电镀铜(锡)工艺.ppt

希普励 东莞 化工有限公司朱俊杰产品项目经理地址 东莞市附城同沙管理区古二村电话 0769 2290483传真 0769 2290480手机 013926830569邮编 523127Email JJZhu Shipley电镀铜 锡工艺 苏州金像电子有限公司培训专用希普励 东莞 化工有限公司Nov 2001 大多数化学品具有 某些化学品具有 当混合某些化学品时 当干燥或混合某些化学品时 如有疑问需查证 工业安全 通孔横截面模型 盲孔横截面模型 电镀铜工艺 铜的特性铜 元素符号Cu 原子量63 5 密度8 89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 能够与其他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 电镀铜工艺在化学沉铜层上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 电镀铜工艺的功能 电镀铜层的作用作为孔的化学沉铜层的加厚层 通过全板镀铜达到厚度5 8微米 称为加厚铜 作为图形电镀锡或镍的底层 其厚度可达20 25微米 称为图形镀铜 1 鍍層均勻 細致 平整 無麻點 無針孔 有良好外觀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 鍍層與銅基體結合牢固 在鍍後和後續工序的加工過程中 不會出現起泡 起皮等現象 4 鍍層導電性好 5 鍍層柔軟性好 延伸率不低于10 抗張強度20 50Kg mm2 以保證在後工序波峰焊和熱風整平時 不至于固環氧樹脂基材上銅鍍層的膨脹系數不同導致鍍銅層産生縱向斷裂 環氧樹脂膨脹系數12 8 10 5 銅的膨脹系數0 68 10 5 对铜镀层的基本要求 1 有良好的分散能力和深鍍能力 即使在很低的電流密度下 也能得到均勻細致的鍍層 以保證在印制板的板厚孔徑比較大時 仍能達Ts Th接近1 1 2 電流密度範圍寬 如在赫爾槽2A下 全板鍍層均勻一致 3 鍍液穩定 便于維護 對雜質的容忍性高 對溫度的容忍性高 4 鍍液對覆銅箔板無傷害 对镀铜液的基本要求 电镀铜的原理 电镀液组成 H2O CuSO4 5H2O H2SO4 Cl 添加剂 离子交换 直流整流器 ne ne 电镀上铜层阴极 受镀物件 镀槽 阳极 CuCu2 2e Cu2 2e Cu 硫酸鹽酸性鍍銅的機理 電極反應標准電極電位陰極 Cu2 2e Cu Cu2 Cu 0 34V副反應Cu2 e Cu Cu2 Cu 0 15VCu e Cu Cu Cu 0 51V陽極 Cu 2e Cu2 Cu e Cu 2Cu 1 2O2 2H 2Cu2 H2O2Cu 2H2O 2CuOH 2H 2Cu Cu2 Cu Cu2O H2O 副反應 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 酸性鍍銅液各成分功能 CuSO4 5H2O 主要作用是提供電鍍所需Cu2 及提高導電能力 H2SO4 主要作用是提高鍍液導電性能 提高通孔電鍍的均勻性 Cl 主要作用是幫助陽極溶解 協助改善銅的析出 結晶 添加劑 主要作用是改善均鍍和深鍍性能 改善鍍層結晶細密性 酸性鍍銅液中各成分含量對電鍍效果的影響 CuSO4 5H2O 濃度太低 高電流區鍍層易燒焦 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 鍍層出現台階狀的粗糙鍍層 易出現針孔和燒焦 濃度太高 導致陽極鈍化 鍍層失去光澤 添加劑 後面專題介紹 操作條件對酸性鍍銅效果的影響 溫度 溫度升高 電極反應速度加快 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 鍍層結晶粗糙 亮度降低 溫度降低 允許電流密度降低 高電流區容易燒焦 防止鍍液升溫過高方法 鍍液負荷不大于0 2A L 選擇導電性能優良的挂具 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杆的往複運動來實現工件的移動 移動方向與陽極成一定角度 陰極移動振幅50 75mm 移動頻率10 15次 分 空氣攪拌無油壓縮空氣流量0 3 0 8m3 min m2打氣管距槽底3 8cm 氣孔直徑2mm孔間距80 130mm 孔中心線與垂直方向成45o角 過濾PP濾芯 5 10 m過濾精度 流量2 5次循環 小時 陽極磷銅陽極 含磷0 04 0 065 為何不用電解銅或無氧銅作陽极 銅粉多 陽极泥多 鍍層易產生毛刺和粗糙 銅离子濃度逐漸升高 難以控制 添加劑消耗量大 陽极利用率低 磷銅陽极的特色 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又稱磷銅陽极膜 磷銅陽极膜的作用 陽极膜本身對 Cu e Cu2 反應有催化 加速作用 從而減少Cu 的積累 陽极膜形成后能抑制Cu 的繼續產生 陽极膜的電導率為1 5X104 1cm 1具有金屬導電性 磷銅較純銅陽极化小 1A dm2P0 04 0 065 磷銅的陽极化比無氧銅低50mv 80mv 不會導致陽极純化 陽极膜會使微小晶粒從陽級脫落的現象大大減少 陽极膜在一定程度上阻止了銅陽极的過快溶解 圆形钛篮铜阳极表面积估算方法 dlf 2 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 电镀铜阳极表面积估算方法 磷铜阳极材料要求规格 主成份Cu 99 9 minP 0 04 0 065 杂质Fe 0 003 maxS 0 003 maxPb 0 002 maxSb 0 002 maxNi 0 002 maxAs 0 001 max 影響陽极溶解的因素 陽极面積 即陽极電流密度控制在0 5ASD 1 5ASD之間 陽极袋 聚丙烯 陽极及陽极袋的清洗方法和頻率 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 各添加剂相互制约地起作用 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 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 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 电镀的整平性能光亮剂 b 载体 c 整平剂 l 的机理 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 bcccccbcccc ccb cc cc b b b cc cbccb bcbcbcbcbcb bcb cb cb b b b cb cbcbc lbcccbccbll ccb ll lc b b b lc cbcbb 光亮剂和载体 光亮剂 载体 整平剂的混合 过量光亮剂 电镀铜镀层厚度估算方法 电镀阴极电流密度 ASD X电镀时间 分钟 114 1mil 25 m 电镀铜镀层厚度估算方法 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 L2 d 板厚inch 2 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 电镀铜层的物理特性 延展性当镀层厚度为50 而镀层延展性减少18 20 时 需要采用活性炭处理以除去杂质 有机分解物 抗张强度通常 kg mm2 电镀铜溶液 电镀铜溶液的控制 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 分析项目 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 阴极 阳极 赫尔槽结构示意图 1升容积267ml容积AB119mm47 6mmBC127mm101 7mmCD213mm127mmDA86mm63 5mmDE81mm63 5mm A B C D E F 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 高電流部有凹坑 潤濕劑 表面活性劑 不足 低電流部模糊 光澤不足 高電流部燒焦的寬度較大 金屬成分下降 燒焦 凹坑 模糊 電流密度 高 低 圖 霍爾槽的板件例子 电镀铜溶液的控制 赫尔槽试验 电镀铜溶液的控制 延展性 用不锈钢片在镀槽或延展性测试槽镀上2mil铜片 再以130oC把铜片烘2小时 用延展性测试机进行测试 电镀铜溶液的控制 热冲击测试 以120oC烘板4小时 把板浸入288oC铅锡炉10秒 以切片方法检查有否铜断裂 電鍍液維護電鍍液会發生成分變化 變質 的 爲了調整 恢複原狀 需要補充藥品 如果有雜質的沉積 就要除掉雜質 再生 到了不能使用時就要全量或者部分報廢 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 補充藥品方法有 1 分析補充 2 從量補充兩種 电镀铜溶液的控制 PCB电镀铜工艺过程 图形电镀铜 锡工艺过程 图形电镀铜 锡工艺过程 图形电镀铜 锡工艺过程 图形电镀铜 锡工艺过程 图形电镀铜 锡工艺过程 图形电镀铜 锡工艺过程 预浸酸 10 H2SO4 减轻前处理清洗不佳对电镀锡溶液之污染 保持电镀锡溶液中硫酸含量之稳定 图形电镀铜 锡工艺过程 电镀锡 为碱性蚀刻提供抗蚀层 电镀锡工艺 锡的特性 锡 元素符号Sn 原子量118 69 密度7 31克 立方厘米 Sn2 的电化当量2 213克 安时 锡具有良好的抗碱性蚀刻性能 锡能够用硝酸基溶液退除而退除时对铜层侵蚀较小 电镀锡工艺的功能 电镀锡工艺 电镀锡工艺的功能 电镀锡层的作用 作为碱性蚀刻的抗蚀层 形成良好的线路图形 其厚度控制在5 10微米 电镀锡的原理 电镀液组成 H2O SnSO4 H2SO4 添加剂 离子交换 直流整流器 ne ne 电镀上锡层阴极 受镀物件 镀槽 阳极 SnSn2 2e Sn2 2e Sn 电镀锡工艺 电镀锡的阳极过程 Sn 2e Sn2 標准電极電位 oSn Sn2 0 136V 电镀锡工艺 纯锡阳极材料要求规格 主成份 Sn 97 50 99 99 杂质 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 max 電錫的陰极過程 錫鍍液中的离子H SO42 Sn2 Sn4 電极反應 2H 2e H2 Sn2 2e Sn 电镀锡工艺 影响阴极过程的因素 硫酸亚锡的浓度 35 45克 升 硫酸的浓度 90 110毫升 升 添加劑的含量 ECPartA15 25毫升 升ECPartB30 50毫升 升 電流密度 1 2安培 平方分米 循環過濾情況 1 5微米PP滤芯 4 8次循环 小时 鍍液溫度 18 25oC 机械搖擺情況 幅度50 75mm 频率10 15次 分钟 电镀锡溶液的控制 硫酸亚锡浓度 硫酸浓度 槽液温度 赫尔槽测试 HullCellTest 添加剂浓度 分析项目 上述项目须定期分析 并维持在最佳范围内生产 电镀锡溶液的控制 赫尔槽试验 HullCellTest 参数 电流 1A 时间 5分钟 搅拌 机械搅拌 温度 23oC 图形电镀铜 锡工艺过程 设备要求 续 TOPRACKINGSYSTEM顶挂具系统 VIBRATIONSYSTEM振动系统 STANDARDFLOATING标准浮架 FLIGHTBARSTORAGEQUEUE挥巴 水平电镀铜生产线 水平电镀铜生产线 电镀铜问题及解决方法 问题1 各镀铜层间附着力不良问题2 二次铜 线路镀铜 出现局部漏镀或阶梯镀问题3 板子正反两面镀层厚度不均问题4 镀层过薄问题5 全板面镀铜之厚度分布不均问题6 镀液槽面起泡问题7 通孔铜壁出现破铜问题8 镀铜层烧焦问题9 镀铜层表面长瘤问题10 镀铜层出现凹点问题11 镀层厚度分布不均匀问题12 镀层出现条纹状问题13 镀层脆裂问题14 镀层抗拉强度过低问题15 镀层晶格结构过大问题16 无机物污染问题17 添加剂未能发挥应有功用问题18 添加剂消耗过快 问题1 各镀铜层间附着力不良 问题1 各镀铜层间附着力不良 续 问题2 二次铜 线路镀铜 出现局部漏镀或阶梯镀 问题2 二次铜 线路镀铜 出现局部漏镀或阶梯镀 续 问题3 板子正反两面镀层厚度不均 问题4 镀层过薄 问题5 全板面镀铜之厚度分布不均 问题5 全板面镀铜之厚度分布不均 续 问题6 镀液槽面起泡 问题7 通孔铜壁出现破洞 问题7 通孔铜壁出现破洞 续 问题8 镀铜层烧焦 问题8 镀铜层烧焦 续 问题8 镀铜层烧焦 续 问题9