電鍍銅工藝PPT

1、1,電 鍍 銅 工 藝 蘇州麥特隆特用化學(xué)品有限公司,2,電鍍銅工藝,銅的特性 銅,元素符號(hào)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(shí). 銅具有良好的導(dǎo)電性和良好的機(jī)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.,3,電鍍銅工藝的功能,電鍍銅工藝 在化學(xué)沉銅層上通過(guò)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)發(fā)熱和機(jī)械缺陷.,4,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(guò)全板鍍銅達(dá)到厚度5-8微米,稱(chēng)為加厚銅. 作為圖形電鍍錫或鎳的底層,其厚度可達(dá)20-25微米

2、,稱(chēng)為圖形鍍銅.,5,（1）鍍層均勻、細(xì)致、平整、無(wú)麻點(diǎn)、無(wú)針孔，有良好外 觀(guān)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(jié)合牢固，在鍍後和後續(xù)工序的加工過(guò)程 中，不會(huì)出現(xiàn)起泡、起皮等現(xiàn)象。 （4）鍍層導(dǎo)電性好 （5）鍍層柔軟性好，延伸率不低于10%，抗張強(qiáng)度20-50Kg/mm2, 以保證在後工序波峰焊和熱風(fēng)整平時(shí)，不至于固環(huán)氧樹(shù)脂 基材上銅鍍層的膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致鍍銅層産生縱向斷裂 （環(huán)氧樹(shù)脂膨脹系數(shù)12.810-5 / ,銅的膨脹系數(shù)0.68 10-5 /),對(duì)銅鍍層的基本要求,6,（1）有良好的分散能力和深鍍能力，即使在很低的

3、電流 密度下，也能得到均勻細(xì)致的鍍層，以保證在印制 板的板厚孔徑比較大時(shí)，仍能達(dá)Ts:Th接近1：1。 （2）電流密度範(fàn)圍寬，如在赫爾槽2A下，全板鍍層均勻 一致。 （3）鍍液穩(wěn)定，便于維護(hù)，對(duì)雜質(zhì)的容忍性高，對(duì)溫度 的容忍性高。 （4）鍍液對(duì)覆銅箔板無(wú)傷害,對(duì)鍍銅液的基本要求,7,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(yáng)極,Cu Cu2+ + 2e-,Cu2+ + 2e- Cu,8,硫酸鹽酸性鍍銅的機(jī)理,電極反應(yīng) 標(biāo)準(zhǔn)電極電位 陰極： Cu2+ +2eCu 。 Cu2

4、+ / Cu = +0.34V 副反應(yīng) Cu2+ + eCu 。 Cu2+ / Cu = +0.15V Cu+ + eCu 。 Cu+ / Cu = +0.51V 陽(yáng)極： Cu -2e Cu2+ Cu - e Cu+ 2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ 2Cu2+ + H2O 2Cu+ + 2 H2O 2CuOH + 2H+ 2Cu+ Cu2+ + Cu,Cu2O + H2O,副反應(yīng),9,酸性鍍銅液各成分及特性簡(jiǎn)介, 酸性鍍銅液成分 硫酸銅（CuSO4.5H2O) 硫酸 (H2SO4) 氯離子（Cl-) 添加劑,10,酸性鍍銅液各成分功能, CuSO4.5H2O ：主要作用是提供電鍍所需Cu

5、2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(yáng)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(xì)密性。,11,酸性鍍銅液中各成分含量對(duì)電鍍效果的影響, CuSO4.5H2O ：濃度太低，高電流區(qū)鍍層易燒焦； 濃度太高，鍍液分散能力會(huì)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(duì)銅 鍍層的延伸率不利。 Cl- ：濃度太低，鍍層出現(xiàn)臺(tái)階狀的粗糙鍍層，易出現(xiàn)針孔和燒焦； 濃度太高，導(dǎo)致陽(yáng)極鈍化，鍍層失去光澤。 添加劑 ：（後面專(zhuān)

6、題介紹）,12,操作條件對(duì)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(huì)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(guò)高方法：鍍液負(fù)荷不大于0.2A/L，選擇導(dǎo)電性能優(yōu) 良的掛具，減少電能損耗。配合冷水機(jī)，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(dòng)：陰極移動(dòng)是通過(guò)陰極桿的往複運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn) 工件的移動(dòng)。移動(dòng)方向與陽(yáng)極成一定角度。陰極移動(dòng)振幅 5075mm，移動(dòng)頻率1015次/分,13,振動(dòng)與擺動(dòng),振動(dòng)與擺動(dòng)的主

7、要作用是降低diffusion layer的厚度（增大表面張力），趕走孔內(nèi)的氣泡，加速孔內(nèi)鍍液的補(bǔ)充與更新，提升鍍件品質(zhì)。 振幅 200m 振頻 根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)，一般振30s停20s 擺幅 56cm 擺頻 1012次/分,14, 空氣攪拌 無(wú)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(xiàn)與垂直方向成45o角。 過(guò)濾 PP濾芯、510m過(guò)濾精度、流量25次循環(huán)/小時(shí) 陽(yáng)極 磷銅陽(yáng)極、含磷0.04-0.065%,15,為何不用電解銅或無(wú)氧銅作陽(yáng)極?, 銅粉多，陽(yáng)極泥多。 鍍層易產(chǎn)生毛刺和粗糙。 銅離子濃度逐漸升高，難以

8、控制。 添加劑消耗量大。 陽(yáng)極利用率低。,16,磷銅陽(yáng)極的特色, 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Cu3P又稱(chēng)磷銅陽(yáng)極膜 磷銅陽(yáng)極膜的作用 陽(yáng)極膜本身對(duì)(Cu+-eCu2+)反應(yīng)有催化、加速作用，從而 減少Cu+的積累。 陽(yáng)極膜形成后能抑制Cu+的繼續(xù)產(chǎn)生 陽(yáng)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(yáng)極化小(1A/dm2 P0.04-0.065%磷銅的陽(yáng)極化 比無(wú)氧銅低50mv-80mv)不會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極鈍化。 陽(yáng)極膜會(huì)使微小晶粒從陽(yáng)級(jí)脫落的現(xiàn)象大大減少 陽(yáng)極膜在一定程度上阻止了銅陽(yáng)極的過(guò)快溶解,17,磷銅陽(yáng)極的特色,當(dāng)陽(yáng)極電流密度0

9、.4-1.5A/dm2時(shí)，陽(yáng)極含磷量與黑膜生成量成線(xiàn)性關(guān)系，當(dāng)含P0.035%-0.0.75%時(shí)，陽(yáng)極銅的利用率最高，泥渣生成量最少。當(dāng)P含量太低0.005%以下，雖有黑膜生成但是太薄，不足以保護(hù)銅陽(yáng)極，當(dāng)P含量太高時(shí)，黑 膜太厚，陽(yáng)極溶解不好，陽(yáng)極 泥渣多，鍍液中銅濃度下降，添加劑消耗增加。,18, 圓形鈦籃銅陽(yáng)極表面積估算方法 dlf /2 =3.14 d=鈦籃直徑 l=鈦籃長(zhǎng)度 f=系數(shù) 方形鈦籃銅陽(yáng)極表面積估算方法 1.33lwf l=鈦籃長(zhǎng)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

10、 f=1.6 直徑=38mm f=1.2,電鍍銅陽(yáng)極表面積估算方法,19,磷銅陽(yáng)極材料要求規(guī)格, 主成份 Cu : 99.9% min P : 0.04-0.065% 雜質(zhì) Fe : 0.003%max S : 0.003%max Pb : 0.002%max Sb : 0.002%max Ni : 0.002%max As : 0.001%max,20,影響陽(yáng)極溶解的因素：, 陽(yáng)極面積(即陽(yáng)極電流密度控制在0.5ASD-2.5ASD之間) 陽(yáng)極袋 (聚丙烯) 陽(yáng)極及陽(yáng)極袋的清洗方法和頻率,21,陽(yáng)極袋與陽(yáng)極膜,陽(yáng)極袋 1.陽(yáng)極袋可用PP材質(zhì)，使用之前要用稀硫酸浸泡一段時(shí)間。 2.正常的陽(yáng)極膜

11、是黑色的，若呈棕色時(shí)表示陽(yáng)極含磷不夠，呈銀灰色時(shí)表示槽液中含氯離子太多而生成了氯化銅。但這只是一般判斷，尚須槽液分析輔助。 3.陽(yáng)極袋的功用在于防止陽(yáng)極膜的碎屑、碎銅粒掉落槽中，更換頻率約為半年一次，但只要發(fā)現(xiàn)有破損應(yīng)立即更換,22,添加劑對(duì)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(qiáng)添加劑的吸附,23,電鍍層的光亮度 載體 (c) /光亮劑

12、(b)的機(jī)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,b,b,b,b,b,b,b,cb,cb,c,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,cb,cb,b,24,電鍍的整平性能 光亮劑(b),載體(c),整平劑(l)的機(jī)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(kuò)展了光亮劑的控制范圍,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

13、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,光亮劑和載體,光亮劑/載體/整平劑的混合,過(guò)量光亮劑,25, 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) 攪拌: 提高電流密度 表面分布（均勻性）也受分散能力影響.,電鍍銅溶液的分散能力(Throwing Power),26,電鍍銅層的物理特性, 延展性 當(dāng)鍍層厚度為50而鍍層延展性減少18-20%時(shí),需要采用活性炭處理以除去雜質(zhì)(有機(jī)分解物) 抗張

14、強(qiáng)度 通常 kg/mm2,27,電鍍銅溶液的控制,五水硫酸銅濃度（60-90g/L） 硫酸濃度 （180-220 g/L ） 氯離子濃度（40-80ml/L） 槽液溫度（20-30） 用CVS分析添加劑GT-100濃度 鍍層的物理特性(延展性/抗張強(qiáng)度), 分析項(xiàng)目,上述項(xiàng)目須定期分析,并維持在最佳范圍內(nèi)生產(chǎn),28,電鍍銅溶液的控制, 赫爾槽試驗(yàn) (Hull Cell Test),陰極-,陽(yáng)極+,29, 赫爾槽結(jié)構(gòu)示意圖,1升容積 267ml容積 AB 119mm 47.6mm BC 127mm 101.7mm CD 213mm 127mm DA 86mm 63.5mm DE 81mm 63.

15、5mm,A,B,C,D,E,F,30,電鍍銅溶液的控制, 赫爾槽試驗(yàn)(Hull Cell Test)參數(shù) 電流: 1-2A 時(shí)間: 5分鐘或者10分鐘 攪拌: 空氣攪拌 溫度: 室溫,31, 高電流部有針點(diǎn)，潤(rùn)濕劑(表面活性劑)不足 工作區(qū)（3-4cm）和高電流部發(fā)霧，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 高電流密度區(qū)呈條紋狀沉積,整個(gè)試片光亮度降低,鹽酸不足,+,+,+,+,+,+,+,+,燒焦,凹坑,模糊,電流密度,高,低,圖7.2 霍爾槽的板件例子,電鍍銅溶液的控制, 赫爾槽試驗(yàn),32,電鍍銅溶液的控制, 延展性, 用不銹鋼片在鍍槽或延展性測(cè)試槽鍍上大于2mi

16、l 銅片. 再以130oC把銅片烘2小時(shí). 用延展性測(cè)試機(jī)進(jìn)行測(cè)試.,33,電鍍銅溶液的控制, 熱沖擊測(cè)試, 以120oC烘板4小時(shí). 把板浸入288oC鉛錫爐10秒. 以金相切片方法檢查有否銅斷裂.,34,電鍍液維護(hù) 電鍍液會(huì)發(fā)生成分變化(變質(zhì))的。爲(wèi)了調(diào)整、恢複原狀，需要補(bǔ)充藥品。如果有雜質(zhì)的沉積，就要除掉雜質(zhì)(再生)，到了不能使用時(shí)就要全量或者部分報(bào)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(bǔ)充藥品方法有 (1) 分析補(bǔ)充；(2)耗量補(bǔ)充（根據(jù)做板量自動(dòng)添加）兩種。,電鍍銅溶液的控制,35,PCB電鍍銅工藝過(guò)程, 全板電鍍工藝過(guò)程 注：一次銅制程前板面不

17、臟的話(huà)可以不用酸性清潔,上 料,酸性清潔劑,雙水洗,浸 酸,電鍍銅,下 料,雙水洗,剝掛架,雙水洗,上 料,36, 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銅面氧化 電鍍銅 提高孔內(nèi)及線(xiàn)路銅層厚度，增加導(dǎo)電性能。 剝掛架 剝除掛架上鍍上的銅,全板電鍍工藝過(guò)程,37, 鍍銅層的作用 作爲(wèi)化學(xué)鍍銅的加厚鍍層和作爲(wèi)圖形電鍍的底鍍層。 化學(xué)鍍銅層一般0.5m2 m，必須經(jīng)過(guò)電鍍銅後才可進(jìn)行 下一步加工，加厚銅是全板電鍍，厚度一般在58 m。,全板電鍍工藝過(guò)程,38,全板電鍍工藝過(guò)程操作條件, 酸性清潔劑-210,: 酸性清潔劑P20 ：4%-6% 溫度 :

18、 35oC ( 30-40oC) 處理時(shí)間 : 5分鐘 ( 4-6分鐘),39,全板電鍍工藝過(guò)程操作條件, 浸 酸, 硫酸 (96%) : 5%-10% 溫度 : 室溫 ( 20-40oC) 處理時(shí)間 : 1分鐘 ( 0.5-2分鐘),40,全板電鍍工藝過(guò)程操作條件, 電鍍銅, 五水硫酸銅 : 70g/l (60-90g/l) 硫酸 : 200g/L (180-220g/l) 氯離子 : 60ppm (40-80ppm) 鍍銅添加劑GT -100 : 14ml/l (整平劑8-20ml/l；光澤 劑0. 1-0.8ml/l) 溫度 : 25oC ( 20-30oC) 處理時(shí)間 : 15分鐘以上 ( 根據(jù)所需厚度及電流密度),41,電鍍銅鍍層厚度估算方法,電鍍銅鍍層厚度估算方法(mil) = 0.0087*電鍍陰極電流密度(ASD) X 電鍍時(shí)間(分鐘) 1 mil = 25.4 m,42,PCB電鍍銅