PCB電鍍銅錫工藝課件

1、電鍍銅/錫工藝1 大多數(shù)化學(xué)品具有 某些化學(xué)品具有 當(dāng)混合某些化學(xué)品時 當(dāng)干燥或混合某些化學(xué)品時“如有疑問需查證”工業(yè)安全2電鍍銅工藝3電鍍銅工藝銅的特性銅,元素符號Cu,原子量63.5,密度8.89克/立方厘米,Cu2+的電化當(dāng)量1.186克/安時.銅具有良好的導(dǎo)電性和良好的機械性能.銅容易活化,能夠與其他金屬鍍層形成良好的金屬-金屬間鍵合,從而獲得鍍層間的良好結(jié)合力.4電鍍銅工藝的功能電鍍銅工藝在化學(xué)沉銅層上通過電解方法沉積金屬銅,以提供足夠的導(dǎo)電性/厚度及防止導(dǎo)電電路出現(xiàn)熱和機械缺陷.5電鍍銅工藝的功能電鍍銅層的作用作為孔的化學(xué)沉銅層的加厚層,通過全板鍍銅達到厚度5-8微米,稱為加厚銅.

2、作為圖形電鍍錫或鎳的底層,其厚度可達20-25微米,稱為圖形鍍銅.6電鍍銅的原理電鍍液組成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加劑)+-離子交換直流整流器ne-ne-電鍍上銅層陰極(受鍍物件)鍍槽陽極Cu Cu2+ + 2e- Cu2+ + 2e- Cu 7硫酸鹽酸性鍍銅的機理電極反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電極電位陰極： Cu2+ +2eCu 。 Cu2+ / Cu = +0.34V副反應(yīng) Cu2+ + eCu 。 Cu2+ / Cu = +0.15V Cu+ + eCu 。 Cu+ / Cu = +0.51V陽極： Cu -2e Cu2+ Cu - e Cu+ 2Cu+ + 1/2O2 +

3、2H+ 2Cu2+ + H2O 2Cu+ + 2 H2O 2CuOH + 2H+ 2Cu+ Cu2+ + Cu Cu2O + H2O副反應(yīng)8酸性鍍銅液各成分及特性簡介 酸性鍍銅液成分 硫酸銅（CuSO4.5H2O) 硫酸 (H2SO4) 氯離子（Cl-) 添加劑9酸性鍍銅液各成分功能 CuSO4.5H2O：主要作用是提供電鍍所需Cu2及提高導(dǎo)電能力 H2SO4：主要作用是提高鍍液導(dǎo)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(xié)助改善銅的析出，結(jié)晶。 添加劑：主要作用是改善均鍍和深鍍性能，改善鍍層結(jié)晶細密性。10酸性鍍銅液中各成分含量對電鍍效果的影響 CuSO4.5H2O：濃

4、度太低，高電流區(qū)鍍層易燒焦； 濃度太高，鍍液分散能力會降低。 H2SO4：濃度太低，溶液導(dǎo)電性差，鍍液分散能力差。 濃度太高，降低Cu2+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(xiàn)臺階狀的粗糙鍍層，易出現(xiàn)針孔和燒焦； 濃度太高，導(dǎo)致陽極鈍化，鍍層失去光澤。 添加劑：（後面專題介紹）11 操作條件對酸性鍍銅效果的影響溫度 溫度升高，電極反應(yīng)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(jié) 晶粗糙，亮度降低。 溫度降低，允許電流密度降低。高電流區(qū)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(dǎo)電性能

5、優(yōu) 良的掛具，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(yīng)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桿的往複運動來實現(xiàn) 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12 空氣攪拌 無油壓縮空氣流量0.3-0.8m3 / min.m2 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45o角。過濾PP濾芯、510m過濾精度、流量25次循環(huán)/小時 陽極磷銅陽極、含磷0.04-0.065% 操作條件對酸性鍍銅效果的影響13 磷銅陽極的特色 通電后磷銅表面形成

6、一層黑色(或棕黑)的薄膜 黑色(或棕黑色)薄膜為Cu3P又稱磷銅陽極膜 磷銅陽極膜的作用 陽極膜本身對(Cu+-eCu2+)反應(yīng)有催化、加速作用，從而 減少Cu+的積累。 陽極膜形成后能抑制Cu+的繼續(xù)產(chǎn)生 陽極膜的電導(dǎo)率為1.5X104 -1 cm-1具有金屬導(dǎo)電性 磷銅較純銅陽極化小(1A/dm2 P0.04-0.065%磷銅的陽極化 比無氧銅低50mv-80mv)不會導(dǎo)致陽極鈍化。 陽極膜會使微小晶粒從陽極脫落的現(xiàn)象大大減少 陽極膜在一定程度上阻止了銅陽極的過快溶解14 圓形鈦籃銅陽極表面積估算方法 dlf /2=3.14 d=鈦籃直徑 l=鈦籃長度 f=系數(shù) 方形鈦籃銅陽極表面積估算方

7、法 1.33lwf l=鈦籃長度 w=鈦籃寬度 f=系數(shù) f與銅球直徑有關(guān): 直徑=12mm f=2.2 直徑=15mm f=2.0 直徑=25mm f=1.7 直徑=28mm f=1.6 直徑=38mm f=1.2電鍍銅陽極表面積估算方法15磷銅陽極材料要求規(guī)格 主成份Cu : 99.9% minP : 0.04-0.065% 雜質(zhì)Fe : 0.003%max S : 0.003%maxPb : 0.002%maxSb : 0.002%maxNi : 0.002%maxAs : 0.001%max16 影響陽極溶解的因素 陽極面積(即陽極電流密度控制在0.5ASD-1.5ASD之間) 陽極袋

8、 (聚丙烯) 陽極及陽極袋的清洗方法和頻率17添加劑對電鍍銅工藝的影響 載體 -吸附到所有受鍍表面, 增加 表面 阻抗,從而改變分布不 良情況. 抑制沉積速率 整平劑 -選擇性地吸附到受鍍表面 抑制沉積速率各添加劑相互制約地起作用. 光亮劑 - 選擇性地吸附到受鍍表面, 降低表面阻抗,從而惡化分 布不良情況. 提高沉積速率 氯離子 -增強添加劑的吸附18電鍍層的光亮度 載體 (c) /光亮劑 (b)的機理 載體(c)快速地吸附到所有受鍍表面并均一地抑制電沉積 光亮劑(b)吸附于低電流密度區(qū)并提高沉積速率. 載體(c)和光亮劑(b)的交互作用導(dǎo)致產(chǎn)生均勻的表面光亮度bbbbbbbcbcbcccc

9、bcccbcccbcccbcccbcbcb b19電鍍的整平性能光亮劑(b),載體(c),整平劑(l)的機理載體抑制沉積而光亮劑加速沉積整平劑抑制凸出區(qū)域的沉積整平劑擴展了光亮劑的控制范圍b c c c c c b c c c cccbccc cbbbc ccbccbb c b c b c b c b c bbcbcbc bbbbc bcbcbcl b c c c b c c b l lccblll cbbbl ccbcbb光亮劑和載體光亮劑/載體/整平劑的混合過量光亮劑20 電鍍銅鍍層厚度估算方法(mil) 電鍍陰極電流密度(ASD) X 電鍍時間(分鐘) / 114 1 mil = 25.

10、4 m電鍍銅鍍層厚度估算方法21 電鍍銅溶液電鍍銅溶液的電導(dǎo)率硫酸的濃度溫度硫酸銅濃度添加劑板厚度(L),孔徑(d)L2/d ：（板厚 inch）2 /（孔徑 inch） 攪拌: 提高電流密度 表面分布也受分散能力影響.電鍍銅溶液的分散能力(Throwing Power)22電鍍銅板面鍍層厚度分布評估方法電鍍銅溶液和電鍍線的評價23xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-12122x/5x/24x/5x-12電鍍銅溶液和電鍍線的評價24電鍍銅板面鍍層厚度分布評估方法 電鍍銅板面鍍層厚度分布評價標(biāo)準(zhǔn): 整缸板 CoV 12% 為合格電鍍銅溶液和電鍍線的評價25 Throw

11、ing Power 的測定方法電鍍銅溶液的分散能力(Throwing Power)電鍍銅溶液和電鍍線的評價26 Throwing Power 的測定方法電鍍銅溶液和電鍍線的評價27電鍍銅溶液和電鍍線的評價 延展性 用不銹鋼片在鍍槽或延展性測試槽鍍上2mil 銅片. 再以130oC把銅片烘2小時. 用延展性測試機進行測試.28測試步驟(1)裁板16x18(2) 進行鉆孔；(3) 經(jīng)電鍍前處理磨刷；(4) Desmear + PTH + 電鍍；(5) 經(jīng)電鍍后處理的板清洗烘干；(6) 每片板裁上、中、下3小片100mm x 100mm測試板； 熱沖擊測試電鍍銅溶液和電鍍線的評價29 熱沖擊測試 以

12、120oC烘板4小時. 把板浸入288oC鉛錫爐10秒. 以切片方法檢查有否銅斷裂.電鍍銅溶液和電鍍線的評價30電鍍銅溶液的控制硫酸銅濃度硫酸濃度 氯離子濃度槽液溫度用Hull Cell監(jiān)控添加劑含量鍍層的物理特性(延展性/抗張強度) 分析項目上述項目須定期分析,并維持在最佳范圍內(nèi)生產(chǎn)31電鍍銅溶液的控制 赫爾槽試驗 (Hull Cell Test)陰極-陽極+32電鍍銅溶液的控制 赫爾槽試驗(Hull Cell Test)參數(shù) 電流: 2A 時間: 10分鐘 攪拌: 空氣攪拌 溫度: 室溫33電鍍銅溶液的控制 赫爾槽試驗(Hull Cell Test) 高電流密度區(qū)燒焦,中高電流密度區(qū)無光澤

13、-Copper Gleam 125T-2(CH) Additive 非常低改正方法:添加2-3ml/l Copper Gleam 125T-2(CH) Additive34電鍍銅溶液的控制 赫爾槽試驗(Hull Cell Test)僅高電流密度區(qū)燒焦,試片的其它區(qū)域仍然正常-Copper Gleam 125T-2(CH) Additive 低改正方法:添加1ml/l Copper Gleam 125T-2(CH) Additive35電鍍銅溶液的控制 赫爾槽試驗(Hull Cell Test)高電流密度區(qū)呈不適當(dāng)氯離子含量條紋沉積,整個試片光亮度降低改正方法:分析氯離子含量,如有需要請作調(diào)整3

14、6電鍍銅溶液的控制 赫爾槽試驗(Hull Cell Test)嚴重污染改正方法:添加3-10ml/l 125T-2(CH) Additive 對抑制此現(xiàn)象可能有幫助. 溶液必須安排作活性炭處理37電鍍工藝過程38電鍍工藝過程39電鍍銅工藝過程40Copper Gleam 125T-2(CH)銅添加劑41Copper Gleam 125T-2(CH)銅添加劑42Copper Gleam 125T-2(CH)銅添加劑43Copper Gleam 125T-2(CH)銅添加劑44Copper Gleam 125T-2(CH)銅添加劑45Copper Gleam 125T-2(CH)銅添加劑46Cop

15、per Gleam 125T-2(CH)銅添加劑47Copper Gleam 125T-2(CH)銅添加劑48Copper Gleam 125T-2(CH)銅添加劑49Copper Gleam 125T-2(CH)銅添加劑50電鍍線配線及設(shè)備保養(yǎng)方法51電鍍線配線方法52電鍍線配線方法53電鍍線配線方法54電鍍線配線方法55電鍍線配線方法56電鍍線配線方法57電鍍線配線方法58電鍍線藥液配制及保養(yǎng)方法59電鍍線藥液配制及保養(yǎng)方法60電鍍線藥液配制及保養(yǎng)方法61電鍍線藥液配制及保養(yǎng)方法62電鍍線藥液配制及保養(yǎng)方法63電鍍線藥液配制及保養(yǎng)方法64電鍍線藥液配制及保養(yǎng)方法65電鍍線藥液配制及保養(yǎng)方法

16、66電鍍線設(shè)備保養(yǎng)方法67電鍍線設(shè)備保養(yǎng)方法68電鍍線設(shè)備保養(yǎng)方法69電鍍線設(shè)備保養(yǎng)方法70問題及解決方法71電鍍銅問題及解決方法問題1. 各鍍銅層間附著力不良問題2. 二次銅(線路鍍銅)出現(xiàn)局部漏鍍或階梯鍍問題3. 板子正反兩面鍍層厚度不均問題4. 鍍層過薄問題5. 全板面鍍銅之厚度分布不均問題6. 鍍液槽面起泡問題7. 通孔銅壁出現(xiàn)破銅問題8. 鍍銅層燒焦問題9. 鍍銅層表面長瘤問題10. 鍍銅層出現(xiàn)凹點問題11. 鍍層厚度分布不均勻問題12. 鍍層出現(xiàn)條紋狀問題13. 鍍層脆裂問題14. 鍍層抗拉強度過低問題15. 鍍層晶格結(jié)構(gòu)過大問題16. 無機物污染問題17. 添加劑未能發(fā)揮應(yīng)有功用

17、問題18. 添加劑消耗過快72 問題1. 各鍍銅層間附著力不良73 問題1. 各鍍銅層間附著力不良 (續(xù))74 問題2. 二次銅(線路鍍銅)出現(xiàn)局部漏鍍或階梯鍍75問題2. 二次銅(線路鍍銅)出現(xiàn)局部漏鍍或階梯鍍(續(xù))76問題3. 板子正反兩面鍍層厚度不均77 問題4. 鍍層過薄78 問題5. 全板面鍍銅之厚度分布不均79 問題5. 全板面鍍銅之厚度分布不均(續(xù))80 問題6. 鍍液槽面起泡81 問題7. 通孔銅壁出現(xiàn)破洞82 問題7. 通孔銅壁出現(xiàn)破洞(續(xù))83 問題8. 鍍銅層燒焦84 問題8. 鍍銅層燒焦(續(xù))85 問題8. 鍍銅層燒焦(續(xù))86 問題9. 鍍銅層表面長瘤(尤以孔口最易出

18、現(xiàn)銅瘤)87 問題9. 鍍銅層表面長瘤(尤以孔口最易出現(xiàn)銅瘤)88 問題10. 鍍銅層出現(xiàn)凹點89 問題10. 鍍銅層出現(xiàn)凹點90 問題11. 鍍層厚度分布不均勻91 問題11. 鍍層厚度分布不均勻 (續(xù))92 問題11. 鍍層厚度分布不均勻(續(xù))93 問題12. 鍍層出現(xiàn)條紋狀94 問題12. 鍍層出現(xiàn)條紋狀(續(xù))95 問題13. 鍍層脆裂(Brittle Copper Plating)96 問題13. 鍍層脆裂(Brittle Copper Plating)(續(xù))97 問題14. 鍍層抗拉強度(Tensile Strength)過低98 問題15. 鍍層晶格結(jié)構(gòu)過大99 問題16. 無機物

19、污染100 問題17. 添加劑未能發(fā)揮應(yīng)有功用101 問題18. 添加劑消耗過快102RHEM 電鍍錫工藝103圖形電鍍銅/錫工藝過程 電鍍錫 為堿性蝕刻提供抗蝕層. 104電鍍錫工藝 錫的特性 錫,元素符號Sn,原子量118.69,密度7.31克/立方厘米,Sn2+的電化當(dāng)量2.213克/安時. 錫具有良好的抗堿性蝕刻性能. 錫能夠用硝酸基溶液退除而退除時對銅層侵蝕較小.105電鍍錫工藝的功能 電鍍錫層的作用 作為堿性蝕刻的抗蝕層,形成良好的線路圖形,其厚 度控制在5-10微米.106電鍍錫的原理電鍍液組成(H2O+SnSO4+H2SO4+添加劑)+-離子交換直流整流器ne-ne-電鍍上錫層

20、陰極(受鍍物件)鍍槽陽極Sn Sn2+ + 2e- Sn2+ + 2e- Sn 107電鍍錫工藝108 電鍍錫的陽極過程 Sn - 2e Sn2+標(biāo)準(zhǔn)電極電位 ：o Sn/Sn2+ = -0.136V電鍍錫工藝109純錫陽極材料要求規(guī)格 主成份 Sn : 97.50-99.99% 雜質(zhì) As : 0.030%max Al: 0.005%max Sb : 0.500%max Cu: 0.300%max Au : 0.200%max Ag: 0.100%max Fe : 0.020%max Zn: 0.005%max Ni : 0.010%max Cd: 0.005%max Bi : 0.250%max In: 0.100%max S : 0.005%max P : 0.010%max110 電錫的陰極過程 錫鍍液中的離子 H+、SO42-、Sn2+、Sn4+ 電極反應(yīng) 2 H+ + 2e H2 Sn2+ + 2e Sn電鍍錫工藝111 影響陰極過程的因素 硫酸亞錫的濃度: 35-45克/升 硫酸的濃度: 90-110毫升/升 添加劑的含量: EC Part A 15-25毫升/升 EC Part B 30-50毫升/升 電流密度: 1-2安培/平方分米 循環(huán)過濾情況: 1-5微米PP濾芯,4-8 次循環(huán)/小時 鍍液溫度: 18-25oC