点均涉及目前比较成型的工艺，目前直接电镀技术的发展重点仅限于试剂溶液的优化、导电性能的提升、直接电镀生产效率的改进等。我国在该项技术方面取得突破还需要加大研发力度，提高创新意识。

与有人机相比，无人机的应用范会出现复杂的电子环境，这种问题会直接影响无人机系统的数据传输系统性能。因此为了确保无人机系统能够正常运行，就需要考虑到无人机系统的航行要求，合理选择维护保障模式，使无人机具有更强的电磁防护与抗干扰能力，这些都是维护保障中必须要考虑的问题。1.2 综合保障装备应该兼顾系统的高机动能力

为了能够取得战争的胜利，无人机系统应该具有更强的机动运行能力，所以系统的控制能力已经成为技术人员关注的重点。未来想要保证无人机设备的机动能力，在综合航电系统维护保障模式下，需要重新定义无人机操控的标准，例如在地面指挥控制中心的控制下，能够快速完成展开、收起等操作，确保飞机可以在短时间内完成快速部署。1.3 综合保障设备应该具有良好的通用性

无人机之间的协调作战对各项设备的性能提出了较高要求，而实现综合保障系统的通用化，无疑会进一步提高系统的操作管理能力。所以在维护保障中，应该尽可能地使用统一规格通电、加油等接口，并且在地面指挥中心增设控制系统备份，保证强化无人机的飞行能力。

对无人机综合航电系统维护保障模式的分析围逐渐拓展，已经被广泛的应用在定位目标、电子对抗以及服务社会生产等环节。综合保障系统无人机综合航电系统正常运行，决定了无人机的运行能力。所以在未来工作中，需要进一步了解综合航电系统的维护保障需求，寻找科学有效的保障方法，提高维护保证水平。

天津航天中为数据系统科技有限公司王靖宇

1 无人机综合航电系统对综合保障系统的需求

出于对作战保障需求，传统的无线电设备已经发生改变，高集成化的综合航电火控系统成为无人机的代表，在这种发展模式下，无人机综合航电系统对综合保障系统的需求发生改变，主要表现在以下几方面：

1.1 复杂的作战环境要求具有理想的数据链路传输

作战时期的环境十分复杂，所以为了能够保证作战胜利，就需要充分认识到特殊环境的数据传输问题。例如战时

2 无人机综合航电系统对综合保障模式的设计

2.1 合理使用二级维修体系

目前在综合保证系统完善中普遍采用了三级维修保证

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