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电镀铜培训教材 铜的特性 铜 元素符号Cu 原子量63 5 密度8 94克 立方厘米 Cu2 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 能够与其它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热和机械缺陷 电镀示意图 硫酸盐酸性镀铜的机理 电极反应阴极 Cu2 2e Cu 副反应Cu2 e Cu Cu e Cu阳极 Cu 2e Cu2 Cu e Cu 2Cu 1 2O2 2H 2Cu2 H2O副反应2Cu 2H2O 2CuOH 2H Cu2O H2O2Cu Cu2 Cu 酸性镀铜液各成分及特性简介 酸性镀铜液成分硫酸铜 CuSO4 5H2O 硫酸 H2SO4 氯离子 Cl 电镀添加剂 酸性镀铜液各成分功能 CuSO4 5H2O 主要作用是提供电镀所需Cu2 及提高导电能力 H2SO4 主要作用是提高镀液导电性能 提高通孔电镀的均匀性 Cl 主要作用是帮助阳极溶解 协助改善铜的析出 结晶 添加剂 主要作用是改善均镀和深镀性能 改善镀层结晶细密性 酸性镀铜液中各成分含量对电镀效果的影响 CuSO4 5H2O 浓度太低 高电流区镀层易烧焦 浓度太高 镀液分散能力会降低 H2SO4 浓度太低 溶液导电性差 镀液分散能力差 浓度太高 降低Cu2 的迁移率 电流效率反而降低 并对铜镀层的延伸率不利 Cl 浓度太低 镀层出现台阶状的粗糙镀层 易出现针孔和烧焦 浓度太高 导致阳极钝化 镀层失去光泽添加剂 后面专题介绍 操作条件对酸性镀铜效果的影响 温度温度升高 电极反应速度加快 允许电流密度提高 镀层沉积速度加快 但加速添加剂分解会增加添加剂消耗 镀层结晶粗糙 亮度降低 温度降低 允许电流密度降低 高电流区容易烧焦 防止镀液升温过高方法 镀液负荷不大于0 2A L 选择导电性能优良的挂具 减少电能损耗 配合冷水机 控制镀液温度 操作条件对酸性镀铜效果的影响 电流密度提高电流密度 可以提高镀层沉积速率 但应注意其镀层厚度分布变差 搅拌阴极移动 阴极移动是通过阴极杆的往复运动来实现工件的移动 移动方向与阳极成一定角度 阴极移动振幅50 75mm 移动频率10 15次 分 操作条件对酸性镀铜效果的影响 空气搅拌无油压缩空气流量0 3 0 8m3 min m2打气管距槽底3 8cm 气孔直径2mm孔间距80 130mm 孔中心线与垂直方向成45 角 过滤PP滤芯 1 5 m过滤精度 流量2 6次循环 小时阳极磷铜阳极 含磷0 04 0 065 磷铜阳极的特色 通电后磷铜表面形成一层黑色 或棕黑 的薄膜黑色 或棕黑色 薄膜为Cu3P又称磷铜阳极膜磷铜阳极膜的作用阳极膜本身对 Cu e Cu2 反应有催化 加速作用 从而减少Cu 的积累 阳极膜形成后能抑制Cu 的继续产生阳极膜具有金属导电性磷铜较纯铜阳极化小 1A dm2P0 04 0 065 磷铜的阳极化比无氧铜低50mv 80mv 不会导致阳极钝化 阳极膜会使微小晶粒从阳极脱落的现象大大减少阳极膜在一定程度上阻止了铜阳极的过快溶解 电镀铜阳极表面积估算方法 圆形钛篮阳极表面积估算方法 Fdlf 2F 3 14d 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 33lwfl 钛篮长度w 钛篮宽度f 系数 f与铜球直径有关 直径 12mmf 2 2直径 15mmf 2 0直径 25mmf 1 7直径 28mmf 1 6直径 38mmf 1 2 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影响阳极溶解的因素阳极面积 即阳极电流密度控制在0 5ASD 1 5ASD之间 阳极袋 聚丙烯 阳极及阳极袋的清洗方法和频率 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 各添加剂相互制约地起作用 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 电镀的整平性能光亮剂 b 载体 c 整平剂 l 的机理 镀铜添加剂的作用 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 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 1mil 25 4 m 电镀铜板面镀层厚度分布评估方法 电镀铜板面镀层厚度分布评估方法 电镀铜板面镀层厚度分布评估方法 电镀铜板面镀层厚度分布评价标准 整缸板CoV 12 为合格 电镀铜溶液的分散能力 ThrowingPower 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 纵横比 板厚inch 孔径inch 搅拌 提高电流密度表面分布也受分散能力影响 电镀铜溶液的分散能力 ThrowingPower 电镀铜溶液的分散能力 ThrowingPower ThrowingPower 电镀铜溶液的控制 分析项目 硫酸铜浓度 硫酸浓度 氯离子浓度 槽液温度 用CVS分析添加剂浓度 镀层的物理特性 延展性 抗张强度 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 HullCellTest 参数电流 2A时间 10分钟搅拌 空气搅拌温度 室温 电镀铜溶液的控制 赫尔槽试验 HullCellTest 高电流密度区烧焦 中高电流密度区无光泽酸铜光泽剂含量非常低改正方法 添加0 2 0 3ml l的酸铜光泽剂HULLCELL图样如下页图 赫尔槽试验 HullCellTest 赫尔槽试验 HullCellTest 仅高电流密度区烧焦 试片的其它区域仍然正常 仅酸铜光泽剂低改正方法 添加0 1 0 2ml l酸铜光泽剂HULLCELL图样如下页图 赫尔槽试验 HullCellTest 赫尔槽试验 HullCellTest 赫尔槽试验 HullCellTest 高电流密度区呈不适当氯离子含量条纹沉积 整个试片光亮度降低 改正方法 分析氯离子含量 如有需要请作调整 HULLCELL图样如下页图 赫尔槽试验 HullCellTest 赫尔槽试验 HullCellTest 赫尔槽试验 HullCellTest 严重污染改正方法 添加平整剂对抑制此现象可能有帮助 溶液必须安排作活性炭处理HULLCELL图样如下页图 赫尔槽试验 HullCellTest 电镀液维护 电镀液维护电镀液会发生成分变化 变质 的 为了调整 恢复原状 需要补充药品 如果有杂质的沉积 就要除掉杂质 再生 到了不能使用时就要全量或者部分报废 更换新镀液 镀液的再生采用 1 活性碳处理 2 弱电解 拖缸 处理等 补充药品方法有 1 分析补充 2 定量补充两种 电镀槽液的维护 问题1 板子正反两面镀层厚度不均 可能原因1 板子两面的电镀面积不一致 尤其当一面是接地层面而另一面是线路面时以正反排板方式将板子两面的待镀面积加以调整或适当增加DUMMYPAD 2 可能是某一边阳极之线缆系统导电不良所致检查及改善 问题2 镀层过薄 可能原因1 电镀过程中 电流或时间不足确认板子面积以决定总电流的大小 并确认电流密度及时间之无误 2 板子与挂架或挂架与阴极杆的接触导电不良检查整流器 板子等所有的电路接点 问题3 全板面镀铜之厚度分布不均 可能原因1 阳极篮与阴极板面的相对位置不当 以非破坏性的厚度量测法详细了解其全面厚度之差异 根据镀层厚度量测的结果重新安排阳极的位置 2 阳极接点导电不良 使用钳形表定期检查每一支阳极与阳极杆是否接触良好 清洁所有接点 并确保阳极杆所有接点的电位降落 VoltageDrop 都要相同 3 镀液中硫酸浓度不足 导电不良 检查硫酸浓度并调整至最佳值 问题4 镀铜层烧焦 1 电流密度过高或电镀面积不均匀 导致板面上局部电流密度超过局限电流 降低所用之电流 在高电流密度区增加辅助阴极板 以吸收多余的电流2 镀液搅拌不当或板架往复搅拌不足 利用循环过滤及低压空气进行搅拌 配合阴极杆往复摆动 与板面垂直 搅拌 检查阴极之间的距离 在电流密度为30ASF的情况下 其距离至少应为15公分 3 在操作电流密度下的铜离子浓度过低维持铜离子的应有浓度或降低电流密度4 硫酸浓度过高稀释槽液维持一定的酸浓度5 槽液温度过低冬天须加热槽液 最佳的操作温度通常介于22 26 之间 问题5 镀铜层烧焦 6 各添加剂含量已失去平衡 添加适用于高CD之添加剂 以减少烧焦 添加适用于低电流密度这之添加剂 以减少板面烧焦 线路 在正式添加大槽前应先于小槽内试验添加剂的性能 7 阳极过长或数量过多 阳极长度应比板架略短2 3英寸 将阳极袋绑紧 自槽液中移走部分阳极棒 阳极对阴极的面积比不应该超过2 18 槽液搅拌太弱加强搅拌 问题6 镀铜层出现凹点 1 镀铜槽中空气搅拌不足或不均匀增加空气搅拌并确保均匀分布2 槽液遭到油渍污染进行活性炭处理及过滤 确认污染来源并加以杜绝3 过滤不当持续过滤槽液以去除任何可能的污染物 4 镀槽内特定位置出现微小气泡可能是过滤泵有空气残存 设法改善 问题7 添加剂未能发挥应有功用 1 阳极产生极化现象 整流器通常会出现电压升高与电流下降现象 调整阳 阴极面积比为2 1 2 检查槽液温度是否太高 3 调整好各种参数后 再将阳极取出彻底洗净 然后进行假镀 以使重新建立一层阳极膜 2