化学沉铜工艺知识讲解.ppt

1、化学沉铜工艺知识,陈克健 2014-11-02,目录,一、沉铜的目的,沉铜，又称孔金属化（PTH)，使双面或多层印制板层间导线的联通，它是利用化学沉积的方法在钻孔后的孔壁上沉上一层薄薄的化学铜，为后续的电镀铜提供导电性。,Before PTH,After PTH,After Plating,二、工艺流程,CIRCUPOSIT 253沉铜,MLB 211膨松,Neutralizer 216 中和,Conditioner233调整,Generic Microetch微蚀,CATAPREP 404预浸,CATAPOSIT 44活化,Acc19加速,Conditioner1175除油,Promoter

2、 214除胶渣,Desmear 除胶渣,Electroless Copper 化学沉铜,使孔壁上的胶渣软化、膨松.,溶解孔壁少量树脂及粘附孔壁内的胶渣。,将除胶渣后残留的高锰酸钾盐除去.,除掉铜表面轻微的手印、油渍、氧化等,使孔壁呈正电荷后，提高孔壁对钯的吸附,防止板子带杂质、水分进入昂贵的活化槽,使胶体钯微粒均匀吸附到板面和孔壁上,剥去胶体钯微粒外层的Sn+4外壳,露出 钯核, 形成孔化时的反应中心 。,以露出的钯核为反应中心,沉积上微细颗粒 化学铜层,实现孔壁金属,粗化铜箔表面,增强铜面与孔化之间的结合,Deburr 去毛刺,等离子处理,磨板,plamsa,特殊板材的除胶渣、表面活化.,去

3、除孔口披风、清洗孔内粉尘,三、工艺流程简介-Deburr,1 去毛刺简介 1.1 目的 去除孔口毛刺，清洁孔内残余的钻屑及粉尘，去除铜面氧化。 1.2 基本流程,酸洗,水磨（针辘磨板）,超声波水洗,高压水洗,酸洗：去除铜面的氧化。,热风吹干：将板面吹干。,（+水洗）,（+水洗）,水磨（针辘磨板）：使用水加针辘磨刷来去除孔口毛刺,高压水洗：清洁孔内钻屑、粉尘。,热风吹干,超声波水洗：清洁孔内钻屑、粉尘，主要针对小 孔或厚板。,三、工艺流程简介- Plasma,2 等离子处理简介 2.1 等离子体技术在pcb制造过程中的应用 2.1.1 PTFE、PI材料的表面改性 （亲水性）,表面改性包括两方面

4、的作用：1材料表面物理改性，主要通过等离子的蚀刻作用使材料表面粗糙，而粗糙的表面具有比光滑的表面大得多的比表面积。2材料表面的化学改性，通过等离子体的蚀刻作用使材料表面的化学建发生断裂，再通过化学交联反应，再断键的部位接枝上亲水基团（主要包括NH2,-HO）使材料具有亲水性。整个过程其实包括两个方面的改性，即表面物理结构改性和表面化学特性改性。,三、工艺流程简介- Plasma,2.1.2 去钻污（针对特殊板材） 去钻污主要针对的是Desmear难以去除的板材类型，包括含碳氢化合物板材、H-Tg板材等。,从图可以清晰的看出，等离子处理后的板材可以做出三面包夹的效果，更好的增强了可靠性。,2.1

5、.3 电镀夹膜的处理,2.1.4 去除激光钻孔后的碳膜,三、工艺流程简介-Plasma,2.2 等离子设备 2.2.1 等离子设备简图 典型的等离子设备包括：真空室、电 极、射频发生器、真空泵。其它辅助设备 还包括：冰水机等。如右图。,2.2.2 参数控制 在等离子体处理，如下工艺参数合理选择起了很重要的作用： 气体种类和混合比例；功率；加工时间；工作室真空压力；气体流量；温度。,2.2.3 检测项目,三、工艺流程简介-Desmear,3 除胶渣工艺 3.1 胶渣的由来,钻孔时，玻璃环氧树脂与钻嘴，在高速旋转剧烈磨擦的过程中，局部温度上升至200 oC以上，超过树脂的Tg值（130 oC左右）

6、。致使树脂被软化熔化成为胶糊状而涂满孔壁；冷却后便成了胶渣（Smear). 3.2 胶渣的危害,1.对多层板而言，内层导通是靠平环与孔壁连接 的，钻污的存在会阻止这种连接。出现“互连分离”或“孔壁分离”质量问题。 2.对双面板而言，虽不存在内层连接问题，但孔壁铜层若建立在不坚固的胶渣上，在热冲击或机械冲击情况下，易出现拉离问题。,三、工艺流程简介-Desmear,3 除胶渣工艺 3.3 除胶渣方法介绍,三、工艺流程简介-Desmear,3.3.1 MLB 膨松剂 211,使孔壁上的胶渣得以软化，膨松并渗入树脂聚合后之交联处，从而降低其键结的能量，使易于进行树脂的溶解。,三、工艺流程简介-Des

7、mear,3.3.2 MLB 除钻污剂 214（主要成分高锰酸钾+液碱）,作用： 高锰酸钾具有强氧化性，在高温及强碱的条件下，与树脂发生化学反应使其分解溶去。 反应原理： 4MnO4- + 有机树脂 + 4OH- 4 MnO42- + CO2 + 2H2O,附产物的生成： KMnO4 + OH - K2MnO4 + H2O + O2 K2MnO4 + H2O MnO2 + KOH + O2 MnO2 是一种不溶性的泥渣状沉淀物。,附产物的再生： 由于工作液中存在MnO2 ,将严重影响槽液的寿命，并影响除胶渣的质量，故必须抑制其浓度，一般控制在低于25g/L的浓度工作。 维持低浓度锰酸根最有效的

8、办法是氧化再生成有用的高锰酸根离子。,三、工艺流程简介-Desmear,再生电极：,结构截面示意图,电解再生器外观图,再生原理,三、工艺流程简介-Desmear,3.3.3 MLB 中和剂216（酸性强还原剂）,作用： 能将残存在板面或孔壁死角处的二氧化锰或高锰酸盐中和除去；,三、工艺流程简介-沉铜工艺,4. 沉铜工艺 4.1 流程 4.2 设备要求,三、工艺流程简介-沉铜工艺,4.3 各药水槽功能简介 4.3.1 清洁剂1175（碱性除油） 作用：能有效地除去线路板表面及孔壁轻微氧化物及轻微污渍(如手指印等).如果孔壁和铜箔表面有油污，会影响化学镀铜层的结合力，甚至沉积不上铜。所以必须要进行

9、清洁处理。 工艺参数控制:,三、工艺流程简介-沉铜工艺,工艺参数控制:,4.3.2 调整剂（233）处理 作用：调整孔壁表面的静电荷，通常钻孔后的板，孔壁带负电荷，不利于随后吸附带负电荷的胶体钯催化剂。实际上调整剂是在清洁剂的基础上中添加阳离子型的表面活性剂。调整剂的控制直接影响沉铜的背光效果.,三、工艺流程简介-沉铜工艺,4.3 各药水槽功能简介 4.3.3 微蚀剂（过硫酸纳系列）,作用：除去板子铜面上的氧化物及其它杂质。粗化铜表面，增强铜面与电解铜的齿结能力,微蚀前,微蚀后,微蚀后铜面状况,反应式： Cu+ S2O82- Cu2+ + 2SO42-,三、工艺流程简介-沉铜工艺,微蚀中可能出

10、现的问题：,微蚀不足：微蚀不足将导致基铜与铜镀层附着力不良. 微蚀过度：微蚀过度将导致在通孔出现反常形状(见图点A和点B).这种情况将导致化 学铜的额外沉积并出现角裂（负凹蚀）。 槽液污染 ：氯化物和有机物残渣的带入会降低蚀铜量.清洁-调整剂后需保证良好的 清洗。,工艺参数控制:,注：各分析项目都是为了控制微蚀量,三、工艺流程简介-沉铜工艺,4.3.4 预浸（c/p404）处理,作用：防止板子带杂质污物进入昂贵的钯槽。 防止板面太多的水量带入钯槽而导致局部 解。防止活化液的浓度和PH发生变化。预活化槽与活化槽除了无钯之外，其它完全一致。,工艺参数控制:,注：Cu离子含量偏高会带到活化槽，造成活

11、化液的分解与沉淀 比重是表征预浸液含量,三、工艺流程简介-沉铜工艺,4.3.5 活化cat44处理（胶体靶）,作用：在绝缘基体上吸附一层具有催化能力的金属颗粒，使经过活化的基体表面具有催化还原金属的能力，从而使后续的化学镀铜反应在整个催化处理过的基体表面顺利进行。活化的控制直接影响沉铜的背光效果。,胶体钯：钯液中的Pd，是以SnPd7Cl16胶团存在的。SnPd7Cl16 的产生 是 PdCl2与SnCl2在酸性环境中经一系列的反应而最后产生的。 活化后的孔壁：,三、工艺流程简介-沉铜工艺,水的带入 ：胶体Pd由额外的氯离子和Sn2+维持稳定.如果有水的带入,将会导致胶体Pd的分解.活化液的比

12、重通过404溶液控制. 氧化 :空气的氧化作用能导致胶体Pd的分解,因而要注意循环过滤系统不能出现漏气;不要使用溢流循环.;定时释放过滤器里的空气.,工艺参数控制:,注：没有鼓气，防止氧化； 钯含量每月外发罗门哈斯分析一次，要求90-110ppm,活化槽容易出现的问题：,三、工艺流程简介-沉铜工艺,4.3.6 加速acc19处理(氟硼酸HFB4系列),作用： 剥去Pd外层的Sn+4外壳，露出Pd金属；清除松散不实的钯团或钯离子、原子等。加速槽的控制影响沉铜的背光效果，处理不足或过度均会造成背光不良。 反应式：,工艺参数控制:,三、工艺流程简介-沉铜工艺,4.3.7 沉铜（253系列）药水简介,

13、作用： 为了使孔壁的树脂以及玻璃纤维表面沉上一层铜，为后续的电镀加厚铜提供导电性。 分类（按沉积厚度）： . 薄 铜：10 20u“ (0.25 0.5um) （我司采用） 中速铜：40 60u (1 1.5um) 厚化铜：80 100u (2 2.5um) 组成成分（253系列）：,铜盐：硫酸铜； 还原剂：甲醛； PH值调节剂：氢氧化钠；甲醛在强碱条件下才能具有还原性。 络合剂：EDTA(乙二胺四乙酸二钠)；保证铜离子不会在碱性条件下沉淀，呈离子态。 稳定剂：保证化学铜溶液不会自然分解。,三、工艺流程简介-沉铜工艺,反应式： 1）主反应： 产生反应的基本条件： a)甲醛的还原能力取决于溶液中

14、的碱性强弱程度； b）在强碱条件下要保证铜离子不会沉淀，需要加足够的络合剂（因络合剂在反应过程中并不消耗，所以反应式中省略了络合剂） c）从反应式可以看出，每沉积1M的铜要消耗2M的甲醛，4M氢化钠。要保持化学镀铜速率恒定和化学镀铜层的质量，必须及时补加相应消耗的部分。（使用自动添加器） d）只有在催化剂pd的存在条件下才能沉积出金属铜，新沉积的金属铜本身就是一种催化剂，所以在活化处理过的表面，一旦发生化学镀铜反应，此反应可以在新生 的铜面上继续进行。利用这一特性可以沉积出任意厚度的铜。,pd,三、工艺流程简介-沉铜工艺,2）副反应： 加有甲醛的化学镀铜液，不管使用与否，都会产生以下两个副反应： a)产生Cu2O，进而会形成铜颗粒。 要抑制反应2的产生，避免产生铜颗粒，就需要不断在沉铜溶液中通入氧气（鼓气） b）甲醛和NaOH之间的化学反应，称为康尼查罗反应。 化学铜溶液中一旦加入甲醛，上述反应即开始了。不管是属于使用状态还是静置状态，都会一直在反应。所以化学铜溶液停止后重新启用时，需重新调整PH值，补加甲醛。,1,2,三、工艺流程简介-沉铜工艺,工艺参数控制:,注：上述分析项目均影响化学沉铜沉积速率。其中浓