崔开放，钟良*，代竟雄

（西南科技大学制造科学与工程学院，四川绵阳 621000）

随着电子元件小型化的迅速发展，高度集成化以及大容量数字化信息的传输使电磁干扰和信息泄漏问题日益突出[1]。大功率和布局不合理的电子线路都会产生较强的磁场，因而需要增强电子线路本身的电磁屏蔽性能，抑制其对仪器内部的电磁干扰[2]。

当前的电磁屏蔽电子线路多通过在电路板上涂覆屏蔽功能涂层而制得，即采用丝印法在线路绝缘层上印刷铜浆导电层，干燥后再印刷绝缘保护层[3]。该法所得保护层具有较好的电磁屏蔽效能，但无法只针对线路进行覆盖，原料消耗量较大。本文结合激光诱导化学镀铜[4]和激光诱导化学镀 Ni–P–Cu合金[5]两种方法，先通过激光诱导化学镀铜在ABS塑料表面制得铜电子线路，然后以激光诱导Ni–P–Cu合金化学镀，制得具有良好屏蔽性能的电子线路。

1 实验

1.1 ABS塑料表面预处理

基体为10cm×10cm×2mm的黑色ABS塑料块，由上海锦湖日丽塑料有限公提供。主要预处理步骤为：除油(Na2CO330g/L，Na3PO420g/L，NaOH20g/L，60°C，8～10min)→酸洗(80mL/L 硫酸溶液，室温，5min)→粗化(MnO250g/L，磷酸与硫酸体积比为 1.5∶1，60°C，25min)→超声波清洗(5min)→室温干燥。

1.2 铜线路的制备

用刷子蘸取 10g/L CuSO4·5H2O+30g/L NaH2PO2·H2O 活化液，涂覆基体表面 1 次，在常温下放置 8～10min，待部分水分蒸发后即可在基体表面得到透明的活化层。采用CAD软件绘制线路图形(线宽0.5mm)，以图片形式输入深圳市宝利旺商贸有限公司的DK-8-KZ型蓝光激光雕刻机(功率1W，波长450nm)，调整图片到合适大小，然后以光斑直径0.1mm和扫描速率12mm/s对基体进行扫描活化。用清水清洗后进行化学镀铜，在ABS塑料表面得到铜线路，配方和工艺条件为：CuSO4·5H2O6g/L，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)25g/L，甲醛 20mL/L，硫脲 0.5mg/L，NaOH6g/L，十二烷基硫酸钠(SDS)20mg/L，pH 12～13，温度 30°C，时间 60min。

1.3 屏蔽层的制备

用清水清洗施镀好的铜线路，常温干燥。用刷子蘸取 10g/L NiSO4·6H2O+40g/L NaH2PO2·H2O 活化液，涂覆基体表面2次，每次涂覆后在常温下放置8～10min。按照线路图形，以光斑直径0.1mm和扫描速率1～10mm/s对铜线路表面进行扫描活化。用清水清洗后化学镀Ni–Cu–P，配方和工艺条件为：NiSO4·6H2O28g/L，CuSO4·5H2O0.04g/L，NaH2PO2·H2O20g/L，乙酸钠 15g/L，乳酸 20g/L，硫脲 0.1mg/L，pH5，温度 80°C，时间 30min。

1.4 性能测试与表征

采用德国Carl Zeiss NTS GmbH的Ultra55型高分辨冷场发射扫描电子显微镜(SEM)观察基体各阶段的表面形貌，并用其附带的能谱仪(EDS)分析激光活化后的铜线路表面成分。

采用广州四探针科技有限公司的RTS-8型数字式四探针测试仪测量镀层的电阻率。

采用北京鼎容实创科技有限公司的 DR-S02型法兰同轴屏蔽效能测试仪测试镀层的电磁屏蔽性能。将基体制成内径1.5mm、外径3.5mm的圆环，在圆环的其中一面镀上厚度为15μm的Ni–P–Cu合金镀层，然后采用法兰同轴屏蔽效能测试仪测试镀层的电磁屏蔽性能。军工技术领域要求对高频信号(100MHz～1GHz)的屏蔽效能在 60～120dB 范围内[6]。

采用热循环试验检测镀层的结合力。将镀件先后放入 80°C水浴 60min、20°C水浴 30min和0°C水浴60min，反复进行3次，若镀层无起皮、发皱等现象，则结合力良好。

采用青岛远大光机科技有限公司的AMM-6型正置金相显微镜的目镜测微尺(规格0.1mm×0.1mm)计算线路表面Ni–P–Cu合金镀层的覆盖面积。按式(1)计算合金镀层的覆盖率X，以此作为激光活化效果的评价指标。

式中，x1为镀层覆盖面积(单位：mm2)；x2为激光扫描面积(单位：mm2)。

2 结果与讨论

2.1 激光扫描速率对铜线路化学镀Ni–P–Cu前激光活化效果的影响

从图1可以看出，激光扫描速率为1～5mm/s时，线路镀层表面被Ni–P–Cu合金镀层完全覆盖，说明激光能量达到了使活化层充分反应所需的能量。但当激光扫描速率高于5mm/s时，线路镀层表面没有Ni–P–Cu合金沉积，说明激光能量不足以使活化层达到反应温度。为提高工艺效率，取激光扫描速率为5mm/s。

2.2 铜镀层化学镀Ni–P–Cu合金前后的表面形貌

从图2可以看出，铜线路表面晶粒棱角分明，主要呈三角锥形；激光活化后，铜线路表面附着一层20nm 左右的胞状微粒；化学镀 Ni–P–Cu合金后，铜线路表面被 Ni–P–Cu合金镀层完全覆盖，且合金镀层的晶胞大小均匀，结构紧密。从图3a可知，活化后线路表面出现了Ni，这是由于活化液中的Ni2+在激光热效应作用下被还原为 Ni单质[7]，也就是活化后的铜线路表面附着的胞状微粒。从图 3b可知，化学镀所得Ni–P–Cu合金镀层含铜6.51%(质量分数)。

图1 激光扫描速率对活化效果的影响Figure 1 Effect of laser scanning rate on activation

图2 铜线路活化前后及化学镀Ni–P–Cu合金后的表面SEM照片Figure 2 SEM images of the copper circuits before and after activation and electroless Ni–P–Cu alloy plating

图3 铜线路活化后及化学镀Ni–P–Cu合金后的EDS谱图Figure 3 EDS spectra of copper circuits after activation and electroless Ni–P–Cu alloy plating, respectively

2.3 屏蔽功能线路的性能

采用四探针测试仪测得屏蔽功能线路的电阻率为3.72×10−8Ω·m，与纯铜在20°C下的标准电阻率(1.75×10−8Ω·m)在同一数量级，说明线路的导电性良好。

采用法兰同轴系统测得 Ni–P–Cu 合金镀层对高频信号(100MHz～1GHz)的屏蔽效能接近 80dB，满足军工技术的要求。

从图4可以看出，铜线路和屏蔽功能线路经结合力检测后，镀层表面无起皮、发皱等现象，说明镀层与基体结合紧密。

图4 结合力检测后的线路照片Figure 4 Photos of copper circuits after adhesion test

3 结论

先通过涂覆 10g/L NiSO4·6H2O+40g/L NaH2PO2·H2O 混合溶液对铜线路表面进行预活化，再以光斑直径0.1mm和扫描速率5mm/s进行激光活化，最后进化学镀Ni–P–Cu合金。所得线路表面均匀致密，与基体间结合良好，电磁屏蔽性能满足军工技术的要求。