冯存金30612s16毕业论文终极版.doc

南京信息职业技术学院毕业设计论文作者 冯存金 学号 30612S16 系部 微电子学院 专业 电子电路设计与工艺/应用英语 题目 酸性电镀铜工艺 指导教师 郭 萍 评阅教师 完成时间： 2010 年 6 月 06 日 毕业设计(论文)中文摘要题目：酸性电镀铜工艺摘要：电镀铜是在原有的铜层基础上用电镀的原理加镀上一层铜，起到增厚铜层或实现层间电气连通的作用；随着印制电路板行业的发展，酸性电镀技术也逐渐成熟，为适应各种质量要求，各种新技术与新的操作方式如雨后春笋般出现，但作为最传统的电镀铜方式之一，酸性电镀铜依然在行业中占据着非常重要的地位。酸铜电镀的好坏直接影响电镀铜层的质量和相关机械性能，并对后续加工产生一定影响，因此如何控制好酸铜电镀的质量是PCB电镀的重要一环。 在镀铜工艺中，控制好各种条件是非常重要的，包括药水（成分、浓度、温度、杂质 等），设备（电源、阴阳极摆放、打气、摇摆 等），保养（碳处理 等），操作（电流的控制 等）等等。制程的安全与不良的防范与以上诸多因素息息相关。关键字：电镀铜 溶液 设备 操作毕业设计(论文)外文摘要Title: Silk-screen printing applications in the production of PCB Abstract: Printed circuit board (PCB) the appearance and the developmenthas brought the significant transformation for the electronics industry, it already became in each kind of electronic installation and the instrument the essential part, was corresponding has also led the silk-screen printing technology swift and violent development, used in the PCB profession new silk-screen printing material, the silk-screen printing craft and the check-out facility more and more consummates, enables the current silk-screen printing craft technology to be able to adapt the high density PCB production. Silk-screen printing has the cost lowly, the operation simple, the production efficiency high, the printing material type are many and so on the characteristic, widely applies to the printed circuit and the latter mold integrated circuit manufacture, concrete table now electric circuit board anti- layer, electric circuit board graph shift, in electric circuit board surface mark application. Along with the digitized time arrival, the printed circuit board demand quantity increases day by day, the silk-screen printings is even more obvious in PCB production function。Keywords: silk-screen printing Operation Application Study目录1 引言 52 电镀中常见流程 52.1 线路电镀制程 52.2 全板电镀制程 62.3 半加成制程 63 电镀需求分析 73.1 对铜镀层的基本要求 73.2 对镀铜液的基本要求 74 全板电镀工艺流程及参数 74.1 工艺流程 74.2 工艺参数 84.3 电镀液各组分之作用及功效 95 电镀设备 105.1 电镀设备及结构 105.2 水平电镀的优缺点 116 电路板生产过程中易出现问题及解决办法 11 6.1 容易出现的问题 126.2 问题分析与图解 127 一二铜分离试验方案与解决办法 157.1 状况分析与解决办法 167.2 物性试验结果 22结论 22致谢 23参考文献 231 引言电镀技术中，镀铜是近几年内工业界最重要的技术之一，可以应用在许多领域，如电路板基材之电镀铜箔、超大型基体电路里铜金属化制程、电路板穿孔电镀等；铜沉积技术有很多种。其中，电镀法具有低成本、高产率、高品质的铜膜、良好的孔洞填满能力等，优点最多。镀铜在PCB是关键制程，非导通的孔壁在化学铜金属化后，可以立即进行电镀铜，最后形成传输信号的线路，除平面上讯号的传输稳定外，通孔电镀更是提供了层间线路的导通（导通孔）及安装原件的通孔（零件孔）。本文着重介绍电镀技术的参数要求、电镀设备以及电镀过程中出现问题解决办法，特别提出了一二铜分离的改善方法。电镀技术的不断革新，使得线路板的生产朝着更高精密度的方向发展，同时在线路板的生产中对电镀的工艺要求越来越严格，现在沪士电子的管控+/-0.2mil，基于这种现状，对电镀设备电镀液的稳定性要求非常高，只有稳定的药水稳定的设备，才有利于做出高品质的线路板，对此线路板的生产中采取水平和垂直综合性电镀技术，来满足客户的要求。2 电镀中常见流程：2.1 线路电镀制程图1 线路电镀制程如图1化学铜或直接电镀后1，因没有足够的孔铜厚度应付后续制程，确保 孔铜电镀不至孔破，以干膜形成电镀阻剂，二次镀铜达1mil或至客户要求铜厚，镀锡或镀锡铅为蚀刻阻剂，去膜，待碱性蚀刻线路后成型，再剥去镀锡层。2.2 全板电镀制程图2 全板电镀制程如图2化学镀或直接电镀后，直接电镀所需厚度利用干膜做蚀刻阻剂保护通孔及线路避免被蚀刻1，待酸性蚀刻后线路成型后再剥去干膜，但是这一方法受限于蚀刻能力，一般对于线宽线距小于40um的较不可行。2.3 半加成制程 图3 半加成制程如图3半加成制程是为了得到细线路，避免蚀铜时间太长及镀锡的厚度影响蚀刻1，采中速铜或厚化铜，不走一次铜直接走外层线路，干膜做电镀阻焊剂，二次镀铜达客户要求厚度，不镀锡，去干膜后，蚀刻化铜使线路成型。优点，对细线路制程能力强。3 电镀需求分析3.1 对铜镀层的基本要求 随着电子产业的不断发展壮大，各种精密器件对线路板的要求也更为苛刻，同时这就要求线路板起先必须要有好的镀层来满足现在的发展需求，我们需要线路板要有好的机械性能，不至于在使用过程中因为震荡拉伸而轻易的损坏，电镀要求均匀我们不可能完全做到其镀层厚度和孔壁铜后度一样，但是在现在脉冲电镀的应用机制条件下已经慢慢的在接近2，镀层比需能够和原有铜箔牢固的结合不能有断层和分层的现象，这就要求不仅要有好的电镀能力同时也要有好的电镀前处理能力，镀层尽可能的没有参杂其它杂质，以保证有更好的导通能力，当然这些都是一些硬性的要求，在现实生产中我们还要要求电镀出来的线路板要有好的外观，整洁细腻。3.2 对镀铜液的基本要求 我们都知道任何一次好的发展都要有一个好的前奏，当然镀铜液不例外，要想有好的镀层必须要有良好的镀液，在电镀中我们要求镀液比需要有良好的分散能力和深镀能力，并且镀液还要有两很的稳定性能不能做不了多少平方就会出问题，或者因为天气湿度等稍微有一点变化就会导致 不良的镀层，并且要想得到好的镀层还必须要求镀液在比较宽的电流密度范围都可得到较均匀、细致、平整的镀层3。4 全板电镀工艺流程及参数 4.1 工艺流程 上板酸洗镀铜二阶水洗下板浸柠檬酸烘干流程说明： 浸酸 ：除去板面氧化物，活化板面，防止水分带入造成槽液硫酸含量不稳定。镀铜：利用电镀原理电镀铜，提高孔内及线路铜厚度，增加导电性能.二阶水洗：清洗板面上的镀液浸柠檬酸:彻底清洁板面，防止氧化。4.2 工艺参数(电镀铜前处理以及电镀参数)表1 电镀前处理及电镀参数4槽名温度处理时间药水药水控制控制点控制范围1.8mmin控制点控制范围蓬松槽6764-70120secSweller膨松剂350ml/l320-380 ml/lPh1110-12除胶槽8077-83240sMn7+55g/L46-65g/LMn6+20g/LNaOH40g/L35-45g/L中和槽3532-3842sCP100ml/LH2O215ml/LCu2+12g/L酸洗槽H2SO470g/L10-100g/L除油槽5047-5356s902uls42ml/L35-49ml/L微蚀槽3229-3559sNaPS110g/l95-125g/lH2SO425ml/L15-35ml/LCU2+20g/L预浸槽2721sPredip25ml/L20-30ml/L活化槽5047-5349sActivator HH型号活化剂155ml/L130-180ml/LPH109.5-10.5Cu2+100ppm还原槽3532-3835sReducer H（还原剂）7ml/L4-10ml/LNaOH3g/ml化学铜槽3330-36280sCopper Cu60ml/L55-65ml/Lbasic Cu120ml/L94-145ml/LHCHO20ml/L17-23ml/LNaOH13.5g/L12-15g/L酸洗槽3027-3312sH2SO470g/L40-100g/L镀铜槽3532-38200sCu2+37.58g/L30-45g/LH2SO4200g/L170-230g/LCl75ppm60-90ppmInpulse H7 leveller整平剂H710ml/L7.5-12.5ml/LInpulse brightener光亮剂19ml/L13-25ml/LFe3+16g/L烘干7550-804.3 电镀液各组分之作用及功效4.3.1 CuSO4.5H2O的作用及影响 作用：提供镀层金属离子影响：含量高：可应用的电流密度大，深镀能力差，有结晶和阳极钝化的风险含量低:深镀能力好，但是可应用的电流密度度小，容易电镀烧焦。4.3.2 H2SO4的作用及影响作用：增加溶液导电性、协助阳极溶解、防止Cu+水解影响：含量高:提高溶液深镀能力，降低应用的电流密度，含量低:降低暸溶液深镀能力，提高应用的电流密度，但溶液导电性差4.3.3 CL-的作用及影响作用：辅助阳极溶解、协助铜离子在阴极析出影响：Cl-高:阳极钝化，Cl-低:阳极非均匀腐蚀，贯孔能力下降，产生阶梯镀，镀液不稳定4.3.4 Fe2+的作用及影响作用：促进镀液稳定、降低光亮剂的消耗影响：Fe2 +高:没有明显影响，可能会促进铜含量升高，Fe2+低:镀液不稳定，光亮剂消耗大4.3.5 添加剂的作用作用：提高电流密度，改善镀层机戒性能（延展率和抗张强度），改善镀层外观，提高匀镀和深镀能力添加剂的组成：光亮剂Brightener、整平剂Leveller、运载剂Carrier、润湿剂Wetter4.3.6 Brightener的作用作用：促进（与Cl-一起）Cu2+在阴极表面的转化，由Cu2+到Cu+，尤其是由Cu+到Cu的过程，促进CU在阴极表面生成有序的晶格，Brightener能选择富集在低电位区域，促进阳极膜的生成，控制阳极铜的溶解。4.3.7 Leveller的作用作用:Leveller能选择富集在高电位区域，增加扩散层厚度，从而抑制Cu2+的还原速度，降低了该处的沉积速率4.3.8 Carrier的作用作用：Carrier在阴极表面形成和维持一个均匀稳定的扩散层，该扩散层富含Cu2+资源，该扩散层是控制和运载Brightener、Leveller和Cl-实现各自功能的平台4.3.9 Wetter的作用作用：降低溶液张力，消除针孔5 电镀设备5.1 电镀设备与结构 图4 垂直电镀线 图5 水平电镀线5.11垂直电镀线系统结构（如图4）主槽/副槽、天车、整流器、阳极（铜球、钛篮、阳极袋、阳极棒、挡板等）、阴极（生产板、V座、飞巴、夹具、挡板等）、自动加料、过滤/循环、摇摆、打气、振动、温控/加热/冷却、液位控制等。5.1.2水平脉冲电镀线系统结构（如图5）电镀槽、夹具、铜溶解槽、钛网、变频器、整流器、夹具导轨、温控/加热/冷却、液位控制等。 5.2 水平电镀的优缺点分析水平电镀技术采用计算机控制，全程监控，并能及时的调节电流大小，对生产过程中出现的故障，水平电镀能及时的记录并通知作业人员，降低生产过程中的报废。由于水平电镀自动化程度比较高，大大的节省了人力，水平电镀各项设备现在已经趋于完善中，能及时的分析并添加药水来维护药水个成分的含量稳定，水平电镀具备脉冲和直流两种电镀方式，根据板子的形态及规格可以选者相应的电镀参数，水平电镀阳极分为上下两层钛网，每层钛网又被分为四个区，每个区都是相对独立的，目的就是在于避免小尺寸的板子因阳极电流过大而烧焦，因为在做小尺寸的板子的时候阳极板子未触及到的地方是没有电流的，同时水平脉冲电镀能使板面电镀更加均匀，孔铜和表铜比更趋于1，对此一些高尖端的线路板现在都在使用脉冲电镀，水平电镀会自动调整板子的方向使它位于夹具范围内，夹具导轨的导电性是其能否生产出更高品质的线路板的关键，水平电镀高自动化使它具备了能根据板子的形态自动调整个水刀的压力，避免生产板因水刀压力过大而跷起卡板，水平电镀设备因为如此之多的优点而被广泛的推崇。但是，水平电镀的成本之高，这里说的不只是设备成本，就拿安美特公司的水平电镀线，一台设备就要两三千万，平均一周就要保养一次，单纯的保养成本就相当之高，在加上药水，水电等等，如果不生产那些品质高端科技含量的线路板，不是每个厂家都能使用的起的，现在国内沪士电子现在是首家。希望在未来的发展中水平电镀能运用得更加广泛。6 电路板生产过程中易出现问题及解决办法随着线路板高精密度化的发展，同时对线路板品质和性能的要求不断提高，随之而来变会带来很多以往所被忽视或出现过的问题屡屡发生，问题的解决办法的好坏将是生产线路板能否获利能否更好的提高其品质的关键所在，同时在生产过程中更多的应该是预防为主，毕竟出现问题后即便是重工也难免会发生这样那样的不良，导致报废，对于一些精密度比较高的产品报废的成本将会很高，由此会对企业带来很沉重的经济损失，所以在生产过程中一定要对线路板的品质做严格的追踪，这样才能更有效的分析产线的不足与待改进的地方。6.1易出现问题电镀过程中容易出现的问题为：镀层烧焦、电镀针孔、电镀针点下陷、板面颗粒、镀铜晶体异常、电镀CRACK、孔口下陷及孔铜不足等。6.2 详细分析与图解6.2.1电镀针孔（如图6、图7）表2 电镀针孔分析问题可能原因改善方法电镀针孔(或子弹孔或pitting)过滤泵漏气维修过滤泵打气太弱加强打气板面弯曲用支撑架或夹棍或改成水平电镀或改成全板电镀线路太细太密改变挂板方向或加强震动或改成全板电镀图6 电镀针孔 图7 电镀针孔6.2.2 电镀针点下陷（如图8）表3 电镀针点下陷分析问题可能原因改善方法电镀针点(板面)下陷板面污染(辘痕/胶渍/手印)清洗刷板机/洗板机，尽量减少板面手印,更换老化手套水中杂质加强过滤,改善水质,必要时清洗或更换管道无油空气太脏加强或改善鼓风机过滤效果,必要时清洗或更换管道电镀槽液脏,有抗镀类悬浮异物加强槽液过滤图8 电镀针孔下陷6.2.3 板面颗粒（如图9）表4 板面颗粒分析问题可能原因改善方法板面颗粒阳极袋破损或袋口低于液面更换好的阳极袋,保持袋口高于液面槽液中有颗粒杂质加强过滤及DUMMYPTH沉积速度太快降低PTH沉积速度及倒槽PTH后水洗不净维护洗板机,改善水洗光亮剂浓度太低升高光亮剂浓度铜面氧化洗净及烘干铜面,缩短电镀前存放时间,氧化铜面重新刷磨处理砂纸打磨尽量不用砂纸打磨铜面手指印尽量减少板面手印,更换老化手套图9 板面颗粒6.2.5电镀crack（如图10）表5 电镀crack分析问题可能原因改善方法电镀crack(空洞)光亮剂浓度太低控制光亮剂故在正常浓度光亮剂浓度太高控制光亮剂故在正常浓度LCD浓度太低增加LCD浓度铜离子浓度太低升高锡离子浓度铜厚不足增加铜厚材料异常改善材料Tg,Tg,CTE切片过程不规范规范物性检查过程图10 电镀crack6.2.6孔口下陷（如图11、图12）表6 空口下陷分析问题可能原因改善方法孔口下陷新配或碳处理后镀活化槽液直到稳定铜溶液尚未稳定整平剂与光亮剂的增加光亮剂或降低浓度比值太大整平剂一次补加整平剂太多整平剂少量多次补加摇摆太强减弱摇摆打气太强或不均匀调匀或减弱打气 图11 空口下陷 图12 孔口下陷6.2.7孔铜不足表7 孔铜不足分析问题可能原因改善方法孔铜不足镀铜时间不足延长镀铜时间电流密度太大降低电流密度无电震马达(或太弱)加装或加强电震马达LCD浓度太低增加LCD浓度孔壁太粗糙改善钻孔条件6.2.8板角或板面烧焦表8 板角或板面烧焦分析问题可能原因改善方法板角或板面烧焦电流密度太大降低电流密度铜离子太低升高铜离子浓度打气太弱加强打气光亮剂太低补加光亮剂温度太低升高温度7 一二铜分离试验方案与解决办法一月份以来CPD二铜线偶有一二铜分离的状况出现,在2009/11/22出现批量的不良.一二铜分离不良有可能带来产品的赖性问题,故需及时改善。 7.1状况分析与解决办法7.1.1现况分析一二铜分离不良板从外观上看与正常的生产板无差异,在切片制作完成用咬蚀液咬蚀后孔内一二铜界面处会出现明显的界限,其顏色较深,且类似有裂开的状况。OK板（如图13、图14）图13 OK板 图14 OK板一二铜分离板（如图15、图16）图15 一二铜分离 图16 一二铜分离7.1.2相同位置咬蚀前后对比从咬蚀前（如图17、图19 ）和咬蚀后（如图18、图20）线路板的对比，能够很清楚的看到一二铜分离的现象。 图17 咬蚀前 图18咬蚀后19 咬蚀前 图20 咬蚀后7.1.3同一片板子不同大小孔切片对比分析图21 小孔 图22 中孔 图23大孔图24小孔 图25中孔 图26大孔从切片分析以下几点：a.一二铜分离板与OK板相比其一二铜分界线较较明显b.一二铜分离的状況只有在涂完咬蚀液后才能显现出来c.一二铜分离的状況不会只单纯的出现在某一类孔中,且不同大小的孔其严重程度较为一致.7.1.4 EDX分析一二銅分离处的元素组成Test Item: EDX Analysis（测试系统：能量分析仪）Company: WUS QA dept.-Reliability LAB（公司：沪士质量可靠性试验室）Accel. Voltage: 15.00（电压：15伏） Magnification:2500.00（放大倍数：2500） 图27 能量色散X射线荧光光谱仪图28 能量色散X射线荧光光谱仪分析图29 能量色散X射线荧光光谱仪分析 图30 能量色散X射线荧光光谱仪分析从EDX分析看,如上图一二銅分离处无他元素組成,说明一二銅分离处沒有夹杂异物。7.1.5 SEM（扫描电子显微镜）分析一二铜分离处结晶状况选取一二铜分离较为轻微与较严重板子分別确认一二铜分理处的结晶状況如下图图31和图32. 图31 切片 图32 扫描电子显微镜分析以上为一二铜分离较为轻微的板子的切片及SEM情況7.1.6 物性加严测试 1、将一二铜分离的板子选用288OC漂6次与288OC漂8次的物性加严条件来确认一二铜分离的板子是否会出现物性NG(crack)的状況.图33 288OC*3 图34 288OC*6 图35 288OC*8图36 288OC*3 图37 288OC*6 图38 288OC*8从物性加严测试来看,一二铜分离处未出現物性NG的情況,也沒有因为物性加严,一二铜分离状況加据的情況.2、要因分析从现况分析上看,CPD二铜出现一二铜分离的可能影响站别为一铜后各站(主要为前处理,显影)至二铜电镀过程中,故从一铜后各站的作业条件(微蚀,水洗,烘干等方面),板面状况(是否有氧化严重或是残留药水)及停留时间等方面来拟定可能导致一二铜分离的原因如下: 前处理 显影板面氧化 微蚀不够水质不好 水质不好 板面残留药水 显影后放置超时 一二铜分离烘干效果不好 水质不好微蚀液浓度不够 微蚀温度不够 除油浓度不足 除油温度不够 震强度不够 二铜线3各站作业条件确认：(1)前处理： a.发生一二铜分离时,前处理有无水洗流量不足,烘干效果不好及机台故障等异常状况发生。b.发生一二铜分离后确认前处理咬蚀量为0.045mil,在0.03mil0.05mil的规格范围内。(2)显影： a.发生一二铜分离時,显影有无水洗流量不足,板面残留药水及机台故障等异常状况发生。b.显影后有无超時的情況。(3)二铜： a.发生一二铜分离時,二铜无水洗流量不足及机台故障等异常状况发生b.除油及微蚀槽药水浓度是否均在规格(除油槽AFR-2浓度为72.3ml/L,微蚀槽H2SO