PCB电镀铜培训课件

1、电镀铜培训教材1第1页，共46页。铜的特性 铜,元素符号Cu,原子量63.5,密度8.94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,能够与其它金属镀层形成良 好的金属-金属间键合,从而获得镀层间的良好结合力。2第2页，共46页。电镀铜工艺的功能电镀铜工艺 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. 。 3第3页，共46页。电镀示意图4第4页，共46页。硫酸盐酸性镀铜的机理电极反应 阴极： Cu2+ +2e-Cu 副反应 Cu2+ + e-Cu Cu+ + e-Cu 阳极： Cu -2e - C

2、u2+ Cu - e - Cu+2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ -2Cu2+ + H2O副反应 2Cu+ + 2 H2O -2CuOH + 2H+ Cu2O + H2O 2Cu+- - Cu2+ + Cu5第5页，共46页。酸性镀铜液各成分及特性简介酸性镀铜液成分 硫酸铜（CuSO4.5H2O) 硫酸 (H2SO4) 氯离子（Cl-） 电镀添加剂6第6页，共46页。酸性镀铜液各成分功能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， 提高通孔电镀的均匀性。Cl-： 主要作用是帮助阳极溶解，协助 改善铜的析出，结晶。添加剂： 主

3、要作用是改善均镀和深镀性能， 改善镀层结晶细密性。7第7页，共46页。酸性镀铜液中各成分含量对电镀效果的影响 CuSO4.5H2O ：浓度太低，高电流区镀层易烧焦； 浓度太高，镀液分散能力会降低。H2SO4 ：浓度太低，溶液导电性差，镀液分 散能力差。浓度太高，降低 Cu2 的迁移率，电流效率反而降低，并 对铜 镀层的延伸率不利。 Cl- ：浓度太低，镀层出现台阶状的粗糙 镀层，易出现针孔和烧焦；浓度太 高，导致阳极钝化，镀层失去光泽 添加剂 ：（后面专题介绍）8第8页，共46页。操作条件对酸性镀铜效果的影响温度 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，但加速添加剂分解

4、会增加添加剂消耗，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。防止镀液升温过高方法：镀液负荷不大于0.2A/L，选择导电性能优良的挂具，减少电能损耗。配合冷水机，控制镀液温度。9第9页，共46页。操作条件对酸性镀铜效果的影响电流密度 提高电流密度，可以提高镀层沉积速率，但应注意其镀层厚度分布变差。搅拌 阴极移动：阴极移动是通过阴极杆的往复运动来实现工件的移动。移动方向与阳极成一定角度。阴极移动振幅5075mm，移动频率1015次/分10第10页，共46页。操作条件对酸性镀铜效果的影响空气搅拌 无油压缩空气流量0.3-0.8m3 / min.m2打气管距槽底38cm，

5、气孔直径2 mm孔间距80130mm。孔中心线与垂直方向成45角。过滤 PP滤芯、15m过滤精度、流量26次循环/小时 阳极 磷铜阳极、含磷0.04-0.065%11第11页，共46页。磷铜阳极的特色 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又称磷铜阳极膜磷铜阳极膜的作用 阳极膜本身对(Cu+-eCu2+)反应有催化、加速作用，从而减少Cu+的积累。 阳极膜形成后能抑制Cu+的继续产生 阳极膜具有金属导电性 磷铜较纯铜阳极化小(1A/dm2 P0.04-0.065%磷铜的阳极化比无氧铜低50mv-80mv)不会导致阳极钝化。 阳极膜会使微小晶粒从阳极脱落的现象大

6、大减少 阳极膜在一定程度上阻止了铜阳极的过快溶解12第12页，共46页。电镀铜阳极表面积估算方法圆形钛篮阳极表面积估算方法:Fdlf /2 F=3.14 d=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 1.33lwf 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=1.213第13页，共46页。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

7、%max Pb : 0.002%max Sb : 0.002%max Ni : 0.002%max As : 0.001%max影响阳极溶解的因素 阳极面积(即阳极电流密度控制在0.5ASD-1.5ASD之间)阳极袋(聚丙烯) 阳极及阳极袋的清洗方法和频率14第14页，共46页。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,各添加剂相互制约地起作用.15第15页，共46页。

8、电镀层的光亮度 载体 (c) /光亮剂 (b)的机理16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第16页，共46页。电镀的整平性能光亮剂(b),载体(c),整平剂(l)的机理17第17页，共46页。镀铜添加剂的作用 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18第18页，共46页。电镀铜镀层厚度估算方法电镀铜镀层厚度估算方法(mil)= 0.0087*电镀阴极电流密度(ASD) X 电镀时间(分钟) 1 mil = 25.4 m19第19

9、页，共46页。电镀铜板面镀层厚度分布评估方法20第20页，共46页。电镀铜板面镀层厚度分布评估方法21第21页，共46页。电镀铜板面镀层厚度分布评估方法22电镀铜板面镀层厚度分布评价标准: 整缸板 CoV 12% 为合格.第22页，共46页。电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power)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) 纵横比 ：（板厚 inch） /（孔径 inch）搅拌: 提高电流密度表面分布也受分散能力影响.23第23页，共46页。电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power)24第24页，共46页。电镀铜溶液的分

10、散能力(Throwing Power)Throwing Power25第25页，共46页。电镀铜溶液的控制分析项目 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)上述项目须定期分析,并维持在最佳范围内生产26第26页，共46页。电镀铜溶液的控制赫尔槽试验(Hull Cell Test)参数 电流: 2A 时间: 10分钟 搅拌: 空气搅拌 温度: 室温27第27页，共46页。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酸铜光泽剂含量非常低 改正方法:添加0.2-0.3ml/l 的酸铜光

11、泽剂 HULL CELL 图样如下页图28第28页，共46页。赫尔槽试验 (Hull Cell Test)29第29页，共46页。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,仅酸铜光泽剂低 改正方法:添加 0.10.2 ml/l酸铜光泽剂 HULL CELL 图样如下页图30第30页，共46页。赫尔槽试验 (Hull Cell Test)31第31页，共46页。赫尔槽试验 (Hull Cell Test)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

12、整. HULL CELL 图样如下页图32第32页，共46页。赫尔槽试验 (Hull Cell Test)33第33页，共46页。赫尔槽试验 (Hull Cell Test)赫尔槽试验(Hull Cell Test) 严重污染 改正方法:添加平整剂对抑制此现象可能有帮助. 溶液必须安排作活性炭处理 HULL CELL 图样如下页图34第34页，共46页。赫尔槽试验 (Hull Cell Test)35第35页，共46页。电镀液维护电镀液维护 电镀液会发生成分变化(变质)的。为了调整、恢复原状，需要补充药品。如果有杂质的沉积，就要除掉杂质(再生)，到了不能使用时就要全量或者部分报废，更换新镀液。

13、 镀液的再生采用: (1)活性碳处理； (2)弱电解(拖缸)处理等。 补充药品方法有: (1) 分析补充； (2)定量补充两种。36第36页，共46页。电镀槽液的维护37第37页，共46页。问题1. 板子正反两面镀层厚度不均可 能 原 因1.板子两面的电镀面积不一致，尤其当一面是接地层面而另一面是线路面时 以正反排板方式将板子两面的待镀面积 加以调整或适当增加DUMMY PAD.2. 可能是某一边阳极之线缆系统导电不良所致 检查及改善38第38页，共46页。问题2. 镀层过薄可 能 原 因1. 电镀过程中，电流或时间不足 确认板子面积以决定总电流的大小，并确认电流密度及时间之无误。2 .板子与

14、挂架或挂架与阴极杆的接触导电不良 检查整流器，板子等所有的电路接点。39第39页，共46页。问题3. 全板面镀铜之厚度分布不均可 能 原 因1 阳极篮与阴极板面的相对位置不当 以非破坏性的厚度量测法详细了解其全面厚度之差异。 根据镀层厚度量测的结果重新安排阳极 的位置。2 阳极接点导电不良 使用钳形表定期检查每一支阳极与阳极杆是否接触良好。 清洁所有接点，并确保阳极杆所有接点的电位降落(Voltage Drop)都要相同。3 镀液中硫酸浓度不足，导电不良.检查硫酸浓度并调整至最佳值40第40页，共46页。问题4. 镀铜层烧焦1 电流密度过高或电镀面积不均匀，导致板面上局部电流密度超过局限电流

15、降低所用之电流 在高电流密度区增加辅助阴极板，以吸收多余的电流 2 镀液搅拌不当或板架往复搅拌不足 利用循环过滤及低压空气进行搅拌 配合阴极杆往复摆动(与板面垂直)搅拌 检查阴极之间的距离，在电流密度为30ASF 的情况下，其距离至少应为15公分。 3 在操作电流密度下的铜离子浓度过低 维持铜离子的应有浓度或降低电流密度4 硫酸浓度过高 稀释槽液维持一定的酸浓度5 槽液温度过低 冬天须加热槽液，最佳的操作温度通常介于22-26之间。41第41页，共46页。问题5. 镀铜层烧焦6 各添加剂含量已失去平衡 添加适用于高CD之添加剂，以减少烧焦 添加适用于低电流密度这之添加剂，以减少 板面烧焦(线路

16、) 在正式添加大槽前应先于小槽内试验添加剂 的性能。7 阳极过长或数量过多 阳极长度应比板架略短2-3英寸 将阳极袋绑紧 自槽液中移走部分阳极棒 阳极对阴极的面积比不应该超过2：18 槽液搅拌太弱加强搅拌42第42页，共46页。问题6. 镀铜层出现凹点1 镀铜槽中空气搅拌不足或不均匀增加空气搅拌并确保均匀分布2 槽液遭到油渍污染 进行活性炭处理及过滤，确认污染来源并加以杜绝3过滤不当持续过滤槽液以去除任何可能的污染物。4 镀槽内特定位置出现微小气泡可能是过滤泵有空气残存，设法改善43第43页，共46页。问题7. 添加剂未能发挥应有功用1 阳极产生极化现象- 整流器通常会出现电压升高与电流下降现象 调整阳，阴极面积比为2：1(2) 检查槽液温度是否太高(3) 调整好各种参数后，再将阳极取出彻底洗净，然后进行假镀，以使重新建立一