化学沉铜工艺知识讲解-PPT

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,第,*,页,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,第,*,页,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,单击此处编辑母版标题样式,化学沉铜工艺知识,2014-11-02,目录,一、目的,二,、工艺流程,三、工艺流程简介,四、质量问题处理,五、,case,分析,一、沉铜的目的,沉铜，又称孔金属化（,PTH),，使双面或多层印制板层间导线的联通，它是利用化学沉积的方法在钻孔后的孔壁上沉上一层薄薄的化学铜，为后续的电镀铜提供导电性。,Before PTH,After PTH,After Plating,二、工艺流程,CIRCUPOSIT 253,沉铜,MLB 211,膨松,Neutralizer 216,中和,Conditioner,233,调整,Generic Microetch,微蚀,CATAPREP 404,预浸,CATAPOSIT 44,活化,Acc19,加速,Conditioner,1175,除油,Promoter 214,除胶渣,Desmear,除胶渣,Electroless,Copper,化学沉铜,使孔壁上的胶渣软化、膨松,.,溶解孔壁少量树脂及粘附孔壁内的胶渣,。,将除胶渣后残留的高锰酸钾盐除去,.,除掉铜表面轻微的手印、油渍、氧化等,使孔壁呈正电荷后，提高孔壁对钯的吸附,防止板子带杂质、水分进入昂贵的活化槽,使胶体钯微粒均匀吸附到板面和孔壁上,剥去胶体钯微粒外层的,Sn+4,外壳,露出,钯核,形成孔化时的反应中心,。,以露出的钯核为反应中心,沉积上微细颗粒,化学铜层,实现孔壁金属,粗化铜箔表面,增强铜面与孔化之间的结合,Deburr,去毛刺,等离子处理,磨板,plamsa,特殊板材的除胶渣、表面活化,.,去除孔口披风、清洗孔内粉尘,三、工艺流程简介,-Deburr,1,去毛刺简介,1.1,目的,去除孔口毛刺，清洁孔内残余的钻屑及粉尘，去除铜面氧化。,1.2,基本流程,酸洗,水磨（针辘磨板）,超声波水洗,高压水洗,酸洗：去除铜面的氧化。,热风吹干：将板面吹干。,（+水洗）,（+水洗）,水磨（针辘磨板）,：使用水加,针辘磨刷来去除,孔口毛刺,高压水洗：,清洁孔内钻屑、粉尘,。,热风吹干,超声波水洗：清洁孔内钻屑、粉尘，主要针对小 孔或厚板。,三、工艺流程简介,-Plasma,2,等离子处理简介,2.1,等离子体技术在,pcb,制造过程中的应用,2.1.1 PTFE,、,PI,材料的表面改性,（亲水性）,表面改性包括两方面的作用：,1,材料表面物理改性，主要通过等离子的蚀刻作用使材料表面粗糙，而粗糙的表面具有比光滑的表面大得多的比表面积。,2,材料表面的化学改性，通过等离子体的蚀刻作用使材料表面的化学建发生断裂，再通过化学交联反应，再断键的部位接枝上亲水基团（主要包括,NH2,-HO,）使材料具有亲水性。整个过程其实包括两个方面的改性，即表面物理结构改性和表面化学特性改性。,三、工艺流程简介,-Plasma,2.1.2,去钻污（针对特殊板材）,去钻污主要针对的是,Desmear,难以去除的板材类型，包括含碳氢化合物板材、,H-Tg,板材等。,从图可以清晰的看出，等离子处理后的板材可以做出三面包夹的效果，更好的增强了可靠性。,2.1.3,电镀夹膜的处理,2.1.4,去除激光钻孔后的碳膜,三、工艺流程简介,-Plasma,2.2,等离子设备,2.2.1,等离子设备简图,典型的等离子设备包括：真空室、电,极、射频发生器、真空泵。其它辅助设备,还包括：冰水机等。如右图。,2.2.2,参数控制,在等离子体处理，如下工艺参数合理选择起了很重要的作用：气体种类和混合比例；功率；加工时间；工作室真空压力；气体流量；温度。,2.2.3,检测项目,大家有疑问的，可以询问和交流,可以互相讨论下，但要小声点,三、工艺流程简介,-Desmear,3,除胶渣工艺,3.1,胶渣的由来,钻孔时，玻璃环氧树脂与钻嘴，在高速旋转剧烈磨擦的过程中，局部温度上升至200,o,C,以上，超过树脂的,Tg,值（130,o,C,左右）。致使树脂被软化熔化成为胶糊状而涂满孔壁；冷却后便成了胶渣（,Smear).,3.2,胶渣的危害,1.,对多层板而言，内层导通是靠平环与孔壁连接 的，钻污的存在会阻止这种连接。出现“互连分离”或“孔壁分离”质量问题。,2.,对双面板而言，虽不存在内层连接问题，但孔壁铜层若建立在不坚固的胶渣上，在热冲击或机械冲击情况下，易出现拉离问题。,三、工艺流程简介,-Desmear,3,除胶渣工艺,3.3,除胶渣方法介绍,三、工艺流程简介,-Desmear,3.3.1,MLB,膨松剂 211,使孔壁上的胶渣得以软化，膨松并渗入树脂聚合后之交联处，从而降低其键结的能量，使易于进行树脂的溶解。,三、工艺流程简介,-Desmear,3.3.2,MLB,除钻污剂 214（主要成分高锰酸钾,+,液碱）,作用：,高锰酸钾,具有,强氧化性，在高温及强碱的条件下，与树脂发生化学反应,使其,分解溶去。,反应原理：,4,M,n,O,4,-,+,有机树脂+4,OH,-,4 M,n,O,4,2-,+CO,2,+2H,2,O,附产物的生成：,KMnO,4,+OH,-,K,2,MnO,4,+H,2,O+O,2,K,2,MnO,4,+H,2,O MnO,2,+KOH+O,2,MnO,2,是一种不溶性的泥渣状沉淀物,。,附产物的再生：,由于工作液中存在,MnO,2,将严重影响槽,液的寿命，并影响除胶渣的质量，故必须抑制其浓度，一般控制在低于25,g/L,的浓度工作。,维持低浓度锰酸根最有效的办法是氧化再生成有用的高锰酸根离子。,三、工艺流程简介,-Desmear,再生电极,：,结构截面示意图,电解再生器外观图,再生原理,三、工艺流程简介,-Desmear,3.3.3,MLB,中和剂,216,（酸性强还原剂）,作用：,能将残存在板面或孔壁死角处的二氧化锰或高锰酸盐中和除去；,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,4.,沉铜工艺,4.1,流程,4.2,设备要求,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,4.3,各药水槽功能简介,4.3.1,清洁剂,1175,（碱性除油）,作用：,能有效地除去线路板表面及孔壁轻微氧化物及轻微污渍(如手指印等).如果孔壁和铜箔表面有油污，会影响化学镀铜层的结合力，甚至沉积不上铜。所以必须要进行清洁处理。,工艺参数控制,:,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,工艺参数控制,:,4.3.2,调整剂（,233,）处理,作用,：,调整孔壁表面的静电荷，通常钻孔后的板，孔壁带负电荷，不利于随后吸附带负电荷的胶体钯催化剂。实际上调整剂是在清洁剂的基础上中添加阳离子型的表面活性剂。,调整剂的控制直接影响沉铜的背光效果.,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,4.3,各药水槽功能简介,4.3.3,微蚀剂（过硫酸纳系列）,作用：,除去板子铜面上的氧化物及其它杂质。粗化铜表面，增强铜面与电解铜的齿结能力,微蚀前,微蚀,后,微蚀,后铜面状况,反应式：,Cu+S,2,O,8,2-,Cu,2+,+2SO,4,2-,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,微蚀中可能出现的问题,：,微,蚀不足,：,微,蚀不足将导致基铜与铜镀层附着力不良,.,微,蚀过度,：,微,蚀过度将导致在通孔出现反常形状(,见图点,A,和点,B),.,这种情况将导致化,学铜的额外沉积并出现角裂（负凹蚀）。,槽液污染,：,氯,化物和有机物残渣的带入会降低蚀铜量.清洁-调整剂后需保证良好的,清洗。,工艺参数控制,:,注：各分析项目都是为了控制微蚀量,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,4.3.4,预浸（,c/p404,）处理,作用,：防止板子带杂质污物进入昂贵的钯槽。,防止板面太多的水量带入钯槽而导致局部 解。防止活化液的浓度和,PH,发生变化。预活化槽与活化槽除了无钯之外，其它完全一致,。,工艺参数控制,:,注：,Cu,离子含量偏高会带到活化槽，造成活化液的分解与沉淀,比重是表征预浸液含量,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,4.3.5,活化,cat44,处理（胶体靶）,作用,：在绝缘基体上吸附一层具有催化能力的金属颗粒，使经过活化的基体表面具有催化还原金属的能力，从而使后续的化学镀铜反应在整个催化处理过的基体表面顺利进行。,活化的控制直接影响沉铜的背光效果。,胶体钯：钯液中的,Pd，,是以,SnPd,7,Cl,16,胶团存在的。,SnPd,7,Cl,16,的产生 是,PdCl,2,与,SnCl,2,在酸性环境中经一系列的反应而最后产生的。,活化后的孔壁：,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,水的带入,：,胶,体,Pd,由,额外的氯离子和,Sn,2+,维持稳定,.,如果有水的带入,将会导致胶体,Pd,的分解.,活化液的比重通过404溶液控制.,氧化,:,空,气的氧化作用能导致胶体,Pd,的分解,因而要注意循环过滤系统不能出现漏气,;,不,要使用溢流循环,.;,定时释放过滤器里的空气,.,工艺参数控制,:,注：没有鼓气，防止氧化；,钯含量每月外发罗门哈斯分析一次，要求,90-110ppm,活化槽容易出现的问题：,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,4.3.6,加速,acc19,处理,(,氟硼酸,HFB4,系列,),作用,：,剥去,P,d,外层的,Sn,+4,外壳，露出,P,d,金属；,清除松散不实的钯团或钯离子、原子等,。,加速槽的控制影响沉铜的背光效果，处理不足或过度均会造成背光不良。,反应式：,工艺参数控制,:,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,4.3.7,沉铜（,253,系列）药水简介,作用,：,为了使孔壁的树脂以及玻璃纤维表面沉上一层铜，为后续的电镀加厚铜提供导电性。,分类（按沉积厚度）：,.,薄 铜：10 20,u,“,(0.25 0.5,u,m),（我司采用）,中速铜：40 60,u,(1 1.5,u,m),厚化铜：80 100,u,(2 2.5,u,m),组成成分（,253,系列）：,铜盐：硫酸铜；,还原剂：甲醛；,PH,值调节剂：氢氧化钠；甲醛在强碱条件下才能具有还原性。,络合剂：,EDTA(,乙二胺四乙酸二钠)；保证铜离子不会在碱性条件下沉淀，呈离子态。,稳定剂：保证化学铜溶液不会自然分解。,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,反应式：,1,）主反应：,产生反应的基本条件：,a),甲醛的还原能力取决于溶液中的碱性强弱程度；,b,）在强碱条件下要保证铜离子不会沉淀，需要加足够的络合剂（因络合剂在反应过程中并不消耗，所以反应式中省略了络合剂）,c,）从反应式可以看出，每沉积,1M,的铜要消耗,2M,的甲醛，,4M,氢化钠。要保持化学镀铜速率恒定和化学镀铜层的质量，必须及时补加相应消耗的部分。（使用自动添加器）,d,）只有在催化剂,pd,的存在条件下才能沉积出金属铜，新沉积的金属铜本身就是一种催化剂，所以在活化处理过的表面，一旦发生化学镀铜反应，此反应可以在新生 的铜面上继续进行。利用这一特性可以沉积出任意厚度的铜。,pd,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,2,）副反应：,加有甲醛的化学镀铜液，不管使用与否，都会产生以下两个副反应：,a),产生,Cu,2,O,，进而会形成铜颗粒。,要抑制反应,2,的产生，避免产生铜颗粒，就需要不断在沉铜溶液中通入氧气（鼓气）,b,）甲醛和,NaOH,之间的化学反应，称为康尼查罗反应。,化学铜溶液中一旦加入甲醛，上述反应即开始了。不管是属于使用状态还是静置状态，都会一直在反应。所以化学铜溶液停止后重新启用时，需重新调整,PH,值，补加甲醛。,1,2,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,工艺参数控制,:,注：上述分析项目均影响化学沉铜沉积速率。其中浓度控制采用的是自动添加系统、,自动添加系统、,三、工艺流程简介,-,沉铜工艺,4.3.8,化学沉铜品质检定方法及标准,背光试验,1.定期抽取样本，切取试验孔。,2.用钻石刀把样本切割在孔的中线。,3.然后放在光源上，再用放大镜检查。,4.检定标准为,8,