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印刷线路板化铜电镀工艺及技术 Contents 1 线路板的结构及技术要求 1 Build up层线宽2 Build up层线距3 Core层线宽4 Core层线距5 盲孔孔径6 盲孔内层孔环 7 盲孔外层孔环8 通孔孔径9 通孔孔环10 Build up层厚度11 Core层厚度 多层PCB的结构 印刷电路板各种产品的技术规格要求 1 TentingProcess 干膜盖孔法 适用于PCB FPC HDI等量产最小线宽 线距35 35 m2 Semi AddictiveProcess 半加成法 适用于WBSubstrate FlipChipSubstrate量产最小线宽 线距12 12 m3 ModifiedSemi AddictiveProcess 改良型半加成法 适用于CSP WBSubstrate FlipChipSubstrate量产最小线宽 线距25 25 m 线路形成工艺的种类及应用范围 TentingProcess 干膜盖孔法 介绍 普通PCB HDI FPC及SubstrateCore层等产品 使用的基材为FR 4 难燃性环氧树脂覆铜板 RCC 涂覆树脂覆铜板 FCCL 柔性基材覆铜板 等材料 RCC FCCL FR 4 线路形成工艺的种类及应用范围 SAP 半加成法 与MSAP 改良型半加成法 介绍 SAP与MSAP工艺采用Build up工艺制作 其中SAP的主要材料为ABF AjinomotoBuild upFilm 和液态树脂 MSAP工艺的主要材料为超薄铜覆铜板 基材为BT FR 5等 铜厚 5 m ABF材料 BUM液态树脂 覆铜板 线路形成工艺的种类及应用范围 盖孔法 干膜前处理 压膜 曝光 显影 蚀刻 去膜 化学沉铜 干膜前处理 压膜 曝光 显影 镀铜 化学清洗 去膜 闪蚀 减薄铜蚀刻 干膜前处理 压膜 曝光 显影 镀铜 化学清洗 去膜 闪蚀 SAP MSAP 线路形成工艺的种类及应用范围 TentingProcess 干膜盖孔法 介绍 前处理 压膜 曝光 显影 蚀刻 去膜 目的 清洁铜面 粗化铜面 增加干膜与铜面的结合力 目的 将感光干膜贴附在铜面上 目的 将设计的影像图形通过UV光转移到PCB的干膜上 目的 将设计的影像图形通过UV光转移到PCB的干膜上 目的 将没有覆盖干膜的铜面去除 目的 将铜面残留的干膜去除 线路形成工艺的种类及应用范围 SAP 半加成法 与MSAP 改良型半加成法 介绍 SAP与MSAP工艺的区别是 SAP的基材上面是没有铜层覆盖的 在制作线路前需在线路表面沉积一层化学铜 约1 5 m 然后进行显影等工艺 MSAP基材表面有厚度为3 5 m厚度的电解铜 制作线路前需用化学药水将铜层厚度咬蚀到2 m 目的 将可感光的干膜贴附于铜面上 目的 将设计之影像图形 转移至基板的干膜上 目的 将没有曝到光之干膜去除 目的 将化铜层蚀刻掉 目的 将多余的干膜去除 目的 将显影后之线路镀满 线路形成工艺的种类及应用范围 ABF熟化后的膜厚约在30 70 m之间 薄板者以30 40 m较常用一般双面CO2雷射完工的2 4mil烧孔 其孔形都可呈现良好的倒锥状 无铜面之全板除胶渣 Desmearing 后 其全板面与孔壁均可形成极为粗糙的外观 化学铜之后对细线路干膜的附着力将有帮助 雷射成孔及全板面式除胶渣 覆晶载板除胶渣的动作与一般PCB并无太大差异 仍然是预先膨松 Swelling 七价锰 Mn 7 溶胶与中和还原 Reducing 等三步 不同者是一般PCB只处理通孔或盲孔的孔壁区域 但覆晶载板除了盲孔之孔壁外 还要对全板的ABF表面进行整体性的膨松咬蚀 为的是让1 m厚的化铜层在外观上更形粗糙 而令干膜光阻与电镀铜在大面积细线作业中取得更好的附着力 ABF表面完成0 3 0 5 m化学铜之后即可进行干膜光阻的压贴 随后进行曝光与显像而取得众多线路与大量盲孔的镀铜基地 以便进行线路镀铜与盲孔填铜 咬掉部份化铜后完成线路 完成填充盲孔与增厚线路的镀铜工序后 即可剥除光阻而直接进行全面性蚀该 此时板面上非线路绝缘区的化学铜很容易蚀除 于是在不分青红皂白全面铳蚀下 线路的镀铜当然也会有所消磨但还不致伤及大雅 所呈现的细线不但肩部更为圆滑连底部多余的残足也都消失无踪 品质反倒更好 此等一视同仁通面全咬的蚀该法特称为DifferentialEtching 此六图均为SAP3 2 3切片图 左上为1mil细线与内核板之50倍整体画面 中上为200倍明场偏光画面 右上为暗场1000倍的呈现 其黑化层清楚可见 左下为1000倍常规画面 中下为200倍的暗场真像 右下为3000倍ABF的暗场画面 底垫为1 3oz铜箔与厚电镀铜 铜箔底部之黄铜层以及盲孔左右之活化钯层与化铜层均清晰可见 传统的PTH PTH孔金属化 工艺流程 功能 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 溶胀 使树脂易被高锰酸盐蚀刻攻击高锰酸盐蚀刻 去除钻污和树脂还原 除去降解产物和清洁 处理表面 清洁 蚀刻玻璃 只有三个工艺步骤 溶胀 还原 高锰酸盐蚀刻 去钻污前 去毛刺后 各种类型PCB的状态通孔和微盲孔中的钻污 铜箔 树脂 内层 多层 RCC FR 4板 裸树脂板 RCC箔 内层底盘 玻璃纤维 钻污 钻污 芯 钻污 钻污 FR 4 SAP膜 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG SBU SequentialBuild upTechnology 工艺流程 溶胀 使树脂易受高锰酸盐蚀刻液的最佳攻击并保障环氧树脂 Tg 150 C 表面的微观粗糙度 溶胀 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 溶胀 通孔和微盲孔中溶胀之后的钻污 溶胀之后 溶胀剂 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 溶胀 溶胀之前 0秒 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 溶胀 溶胀150秒之后 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 溶胀 溶胀240秒之后 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 工艺流程 碱性高锰酸盐蚀刻 高锰酸盐蚀刻溶液除去内层 铜 表面的钻污 清洁孔壁并且粗化 Tg 150 C 的环氧树脂之表面 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 碱性高锰酸盐蚀刻 高锰酸盐蚀刻之后 高锰酸盐蚀刻 蚀刻通孔和微盲孔的表面 CH4 12MnO4 14OH CO32 12MnO42 9H2O O2 2MnO42 2H2O MnO2 OH O2 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG MnO4 高锰酸盐蚀刻 溶胀之后 不经过蚀刻 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 高锰酸盐蚀刻 150秒蚀刻之后 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 高锰酸盐蚀刻 240秒蚀刻之后 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 环氧树脂 未经固化 BisphenolAEpichlorhydrin 高锰酸盐攻击环氧树脂分子中的极性官能团 不含极性官能团的高分子化合物不能被去钻污 高锰酸盐蚀刻 攻击环氧树脂 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 标准FR 4 150 C 高 Tg 150 C 300 x 300 x 2000 x 2000 x 非均相交联 均相交联 去钻污 高锰酸盐蚀刻 去钻污的结果 高锰酸盐蚀刻 还原 还原剂能还原 除去二氧化锰残留并对玻璃纤维进行前处理以期最佳 沉铜 的覆盖 如有需要 玻璃纤维可被玻璃蚀刻添加剂同时清洁与蚀刻 还原 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 还原 清洁后的通孔与微盲孔表面 还原之后 Mn4 2e Mn2 H2O2 2H 2e O2 Conditioner 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG H2O2 NH2OH NH2OH 2H 2H2O 2e N2 PTH前不同类型的PCB板 去钻污后的通孔以及微盲孔表面 经过去钻污处理后 多层板 FR 4 覆铜板 树脂 内层 传统的PTH 内层钻盘 FR 4板 裸树脂板 钻孔之后 200 x 1000 x 通孔 钻孔之后 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 通孔 去钻污之后 去钻污之后 200 x 1000 x 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG AjinomotoBareLaminate Ajinomoto裸树脂板去钻污之前 去钻污之前 1000 x 5000 x 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG AjinomotoBareLaminate Ajinomoto裸树脂板去钻污之后 去钻污之后 1000 x 5000 x 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG AjinomotoBareLaminate Ajinomoto裸树脂板去钻污之前 去钻污之前 1000 x 2000 x 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG AjinomotoBareLaminate Ajinomoto裸树脂板钻污之后 1000 x 2000 x 去钻污之后 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 钻孔之后 1300 x 3000 x 激光钻成的微盲孔 钻孔之后 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 去钻污之后 1100 x 2700 x 激光钻成的微盲孔 去钻污之后 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 钻孔之前 1000 x 1000 x RCC技术 激光钻成的 去钻污之前 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 去钻污之后 1000 x 1000 x RCC技术 激光钻孔 去钻污之后 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 工艺流程 特征 优点 溶胀 高锰酸盐蚀刻 还原 简短的流程 只须3步快速和有效的去钻污体系内再生高锰酸盐 延长槽液寿命 极好的玻璃处理性能最高质量的去钻污无害于环境 交少的有机物 应用于微盲孔具有最好的润湿性 去钻污 SecuriganthP P500 MV BLG 可选 工艺流程 垂直沉铜应用 清洁 预浸 活化 微蚀清洁 调整 还原 传统的PTH 化学沉铜 垂直 优点 均匀致密的化学铜沉积优异的结合力 不起泡 稳定的槽液使用寿命沉积速率稳定 适用于通孔和盲孔的生产制程 55214414 20时间 分 工艺流程 清洁 调整 清洁剂确保孔内表面达到最佳的表面清洁状态 以便保证有良好的化学铜结合力 清洁 传统的PTH 清洁 调整 树脂表面和铜表面的前处理 经过清洁剂 调整剂处理后 传统的PTH 工艺流程 清洁 调整 如果去钻污工序中没有调整步骤 必须附加一个额外的调整剂或在使用一些特殊的材料如 PTFE聚四氟乙烯 PI聚酰亚胺 时 清洁 调整 传统的PTH 去钻污调整 清洁调整 玻璃表面的前处理 调整剂 经过清洁调整剂处理后 传统的PTH 调整 表面前处理 调整只有当表面清洁时 玻璃纤维的调整才会起作用来避免可能破坏连接机制的副效应 最好的调整性能在碱性高锰酸盐去钻污后的还原步骤中 调整剂产品还原清洁剂SecuriganthP 速效普通的双氧水体系的还原剂 添加了调整剂成分 还原清洁剂SecuriganthP500 有机体系的还原剂 添加了调整剂成分 注意 若没有经过调整 化学铜后的背光效果会比较差 传统的PTH 调整 机理 树脂 玻璃纤维 调整剂分子 表面活性剂 Tenside 部分带负电荷 经过调整后的玻璃表面 经过去钻污后的玻璃表面 均匀的 有机的 荷电表面 部分带正电荷 传统的PTH 调整 机理 OH OH OH O Si O Si O Si O OOO N N n 调整剂的碳链 部分带正电荷 玻璃纤维的分子模型 部分带负电 传统的PTH 工艺流程 微蚀清洁 铜的蚀刻及粗化是为了化学铜 内层铜之间有良好的结合效果 微蚀清洁剂Securiagnth过硫酸盐体系通常的微蚀清洁剂基于过硫酸钠 SPS 适用于各种技术微蚀清洁剂SecuriganthC微蚀清洁剂是为特殊的表面性能而设计的 微蚀清洁 传统的PTH 微蚀清洁 蚀刻及粗化铜表面 SPS Cu S2O82 Cu2 2SO42 经过微蚀清洁后 传统的PTH 经过去钻污处理后 微蚀清洁 清洁及粗化铜表面 200 x 1000 x 玻璃颗粒 传统的PTH 微蚀清洁 过硫酸钠的机理 铜的反应 氧化反应 S2O82 2H 2e 2HSO4 过硫酸根反应 还原反应 S2O82 2H Cu0 Cu2 2HSO4 Cu0 Cu2 2e 铜溶解反应 氧化还原反应 Na2S2O8 H2SO4 Cu0 CuSO4 2NaHSO4 传统的PTH 表面结构形貌 微蚀清洁剂Securiganth过硫酸钠 SPS 传统的PTH 经过刷板后的铜表面 经过微蚀清洁剂Securiganth过硫酸钠处理之后的铜表面 150g lSPS 25ml lH2SO450 w w 35 C 1 5分 微蚀清洁 微蚀清洁剂SecuriganthC的机理 铜的反应 氧化反应 HSO5 2H 2e HSO4 H2O 微蚀清洁剂SecuriganthC的反应 还原反应 HSO5 2H Cu0 Cu2 HSO4 H2O Cu0 Cu2 2e 铜溶解反应 氧化还原反应 KHSO5 H2SO4 Cu0 CuSO4 KHSO4 H2O 传统的PTH 表面微观形貌 微蚀清洁剂SecuriganthC 经过刷板后的铜表面 50g lSecuriganthEtchCleanerC 50ml lH2SO450 w w 35 C 1 5min 传统的PTH 经过微蚀清洁剂SecuriganthC处理后的表面 工艺流程 活化 催化 预浸是用来避免前工序的药液污染活化 预浸Neoganth系列预浸药液是为离子钯而设计的 预浸 传统的PTH 工艺流程 活化 催化 离子钯 或胶体钯 主要吸附于树脂表面 以及经过调整过的玻璃纤维 使孔壁吸附一层钯金属导电层 以便于后续的化学铜工序 活化 传统的PTH 催化Neoganth PallacatCatalyst系列离子钯的催化剂 胶体钯Pd Sn催化溶液是为普通的基材设计的催化剂 活化 催化 通孔及盲孔表面的活化 经过活化处理后 传统的PTH 特征及优点 NeoganthActivator系列vs 胶体钯系列 BlackSeeder 传统的PTH 胶体催化剂 胶体的组成 BlackSeeder 传统的PTH PdCl2 SnCl2 Pdx Sn OH y yCl SnO OH 2 H2O H 钯的吸附 调整过的表面NeoganthActivator系列的化学反应 ActivatorNeoganth系列 Pd2 做为PdSO4 和有机络合剂 O Si O O 玻璃 树脂 Pd的吸附 树脂 玻璃 铜 O C O O N 传统的PTH 钯的吸附 调整过的表面胶体钯系列的化学反应 BlackSeeder 胶体钯催化剂系列 Pd2 asPdCl2 andSnCl2作为胶体种子r O Si O O Glass Resin Pd的吸附 树脂 玻璃 铜 O C O O N N n 传统的PTH 特征及优点 NeoganthActivator系列vs 胶体钯 BlackSeeder ActivatorNeoganthPd2 络合的低聚合物及随后的还原剂优优优低无无Pd2 pH alkaline 化学溶液能力覆盖性能玻璃树脂铜面上钯的损耗铜面的残留对基材的腐蚀可监控性 胶体钯催化剂Pd Sn胶体及随后的速化剂 Sn络合剂 对氧化剂敏感 Sn2 Sn4 优优中等可能可能Pd Sn2 Sn4 Cu pH 0 传统的PTH 工艺流程 还原 经过活化后 ReducerNeoganth将吸附的离子钯还原为金属钯 使之能够在随后的化学铜工艺中起催化的作用 速化剂系列溶解 去除保护胶体的锡络合层 使金属钯暴露出来 还原剂 传统的PTH 还原 还原的钯种在表面上 经过还原处理后 传统的PTH 钯还原 NeoganthReducerWA化学反应 Dimethylaminoborane DMAB Pd2 L 2e Pd0 L 阴极反应 氧化还原反应 Pd2 L CH3 2 NH BH3 3H2O Pd0 CH3 2 NH H3BO3 2H L 2H2 阳极反应 CH3 2 NH BH3 3H2O CH3 2 NH H3BO3 2e 2H 2H2 传统的PTH 工艺流程 化学铜 钯 氢 激活自催化化学铜反应 使铜沉积在经过活化 催化的表面 化学铜 传统的PTH 化学铜沉积 通孔及盲孔的沉积 经过化学铜沉积后的表面 传统的PTH 化学铜沉积 主反应 反应I Cu L 2 2HCHO 4OH Cu0 2HCOO 2H2O H2 L 反应II Cu L 2 HCHO 3OH Cu0 HCOO 2H2O L 传统的PTH 化学铜沉积 阴极反应 2Cu2 2OH Cu2O H2O 阴极反应 Cu2O H2O Cu0 Cu2 2OH Cu2 2e Cu0 Cu L 2 2e Cu0 L 传统的PTH 化学铜沉积 反应I 阳极反应I HCHO 3OH HCOO 2H2O 2e Cu L 2 2e Cu0 L 阴极反应 Cu L 2 HCHO 3OH Cu0 HCOO 2H2O L 反应I 传统的PTH 化学铜沉积 副反应 甲醛的氧化反应 2HCHO 2OH 2H2C OH O 2H2C OH O 2OH 2HCOO H2 2H2O e 2HCHO 4OH 2HCOO 2H2O H2 2e 阳极反应II cat Catalyst Pd H2 Cu 传统的PTH 化学铜沉积 反应II 阳极反应II 2HCHO 4OH 2HCOO 2H2O H2 2e Cu L 2 2e Cu0 L 阴极反应 Cu L 2 2HCHO 4OH Cu0 2HCOO 2H2O H2 L 反应II 传统的PTH 化学铜沉积 副反应 Cannizzaro 2HCHO NaOH CH3OH HCOONa CO2 2NaOH Na2CO3 H2O Carbonization HCOONa NaOH Na2CO3 H2 cat Catalyst Pd Cu 传统的PTH ControllomatA440 自动主 从添加 探针光学测量 安全方便温度修正控制添加泵进行自动补加 传统的PTH 化学反应固定的组成消耗比例在化学铜沉积期间 主添加 铜的消耗附从添加 NaOH 甲醛和络合剂的消耗 滴定 自动滴定分析仪 传统的PTH PhoenixPHXMonitoringSystem与一日本公司有合作 滴定 自动滴定分析仪 滴定化学测量持久分析控制添加泵进行自动补加 传统的PTH 化学反应根据产品的浓度分别进行补加 单独补加 铜 NaOH 甲醛和络合剂 工艺流程 电镀铜 在导电层上进行电镀以加厚通孔的厚度 酸铜溶液 直流可溶阳极 e g CupracidFP酸铜溶液 直流 不溶阳极 e g CupraspeedIN脉冲电镀铜溶液 不溶阳极 e g CuprapulseS4 电镀铜 传统的PTH 电镀铜 通孔和盲孔的电镀 经过电镀铜后 Cu2 2e Cu0 传统的PTH 极少量的钯吸附在铜表面适用于各种工艺可适用于水平或垂直的应用工作范围宽使用可生物降解的络合剂 废水处理更容易高速中等厚度的化学铜 经济 特点及优点 化学铜 传统的PTH 使用离子钯体系可利用胶体钯做为活化系统能达到最高的可靠性指标适用于大多数的基材可靠性高较好的调整 活化 催化系统无 起泡 药液易于监控及自动补加 技术 特点及优点 化学铜 传统的PTH 环保 使用酒石酸盐的可生物降解的化学铜药液使用不含汞 氰化物的稳定剂 特征及优点 化学铜 传统的PTH 酸铜电镀工艺 全板电镀和图形电镀流程介绍 电镀铜前处理和电镀铜槽介绍 电镀前处理清洁剂 介绍图形电镀前处理采用酸性清洁剂 PH0 5 绝大部分清洁剂没有微蚀作用清洁剂作用 去除铜表面的氧化去除钝化中和 酸化和湿润孔壁和干膜边缘 清洁 去除残留物调整干膜侧壁 预防干膜析出 电镀前处理微蚀 微蚀的目的和作用微蚀粗化铜表面 加强铜 铜结合力去除铜表面的残留物和氧化物 避免污染电镀铜槽微蚀药水介绍硫酸 10 50ml lH2SO4氧化剂 双氧水H2O2 过硫酸钠Na2S2O8 电镀前处理微蚀 技术基础介绍空气搅拌有利于铜表面和孔内均匀的微蚀效果 但不利于硫酸双氧水体系 通常微蚀量控制0 5 1 0 m min 铜离子浓度决定槽寿命 当铜离子浓度超标时 建议新配槽 过硫酸钠体系铜离子 20g l 双氧水体系铜离子 30g l影响微蚀量的因素 氧化剂的浓度 硫酸的浓度 铜离子浓度 槽液温度 铜的晶体结构 空气搅拌 电镀前处理酸浸 酸浸的目的和作用酸浸是电镀铜前很重要的步骤酸浸在电镀板面产生均匀的扩散层 确保电镀时板面处于相同游离态条件下快速的起镀 去除铜面的氧化保护电镀铜槽免受污染活化和湿润铜表面 消除极化点 预防电镀表面缺陷配槽浓度 10 v v 酸铜电镀 垂直镀铜电镀反应 传统垂直电镀铜阳极 Cu0 Cu2 2e 阳极区间铜溶解阴极 Cu2 2e Cu0阴极区间铜沉积到线路板上 电镀铜药水 介绍电镀铜槽液主要含 硫酸铜 硫酸 氯离子 光亮剂 载运剂 整平剂 电镀铜槽各要素的作用 电镀铜药水 介绍硫酸铜 CuSO4 5H2O 五水硫酸铜和阳极铜作为电镀的金属来源 电镀铜药水 介绍硫酸 H2SO4 作为硫酸体系的电镀铜 硫酸起导电作用 电镀铜药水 介绍氯离子 Cl 氯离子对阳极均匀腐蚀起很重要的作用 氯离子是光亮剂和载运剂的媒介 电镀铜药水 电镀时没有添加剂 电镀铜药水 电镀时没有添加剂电镀铜延展性类似于化学铜的沉积 仅约2 3 电镀铜层有很高的抗拉强度 50mN cm2 电镀铜药水 载运剂的作用 电镀铜药水 载运剂的作用载运剂形成的极化层控制光亮剂 整平剂和氯离子形成最佳的铜还原环境 部分载运剂能调整铜表面并改善湿润性 电镀铜表面比只有光亮剂电镀时稍光亮些 并且整平的效果有改善 安美特电镀添加剂载运剂作为整平剂的一部分 是在阳极和阴极区间形成均匀极化层的必要成分 电镀铜药水 整平剂的作用整平剂和光亮剂协同作用 使电镀铜沉积光亮并象镜子反光一样 整平剂带正电 在阴极线路板上高电流区阻碍铜沉积 电镀铜药水 光亮剂作用和载运剂 氯离子共同作用使得电镀铜沉积光亮如镜 光亮剂又称电镀加速剂 催化剂 光亮剂加速转化 Cu2 Cu Cu0光亮剂确保电镀铜层有好的延展性 电镀铜药水 光亮剂的作用和载运剂 氯离子共同作用使得电镀铜沉积光亮如镜 光亮剂又称电镀