PCB电镀铜锡工艺(程师培训资料)PPT优秀课件

1、电镀铜/锡工艺,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,电镀铜工艺,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

2、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.,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,Cu Cu2+ + 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+ +2eCu 。 Cu2+ / Cu = +0.34V 副反應 Cu2+ + eCu 。 Cu2+ / Cu = +0.15V Cu+ + eCu 。 Cu+ / Cu = +0.51V 陽極： Cu -2e Cu2+ Cu

3、- e Cu+ 2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ 2Cu2+ + H2O 2Cu+ + 2 H2O 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

4、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

5、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 5075mm，移動頻率1015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38cm，氣孔直徑2 mm孔間距80130 mm。 孔中心線與垂直方向成45o角。 過濾 PP濾芯、510m過濾精度、流量25次循環/小時 陽極 磷銅陽極、含磷0.04-0.065%,操作條件對

6、酸性鍍銅效果的影響,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+-eCu2+)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 -1 cm-1具有金屬導電性 磷銅較純銅陽极化小(1A/dm2 P0.04-0.065%磷銅的陽极化 比無氧銅低50mv-80mv)不會導致陽极钝化。 陽极膜會使微小晶粒從陽极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 =3.14 d=钛篮

7、直径 l=钛篮长度 f=系数 方形钛篮铜阳极表面积估算方法 1.33lwf l=钛篮长度 w=钛篮宽度 f=系数 f与铜球直径有关: 直径=12mm f=2.2 直径=15mm f=2.0 直径=25mm f=1.7 直径=28mm f=1.6 直径=38mm f=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% 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,影響陽极溶解的因素,

8、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)

9、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,b c c c c c b c c c c,c c b,c c,c c,b,b,b,c c,c b c c b,b c b c b c b c b c b,b c b,c b,c b,b,b,b,c b,c b c b c,l b c c c b c c b l l,c c

10、 b,l l,l c,b,b,b,l c,c b c b b,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(mil) 电镀阴极电流密度(ASD) X 电镀时间(分钟) / 114 1 mil = 25.4 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(Throwing Power),电镀铜板面镀层厚度分布评估方法,电镀铜溶液和电镀线的评价,电镀铜溶液和电镀

11、线的评价,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,电镀铜溶液和电镀线的评价, Throwing Power 的测定方法,电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power),电镀铜溶液和电镀线的评价, Throwing Power 的测定方法,电镀铜溶液和电镀线的评价,电镀铜溶液和电镀线的评价, 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.,测试步骤 (1)裁板16x18 (2) 进行钻孔； (3) 经电镀前处理磨刷； (4) Desmear + PTH + 电

12、镀； (5) 经电镀后处理的板清洗烘干； (6) 每片板裁上、中、下3小片100mm x 100mm测试板；, 热冲击测试,电镀铜溶液和电镀线的评价, 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.,电镀铜溶液和电镀线的评价,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Hull Cell监控添加剂含量 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 (Hull Cell Test),阴极-,阳极+,电镀铜溶液的控制, 赫尔槽试验(Hull Cel

13、l Test)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(Hull Cell Test) 高电流密度区烧焦,中高电流密度区无光泽-Copper Gleam 125T-2(CH) Additive 非常低 改正方法:添加2-3ml/l Copper Gleam 125T-2(CH) Additive,电镀铜溶液的控制, 赫尔槽试验(Hull Cell Test) 仅高电流密度区烧焦,试片的其它区域仍然正常-Copper Gleam 125T-2(CH) Additive 低 改正方法:添加1ml/l Copper Gleam 125T-2

14、(CH) Additive,电镀铜溶液的控制, 赫尔槽试验(Hull Cell Test) 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,电镀铜溶液的控制, 赫尔槽试验(Hull Cell Test) 严重污染 改正方法:添加3-10ml/l 125T-2(CH) Additive 对抑制此现象可能有帮助. 溶液必须安排作活性炭处理,电镀工艺过程,流程说明,流程说明,电镀工艺过程,电镀铜工艺过程,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 12

15、5T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,电镀线配线及设备保养方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保

16、养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线设备保养方法,电镀线设备保养方法,电镀线设备保养方法,电镀线设备保养方法,问题及解决方法,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1

17、2. 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

18、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. 镀铜层表面长瘤(尤以孔口最易出现铜瘤), 问题9. 镀铜层表面长瘤(尤以孔口最易出现铜瘤), 问题10. 镀铜层出现凹点, 问题10. 镀铜层出现凹点, 问题11. 镀层厚度分布不均匀, 问题11. 镀层厚度分布不均匀 (续), 问题11. 镀层厚度分布不均匀(续), 问题12. 镀层出现条纹状, 问题12. 镀层出现条纹状(续), 问题13. 镀层脆裂(Brittle Copper Plating), 问题13. 镀层脆裂(Brittle Copper Plating)(续), 问题14. 镀层抗拉强

19、度(Tensile Strength)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,RHEM 电镀锡工艺,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+S

20、nSO4+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,Sn Sn2+ + 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 ：o Sn/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%ma

21、x 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 2 H+ + 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: EC Part A 15-25毫升/升 EC Part B 30-50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: 18-25o