作者：周会才 杨密
（湖北格志电子科技有限公司，湖北 孝感 518126）
摘要：结合对本公司的黑孔工艺在行业的应用实际，通过对比三种工艺：黑孔，PTH（化学沉铜）和高分子（导电膜）的产成品经288℃三次漂锡的切片放大图，得出黑孔工艺更可靠的结论。并根据在行业的应用实践，从品质，环保，便捷，成本，适应性五个方面进行了对比阐述，建议PCB板厂在项目改扩建时考虑采取黑孔工艺进行孔金属化（直接电镀）的方案。
关键词：黑孔，PTH（化学沉铜），高分子（导电膜），孔金属化
Feasibility of black hole technology applied to PCB
Abstract：Combined with the application of the company's black hole technology in the industry, the conclusion is that the black hole process is more reliable by comparing the three processes: black hole, PTH (chemical copper precipitation) and polymer (conductive film) by the section enlarged drawing of 288 ℃ tin drift for three times. According to the application practice in the industry, the paper compares and expounds the quality, environmental protection, convenience, cost and adaptability. It is suggested that the PCB Factory should consider the scheme of hole metallization (direct plating) by black hole technology in the project reconstruction and expansion.
Key words：Black hole, PTH, Conductive film, Hole metallization
黑孔化工艺最早始于1986年美国Hunt公司公开的专利：用分散的碳粉悬浊液对孔壁进行处理， 而后电镀。这是第一次将碳应用于孔金属化处理。该工艺被称为“BlackHole”—黑孔。随后该技术转售麦德美公司，并沿用至今【1】。国内是在近几年才迅速发展，主要用于FPC柔性板和BT灯板，用于PCB硬板的案例并不少见。我公司根据目前自有及同行产品在市场上的应用情况，作初步的分析探讨，供线路板行业从业者参考和指正。
软性线路板简称软板也叫挠性线路板（FPC），是一种主要由CU (Copper foil) ( E.D.或 R.A.铜箔)、A (Adhesive) （压克力及环氧树脂热固胶）和PI (Kapton，Polyimide）(聚亚胺薄膜)构成的电路板，具有节省空间、减轻重量及灵活性高等许多优点，在生产生活中都有极为广泛的应用【2】。BT灯板（LED散热基板、led铝基板等）主要是指厚度在1mm及以内，已BT为基材的硬板。这两种板材都有一个共同点就是薄，软性线路板普遍在0.1mm以内，BT硬板为1mm以内，孔普遍为通孔，无盲孔和埋孔。
黑孔的原理是通过调整后带有正电荷的孔壁通过库仑力吸引具有负电荷的分散悬浊液中的颗粒。经过烘干后，在孔壁上形成石墨覆盖的导电层。而后就可以进行酸性直接电镀铜。这种孔壁和颗粒间相互吸引的作用，实质上是有机官能团发生化学反应。调整剂中可以含有是带有含氮的杂环化合物，并且碳上带当石墨颗粒与孔壁接触后，在合适的条件下，a调整剂的碳环打开与b发生脱水交联反应。而后石墨微粒通过化学键较好的与孔壁结合。发生交联反应后的结构图如图1所示【3】。黑孔工艺通过水刀灌孔，确保碳黑进入孔内并吸附，然后经热风干燥，牢固的与基板结合。FPC和BT灯板的厚径比（纵横比）相对较小，一般小于10:1，所以碳黑能进入到孔内得到均匀完整的涂布，从而确保了镀铜后铜层不会出现孔破【3】。图3：黑孔前后孔壁碳黑涂布对比图，可见黑孔孔内均匀涂布一层碳黑。
从目前的工艺实践可知，市面上PCB硬板的制造大部分采用的还是传统的PTH（含水平和垂直两种），特别是HDI的制造。我们根据客户现场的反馈，总结原因如下（欢迎补充）：B、HDI板存在盲孔，碳粉无法均匀分布到盲孔中，容易出现孔破；C、黑孔工艺不适用于部分高厚径比（纵横比）的硬板；
根据黑孔工艺的客户情况，黑孔用于PCB硬板的客户的实际分布如下：
由于BT灯板的厚度普遍不超过1mm，孔径大于等于0.2mm，黑孔工艺对这类产品的适应性好，目前该细分市场采用黑孔工艺的厂家数量越来越多了，在华南和华中市场已经成为了孔金属化（直接电镀）主流方案，因此不再赘述。
简单硬板因为厚径比（纵横比）较小，在目前的工艺实践中，可靠性和工艺性其实优于传统的PTH和高分子（导电膜）。但市场接受度不高，目前在华南和华北有成功的案例，且数量在增加。但在华东，除开PTH，以高分子（导电膜）占主流，黑孔工艺还属于推广说服阶段。下表是我公司黑孔工艺用于简单硬板的漂锡试验（288℃）结果对比，试验的线路板板材为FR-4。试验结果对比：第一次漂锡，三者都算正常；第二次漂锡，PTH出现了局部铜层断开的的异常；第三次漂锡后，只有黑孔保持正常，PTH和高分子（导电膜）的孔壁都被破坏掉。从对比试验可以得出经黑孔工艺处理后的铜层与孔壁的结合力更好，不弱于传统的化学沉铜。我们认为出现这种结果的原因是因为相比化学沉铜，黑孔不需要一次铜，且碳粉中的石墨与基材形成了牢固的交联结构，所以没有常见的化铜层和电镀铜层的分界，导致黑孔处理后的铜层与基材结合力优于化学沉铜【2】。
黑孔工艺用于复杂的HDI板的工艺实践目前只是在实验室进行，批量上线的案例不多见，主流方案仍是以水平PTH为主，但与黑孔工艺相近的日蚀工艺和黑影有用于HDI的成功案例。我公司曾有做过16层HDI，切片图见图4，因客户要求6次炸锡，出现局部铜层开裂。
总结公司客户案例（服务产线50条以上），黑孔工艺相对于PTH和导电膜的工艺优缺点主要体现在四个方面：品质高，更环保，更便捷，成本低，适应性广。品质高：PTH与导电膜工艺为复杂的化学反应，受各种反应条件的影响易出现产品品质不稳定，产品一致性差（需要复杂的分析、管控）。黑孔工艺为物理性吸附反应，品质稳定性高，产品一致性好，有效减少孔破现象，孔铜与面铜结合力好，可耐三次以上热冲击漂锡试验。更环保：PTH（化学镀铜），化学药剂成分复杂，主要含强碱、强酸、强氧化物、氯化物、络合物、甲醛和重金属，污水处理困难，环境友好度差，成本高。导电膜，含有高锰酸钠、强氧化物，污水处理困难（含高锰酸钠的红色废水需要长时间进行曝气处理才能消除颜色），环境友好度差。黑孔，化学药剂成分简单，不含强氧化物、氯化物、络合物、甲醛和重金属，污水处理简单，用水量约为PTH的1/10，成本低。更便捷：PTH（化学镀铜），需要一次铜环节，工序周期长。导电膜，聚合温度高（80℃以上），升温所需时间长，槽液维持时间短（7-15天），换槽频繁。黑孔，水平线生产，从入板到出板约15分钟，可取代一次铜工序，工序生产时间缩短，大大提供生产效率（经客户反馈正常生产板约提前4小时交期）。成本低：按照每月1万平方米/月；自来水单价5元/吨；污水处理15元/吨；铜的价格7万元/吨，工业用电1元/度的标准，对三种工艺进行测算发现：PTH每月的用水量约为2000吨，一铜线用水量为2000吨，则用水成本8万元/月；黑孔线用水量为200吨，用水成本为4000元/月，每月可节约用水成本7.6万元。一次铜每平米上铜量5-8微米，约为125克，铜消耗成本约为8.75万元，考虑到蚀刻液电解回收以及二次镀铜需较原二次镀铜加厚5微米左右等因素，综合计算节约一次铜成本每平米6元。黑孔工艺每平米耗电量约为1.5度，PTH约为2.5度，导电膜约为2.3度，综合能耗最低，相比PTH节约1万元，相比导电膜节约0.8万元。适应性广：可适应FR-4、CEM-3、高频板（聚四氟乙烯）、聚酰亚胺等材质，满足柔性板（FPC），硬板PCB双面板及多层板等多种产品的工艺需要，通过设备优化可生产厚径比（纵横比）可达到15：1的线路板。
通过我公司黑孔系列产品在PCB孔金属化（直接电镀）的应用总结来看，黑孔工艺能满足市面上大部分PCB硬板、软板和软硬结合板的要求。从环保，成本和品质的角度，建议PCB板厂在项目改扩建时考虑采取黑孔工艺进行孔金属化（直接电镀）的方案。
【1】遇世友，李宁，汪浩，黎德育.黑孔化直接电镀技术的发展与展望【J】.电镀与环保,2015.9
【2】林定皓.电路板湿制程技术与应用【M】2019
【3】遇世友，李宁，谢金平.以石墨为导电基质的黑孔化新技术【J】.印制电路信息,2012 No.7
湖北格志电子科技有限公司是一家专注于电子线路板行业湿制程化学药剂的研发制造销售的专业化学品公司，核心产品为黑孔，石墨暗影，电镀填孔等系列产品。公司研制的黑孔系列产品目前在国内服务产线超50条，以优异的品质和超高的性价比获得广大客户的高度认可。
周会才，2008年进入PCB 制造行业,主要从事PCB/FPC湿制程药水配方研发及现场技术服务,现任职于湖北格志电子科技有限公司。
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