电镀铜工艺专业介绍

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电 镀,铜 工 艺,专业介绍,电镀铜工艺,铜的特性,铜,元素符号,Cu,原子量63.5,密度8.89克/立方厘米,Cu,2+,的电化当量1.186克/安时.,铜具有良好的导电性和良好的机械性能.,铜容易活化,能够与其他金属镀层形成良好的金属-金属间键合,从而获得镀层间的良好结合力,.,电镀铜工艺的功能,电镀铜工艺,在化学沉铜层上通过电解方法沉积金属铜,以提供足够的导电性,/,厚度及防止导电电路出现发热和机械缺陷,.,电镀铜工艺的功能,电镀铜层的作用,作为孔的化学沉铜层的加厚层,通过全板镀铜达到厚度,5-8,微米,称为加厚铜,.,作为图形电镀锡或镍的底层,其厚度可达,20-25,微米,称为图形镀铜,.,（1）鍍層均勻、細致、平整、無麻點、無針孔，有良好外,觀的光亮或半光亮鍍層。,（2）鍍層厚度均勻，板面鍍層厚度與孔壁鍍層厚度之比接,近1：1。,（3）鍍層與銅基體結合牢固，在鍍後和後續工序的加工過程,中，不會出現起泡、起皮等現象。,（4）鍍層導電性好,（5）鍍層柔軟性好，延伸率不低于10%，抗張強度20-50Kg/mm,2,以保證在後工序波峰焊和熱風整平時，不至于固環氧樹脂,基材上銅鍍層的膨脹系數不同導致鍍銅層産生縱向斷裂,（環氧樹脂膨脹系數12.8,10,-5,/,銅的膨脹系數0.68,10,-5,/,),对铜镀层的基本要求,（1）有良好的分散能力和深鍍能力，即使在很低的電流 密度下，也能得到均勻細致的鍍層，以保證在印制 板的板厚孔徑比較大時，仍能達Ts:Th接近1：1。（2）電流密度範圍寬，如在赫爾槽2A下，全板鍍層均勻 一致。（3）鍍液穩定，便于維護，對雜質的容忍性高，對溫度 的容忍性高。（4）鍍液對覆銅箔板無傷害,对镀铜液的基本要求,电镀铜的原理,电,镀液组成(H,2,O+CuSO,4,.5H,2,O+H,2,SO,4,+Cl,-,+,添加剂),+,-,离子交换,直流,整流器,ne,-,ne,-,电镀上铜层,阴,极,(,受,镀物件,),镀槽,阳极,Cu Cu,2+,+ 2e,-,Cu,2+,+ 2e,-,Cu,硫酸鹽酸性鍍銅的機理,電極反應,標准電極電位,陰極： Cu,2+,+2e,Cu,。,Cu,2+,/,Cu = +0.34V,副反應,Cu,2+,+ e,Cu,。,Cu,2+,/,Cu,= +0.15V,Cu,+,+ e,Cu,。,Cu,+,/,Cu = +0.51V,陽極： Cu -2e ,Cu,2+,Cu - e ,Cu,+,2Cu,+,+ 1/2O,2,+ 2H,+,2Cu,2+,+ H,2,O,2Cu,+,+ 2,H,2,O,2CuOH,+,2H,+,2Cu,+,Cu,2+,+ Cu,Cu,2,O + H,2,O,副反應,酸性鍍銅液各成分及特性簡介,酸性鍍銅液成分, 硫酸銅（CuSO,4,.,5H,2,O),硫酸 (H,2,SO,4,),氯離子（Cl,-,),添加劑,酸性鍍銅液各成分功能, CuSO,4,.,5H,2,O：主要作用是提供電鍍所需Cu,2,及提高導電能力, H,2,SO,4,：主要作用是提高鍍液導電性能，提高通孔電鍍的均勻性。, Cl,-,：主要作用是幫助陽極溶解，協助改善銅的析出，結晶。, 添加劑：主要作用是改善均鍍和深鍍性能，改善鍍層結晶細密性。,酸性鍍銅液中各成分含量對電鍍效果的影響, CuSO,4,.,5H,2,O：濃度太低，高電流區鍍層易燒焦；,濃度太高，鍍液分散能力會降低。, H,2,SO,4,：濃度太低，溶液導電性差，鍍液分散能力差。,濃度太高，降低Cu,2+,的遷移率，電流效率反而降低，並對銅,鍍層的延伸率不利。, Cl,-,：濃度太低，鍍層出現台階狀的粗糙鍍層，易出現針孔和燒焦；,濃度太高，導致陽極鈍化，鍍層失去光澤。, 添加劑：（後面專題介紹）,操作條件對酸性鍍銅效果的影響,溫度, 溫度升高，電極反應速度加快，允許電流密度提高，鍍層沉,積速度加快，但加速添加劑分解會增加添加劑消耗，鍍層結,晶粗糙，亮度降低。, 溫度降低，允許電流密度降低。高電流區容易燒焦。防止鍍,液升溫過高方法：鍍液負荷不大于0.2A/L，選擇導電性能優,良的挂具，減少電能損耗。配合冷水機，控制鍍液溫度。,電流密度, 提高電流密度，可以提高鍍層沉積速率，但應注意其鍍層,厚度分布變差。,攪拌, 陰極移動：陰極移動是通過陰極杆的往複運動來實現,工件的移動。移動方向與陽極成一定角度。陰極移動振幅,5075mm，移動頻率1015次/分,振动与摆动,振动与摆动的主要作用是降低,diffusion layer,的厚度（增大表面张力），赶走孔内的气泡，加速孔内镀液的补充与更新，提升镀件品质。,振幅,200,m,振频 根据实际情况调节，一般振30s停20s,摆幅,56cm,摆频,1012,次/分,空氣攪拌,無油壓縮空氣流量0.3-0.8m,3,/ min.m,2,打氣管距槽底38cm，氣孔直徑2,mm,孔間距80130,mm。,孔中心線與垂直方向成45,o,角。,過濾,PP濾芯、510,m過濾精度、流量25次循環,/,小時,陽極,磷銅陽極、含磷0.04-0.065%,為何不用電解銅或無氧銅作陽极?,銅粉多，陽极泥多。,鍍層易產生毛刺和粗糙。,銅离子濃度逐漸升高，難以控制。,添加劑消耗量大。,陽极利用率低。,磷銅陽极的特色,通電后磷銅表面形成一層黑色(或棕黑)的薄膜,黑色(或棕黑色)薄膜為,Cu,3,P,又稱磷銅陽极膜,磷銅陽极膜的作用, 陽极膜本身對(,Cu,+,-eCu,2+,),反應有催化、加速作用，從而,減少,Cu,+,的積累。,陽极膜形成后能抑制,Cu,+,的繼續產生, 陽极膜的電導率為1.5,X10,4,-1,cm,-1,具有金屬導電性, 磷銅較純銅陽极化小(1,A/dm,2,P0.04-0.065%,磷銅的陽极化,比無氧銅低50,mv-80mv),不會導致陽极钝化。, 陽极膜會使微小晶粒從陽級脫落的現象大大減少, 陽极膜在一定程度上阻止了銅陽极的過快溶解,磷銅陽极的特色,当阳极电流密度0.4-1.5A/dm2时，阳极含,磷,量与黑膜生成量成线性关系，当含P0.035%-0.0.75%时，阳极铜的利用率最高，泥渣生成量最少。当P含量太低0.005%以下，虽有黑膜生成但是太薄，不足以保护铜阳极，当P含量太高时，黑 膜太厚，阳极溶解不好，阳极 泥渣多，镀液中铜浓度下降，添加剂消耗增加。,圆形钛篮铜阳极表面积估算方法,dlf /2,=3.14 d=,钛篮直径,l=,钛篮长度,f=,系数,方形钛篮铜阳极表面积估算方法,1.33lwf,l=,钛篮长度,w=,钛篮宽度,f=,系数,f,与铜球直径有关,:,直径=12,mm f=2.2,直径=15,mm f=2.0,直径=25,mm f=1.7,直径=28,mm f=1.6,直径=38,mm f=1.2,电镀铜阳极表面积估算方法,磷铜阳极材料要求规格,主成份,Cu : 99.9% min,P : 0.04-0.065%,杂质,Fe : 0.003%max,S : 0.003%max,Pb,: 0.002%max,Sb,: 0.002%max,Ni : 0.002%max,As : 0.001%max,影,響陽极溶解的因素：,陽极面積(即陽极電流密度控制在0.5,ASD-2.5ASD,之間),陽极袋 (聚丙烯),陽极及陽极袋的清洗方法和頻率,阳极袋与阳极膜,阳极袋,1.阳极袋可用PP材质，使用之前要用稀硫酸浸泡一段时间。,2.正常的阳极膜是黑色的，若呈棕色时表示阳极含磷不够，呈银灰色时表示槽液中含氯离子太多而生成了氯化铜。但这只是一般判断，尚须槽液分析辅助。,3.阳极袋的功用在于防止阳极膜的碎屑、碎铜粒掉落槽中，更换频率约为半年一次，但只要发现有破损应立即更换,添加剂对电镀铜工艺的影响,载体,-,吸附到所有受镀表面, 增加,表面 阻抗,从而改变分布不,良情况.,抑制沉积速率,整平剂,-,选择性地吸附到受镀表面,抑制沉积速率,各添加剂相互制约地起作用,.,光亮剂,-,选择性地吸附到受镀表面,降低表面阻抗,从而恶化分,布不良情况.,提高沉积速率,氯离子,-,增强添加剂的吸附,电镀层的光亮度,载体,(,c) /,光,亮剂,(,b),的机理,载体,(c),快速地吸附到所有受镀表面并均一地抑制电沉积,光亮剂,(b),吸附于低电流密度区并提高沉积速率,.,载体,(c),和光亮剂(,b),的交互作用导致产生均匀的表面光亮度,b,b,b,b,b,b,b,c,b,c,b,c,c,c,c,b,c,c,c,b,c,c,c,b,c,c,c,b,c,c,c,b,c,b,c,b,b,电镀的整平性能,光亮剂,(,b),载体,(,c),整,平剂,(,l),的机理,载体抑制沉积而光亮剂加速沉积,整平剂抑制凸出区域的沉积,整平剂扩展了光亮剂的控制范围,b c c c c c b c c c c,c,c,b,c,c,c c,b,b,b,c c,c,b,c,c,b,b c b c b c b c b c b,b,c,b,c,b,c b,b,b,b,c b,c,b,c,b,c,l b c c c b c c b l l,c,c,b,l,l,l c,b,b,b,l c,c,b,c,b,b,光亮剂和载体,光亮剂/载体/整平剂的混合,过量光亮剂,电镀铜溶液,电镀铜溶液的电导率,硫酸的浓度,温度,硫酸铜浓度,添加剂,板厚度,(L),孔径,(d),搅拌,:,提高电流密度,表面分布（均匀性）也受分散能力影响,.,电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power),电镀铜层的物理特性,延展性,当镀层厚度为,50,而镀层延展性减少,18-20%,时,需要采用活性炭处理以除去杂质,(,有机分解物,),抗张强度,通常,kg/mm,2,电镀铜溶液的控制,五水硫酸铜浓度（,60-90g/L,）,硫酸浓度,（,180-220 g/L,）,氯离子浓度（,40-80ml/L,）,槽,液温度（,20-30,）,用,C,V,S,分析添加剂,G,T,-100,浓度,镀,层的物理特性(延展性/抗张强度),分析项目,上述项目须定期分析,并维持在最佳范围内生产,电镀铜溶液的控制,赫尔槽试验 (Hull Cell Test),阴极,-,阳极+,赫尔槽结构示意图,1升容积267ml容积,AB 119mm47.6mm,BC 127mm101.7mm,CD 213mm127mm,DA 86mm63.5mm,DE 81mm63.5mm,A,B,C,D,E,F,电镀铜溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test),参数, 电流: 1-2A, 时间: 5分钟或者10分钟, 搅拌: 空气搅拌, 温度: 室温,高電流部有针点，潤濕劑(表面活性劑)不足, 工作区（3-4cm）和,高電流部发雾，光澤不足,高電流部燒焦的寬度（小于,1.5cm,）較大，金屬成分不足,高电流密度区呈条纹状沉积,整个试片光亮度降低,盐酸不足,+,+,+,+,+,+,+,+,燒焦,凹坑,模糊,電流密度,高,低,圖7.2 霍爾槽的板件例子,电镀铜溶液的控制,赫尔槽试验,电镀铜溶液的控制,延展性, 用不锈钢片在镀槽或延展性测试槽镀,上大于2mil 铜片., 再以130,o,C,把铜片烘2小时., 用延展性测试机进行测试.,电镀铜溶液的控制,热冲击测试, 以120,o,C,烘板4小时., 把板浸入288,o,C,铅锡炉10秒., 以金相切片方法检查有否铜断裂.,電鍍液維護,電鍍液会發生成分變化(變質)的。爲了調整、恢複原狀，需要補充藥品。如果有雜質的沉積，就要除掉雜質(再生)，到了不能使用時就要全量或者部分報廢，更換新鍍液。鍍液的再生采用(1)活性碳處理；(2)弱電解(拖缸)處理等。補充藥品方法有(1) 分析補充；(2)耗量補充（根据做板量自动添加）兩種。,电镀铜溶液的控制,PCB电镀铜工艺过程,全板电镀工艺过程,注：一次铜制程前板面不脏的话可以不用酸性清洁,上 料,酸性清洁剂,双水洗,浸 酸,电镀铜,下 料,双水洗,剥挂架,双水洗,上 料,各工序功能,酸性清潔劑, 除去表面污漬, 提高銅面親水性能,浸酸, 活化待電鍍銅表面并除去铜面氧化,電鍍銅, 提高孔內及線路銅层厚度，增加導電性能。,剝挂架, 剝除挂架上鍍上的銅,全板电镀工艺过程,鍍銅層的作用,作爲化學鍍銅的加厚鍍層和作爲圖形電鍍的底鍍層。, 化學鍍銅層一般0.5m2 m，必須經過電鍍銅後才可進行,下一步加工，加厚銅是全板電鍍，厚度一般在58 m。,全板电镀工艺过程,全板电镀工艺过程操作条件,酸性清洁剂-210,: 酸性清洁剂P20 ：4%-6%,温度 : 35,o,C ( 30-40,o,C),处理时间 : 5分钟 ( 4-6分钟),全板电镀工艺过程操作条件,浸,酸, 硫酸 (96%) : 5%-10%,温度 : 室温 ( 20-40,o,C),处理时间 : 1分钟 ( 0.5-2分钟),全板电镀工艺过程操作条件,电镀铜, 五水硫酸铜 : 70g/l (60-90g/l),硫酸 : 200g/L,(180-220g/l), 氯离子 : 60ppm (40-80ppm), 镀铜添加剂GT -100 : 14ml/l (整平剂8-20ml/l；光泽,剂0. 1-0.8ml/l),温度 : 25,o,C ( 20-30,o,C),处理时间 : 15分钟以上,( 根据所需厚度及电流密度),电镀铜镀层厚度估算方法,电镀铜镀层厚度估算方法(mil),= 0.0087*电镀阴极电流密度(ASD) X 电镀时间(分钟),1 mil = 25.4 m,PCB电镀铜工艺过程,图形电镀铜/锡工艺过程,图形电镀铜工艺过程,图形电镀铜工艺过程,图形电镀铜工艺过程,图形电镀铜工艺过程,图形电镀铜工艺过程,预浸酸(10% H,2,SO,4,), 减轻前处理清洗不佳对电镀锡溶液之污染., 保持电镀锡溶液中硫酸含量之稳定,。,图形电镀铜工艺过程操作条件,酸性清洁剂P20,酸性清洁剂P20 : 4%-6%,温度 : 40,o,C ( 35-45,o,C),处理时间 : 5分钟 ( 4-6分钟),图形电镀铜工艺过程操作条件,微 蚀, 过硫酸钠 : 100g/l (90-110g/l),硫酸 (96%) : 35ml/l,(20-50ml/l),温度 : 25,o,C ( 20-30,o,C),处理时间 : 1.5分钟 ( 1-2分钟),图形电镀铜工艺过程操作条件,酸浸, 硫酸 (96%) : 8%（5%-10%）,温度 : 室温 ( 20-40,o,C),处理时间 : 1分钟 ( 0.5-2分钟),图形电镀铜工艺过程操作条件,电镀铜 (PCM Plus), 五水硫酸铜 : 70g/l (60-80g/l),硫酸 : 200/l,(180-220g/l), 氯离子 : 50ppm (40-60ppm), 镀铜添加剂GT -100 : 整平剂15ml/l ,光泽剂0.3ml/l,温度 : 24,o,C ( 20-30,o,C),处理时间 :根据所需厚度及电流密度,