图形电镀工序培训

ME：刘攀2008.01,图形电镀工艺原理培训,目录,一、目的二、流程三、主要物料介绍四、镀铜及镀锡原理五、镀铜光亮剂六、主要测试七、特殊工艺控制及其原理八、典型案例分析,一、目的,对所需线路及孔进行镀铜加厚，使孔内与线路铜层满足要求，从而保证其电性能；并在其上镀一层锡，作为蚀刻时的抗蚀层。,二、流程,除油,喷淋水洗,微蚀,镀铜,两级水洗,两级水洗,镀锡,两级水洗,上板,两级水洗,预浸,预浸,烘干,下板,退镀,二、流程-各流程段作用,除油-除去板面的机械油污、手指印等微蚀-能够将铜氧化，咬蚀铜面，形成较粗糙的铜面，增加结合力预浸-去除氧化层；减少水分对铜缸的带入镀铜-对所需线路及孔进行镀铜加厚，使线路铜层及孔内满足客户要求镀锡-在线路及孔内上镀一层约5um左右厚度锡，作为蚀刻时的抗蚀层退夹-避免夹具在铜缸及锡缸中镀上的铜越积越多，造成夹具无法夹板铜丝避免造成铜粒等品质缺陷,三、主要物料,四、镀铜镀锡原理反应图,电镀液组成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加剂),离子交换,直流整流器,电镀上铜层阴极(受镀物件)镀槽,阳极,CuCu2+2e-,Cu2+2e-Cu,四、镀铜原理机理,电极反应标准电极电位阳极：Cu2+2eCu。Cu2+/Cu=+0.34V副反应Cu2+eCu。Cu2+/Cu=+0.15VCu+eCu。Cu+/Cu=+0.51V阴极：Cu-2eCu2+Cu-eCu+2Cu+1/2O2+2H+2Cu2+H2O2Cu+2H2O2CuOH+2H+2Cu+Cu2+Cu,Cu2O+H2O,副反应,四、镀铜原理药水成分,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，提高通孔电镀的均勻性。Cl-：主要作用是帮助阳极溶解，协助改善銅的析出，結晶。添加劑：主要作用是改善均镀和深镀性能，改善镀层结晶细密性。,四、镀铜原理药水成分,磷铜简介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又程磷銅阳极膜磷銅阳极膜的作用阳极膜本身对(Cu+-eCu2+)反应有催化、加速作用，从而减少Cu+的沉积。阳极膜形成后能抑制Cu+的连续生产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,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，但加速光亮剂分解，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。电流密度提高电流密度，可以提高镀层沉积速率，但应注意其鍍层厚度深镀能力变差。搅拌摇摆移动：摇摆移动是通过阴极的往复运动来实现的工件的移動。移动方向与阴极成15度。摇摆移动振幅5075mm，摇摆频率1015次/分,四、镀铜原理操作条件,打气搅拌及射流搅拌3PP为空气搅拌，5PPand6PP为射流搅拌，通过搅拌加速药水的流动及赶走副反应生成的氢气。过滤PP过滤、510m过滤精度、流量25次循环/小时,四、镀铜原理操作条件,五、镀铜光亮剂,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,五、镀铜光亮剂,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,五、镀铜光亮剂整平性能,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,六、测试均镀能力(TP),3.1均镀能力3.1.1测试方法测试板料板材尺寸：16”24”及16”18”铜箔厚：0.5OZ板厚：1.0-1.6mm测试流程磨板沉铜板电测总铜厚计算镀铜厚CoV分析电镀参数电流密度：16ASF；板电时间：80min；挂板方式：3#，5#PP8块/巴；6#PP12块/巴。注：其它条件在控制计划范围内。,六、测试均镀能力,六、测试均镀能力,COV标准偏差平均值（/）100标准：COV12.5。新设备要求10.0,六、测试均镀能力,主要影响因素a)钛篮的排布及铜球的填充状况b)阳极挡板的状况c)飞机翼的影响d)浮架的影响e)生产板的挂板排布其它因素：电流密度，光亮剂，搅拌,六、测试深镀能力(TP),测试板料板材尺寸：18”*24”铜箔厚：0.5OZ板厚：2.0mm孔径0.25/0.3/0.35mm测试流程磨板钻孔沉铜板电镀铜金相切片分析电镀条件电流密度：10ASF；板电时间：160min；其它条件在控制计划范围内。,六，测试深镀能力(TP),(a+b+c+d+e+f)/61）深镀能力（T.P.）=100%（IPC标准）(C1+C2+S1+S2)/4(c+d)/22）深镀能力（T.P.）=100%(我司标准)(C1+C2+S1+S2)/4,六、测试深镀能力,主要影响因素：板的难度，R2/L，R表示孔径，L表示板厚电流密度，通常电流密度小，深镀能力好光亮剂，不同光亮剂有不同的深镀能力电源，总体来说，脉冲电源的深镀能力比DC好搅拌，摇摆，射流，打气。其它影响因素硫酸铜含量，温度，设备等,六、测试均镀能力,测试板料板材尺寸：16”24”及16”18”铜箔厚：0.5OZ板厚：1.0-1.6mm测试流程磨板沉铜板电测总铜厚计算铜厚COV分析电镀条件电流密度：16ASF；板电时间：80min；挂板方式：3#，5#PP8块/巴；6#PP12块/巴，温度：其它条件在控制计划范围内。,六、测试均镀能力,计算方法：COV标准偏差平均值标准：COV12.5。新设备要求10.0,六、测试均镀能力,COV计算公式,六、测试均镀能力,主要影响因素钛篮的排布及铜球的填充状况阳极挡板的状况飞机翼的影响浮架的影响生产板的挂板排布其它因素电流密度，光亮剂，搅拌,六、测试延展性,测试板料板材尺寸：16”18”的钢板测试流程钢板磨板电镀铜延展性测试分析电镀条件电流密度：16ASF；板电时间：160min；，温度：其它条件在控制计划范围内。,六、测试延展性,拉伸力及拉伸系数拉伸力指一定宽度的铜条在拉断时用的最大力；要求大于或等于12000P拉伸系数当铜条拉时，拉伸的长度与原来长度的比拉伸系数（拉伸后长度-原来长度）原来长度要求大于或等于0.12（12）,七、特殊工艺控制及其原理,HDI板在PP的控制由于HDI板主要采用激光钻孔工艺生产，其孔径较小（一为5mil），当电流密度较大时容易导致孔口堵死的现象，对均匀性要求较高，因此对HDI板的生产一般采用较低电流密度生产的方式；另外盲孔由于是单面开孔，对药水交换性较高，而目前的设备条件下主要通过提高铜离子浓度的方式来实现，因此HDI板在工序的生产需要增加以下两项控制要求：1）HDI板在PP的电流密度范围定为8ASF15ASF。2）HDI板在PP生产优先安排在6PP生产，如出现产能矛盾或要求用薄板架生产的板可安排在3PP生产，但不可在5PP生产（5PP铜缸药水为低铜药水，不适合盲孔电镀）。,七、特殊工艺控制及其原理,5.2FA板的运作原因及控制方式1）FA板应尽可能先于生产板完成,原则上不允许FA板与生产板同时走板,以便蚀刻后发现问题时,能够及时在前工序采取改善措施;2）FA板全部蚀刻出来,由蚀刻IPQC人员全检,以判定孔径、线宽、间距是否符合要求;3）蚀刻IPQC应设置FA板检测记录,如发现问题,应记录下来,并应第一时间反馈给PPE跟板人员及图形电镀工序,如发现有特殊问题,应及时反馈给相关工程人员,以便问题能得到及时处理;4）PPQE认可图电指示时,应同时以切片报告，阻抗报告（需要物测室签字认可）及ETCH检测结果为依据,如果上述报告同时OK,则可认可上网。5）在FA板未挂满所有夹具时，必须在空夹具上挂板条，并加上板条电流，板条电流=所用电流密度板条面积；,八、典型案例分析（一）,微蚀量测试是电镀线日常测试最为重要的一项，主要为过硫酸钠与铜的化学反应过程，其影响因素包括药水浓度、打气、温度控制等。各因素影响的关键点及原理如下：,八、典型案例分析（二）,3图电线20号铜缸突然打不起电流问题出现：3图电线20号铜缸突然打不起电流问题分析：1)取样送化验室分析，硫酸铜，硫酸和氯离子浓度都在范围之内2)做哈氏片实验，证实光剂含量正常3)MD检测火牛正常，只是同一槽内火牛出现类似问题。4)提起钛篮，发现铜球表面布满硫酸铜晶体。问题初步定位：应当是某种胶体（如四价锡）将阳极袋孔隙密死，导致阳极袋内硫酸铜浓度持续上升，最终形成结晶，布满铜球表面，使阳极无法溶解所致。问题确认：取样外发分析，证实镀液中含有20ppm的锡，即整个镀液中含有220克左右的锡。问题处理：1)将药水抽去，做炭处理，将锡全部氧化成四价锡，用活性炭吸附掉；2)将所有铜球全部清洗，将硫酸铜结晶去除；3)加强员工教育和物料管制，避免类似的事件再次发生。,八、典型案例分析（三）,问题产生：2007年8月中旬开始，图形电镀工序镀层厚报废出现异常升高ME将所有参数调试到最佳状态情况下对6PP进行COV测试,总共测量7次均未达标，因此6#PP均镀能力已经超出控制要求，需要通过试验和保养进一步改善6PP的均镀能力影响均镀能力的主要因素有板料，操作控制，导电性，钛篮，浮架，阳极幕布等，各因素细分如下：,八、典型案例分析（三）,问题定位：通过PP/FMEA跟进,可以完全排除的影响因素有测试板料和操作控制,可能存在的影响因素有：1)夹具上导电铜条腐蚀严重，飞巴铜条腐蚀严重，夹点经过长久摩擦导电面积不一致，由于设备的不断老化导致了飞巴每处接触电阻不一致，根据缸内电流分布可把板与板看成并联电路（板与板均有间隙），电阻不一致会导致电流分布不一致，因而不同夹点下镀层厚度差异较大。2)浮架导块因长久与板摩擦已成阶梯状，使得板下滑困难，且对每块板的阻碍程度不一致从而导致不同程度的弯板。3)阳极挡板缺失，容易造成最边上电力线分布不均匀，从而导致镀厚。4)阳极泥的影响，从倒缸3个月左右的钛篮来看，阳极袋底部有将近3长度堵塞严重，因而存在板底部局部偏薄现象，而在刚刚倒缸后的缸内无此现象。5)由于6#PP第一摇摆多次断裂，焊接后变形严重，导致夹具碰撞缸壁而严重变形。而夹具夹点大小/夹具夹紧程度/夹具是否在同一直线上都会影响到其导电性能,八、典型案例分