线路板电镀远程教育

竞华远程教育课程PCB流程—图形电镀篇课程大纲1.图形电镀制作流程概述2.主物料/治工具简介3.设备/流程操作介绍4.环境/安全介绍5.思考题图形电镀制作流程概述图形电镀目的:此制程为负片制程,在D/F后线路及所需部分电镀加厚铜层,以符合线路通需要,保证整体电器性能规范.流程:除油水洗*2微蚀水洗*2酸洗镀铜水洗*2酸洗镀锡水洗*2上料下料硝挂水洗*2PCB制造工业中,酸性镀铜采用优质的磷铜阳极,以得到高质量的镀层,并满足快速,高效,稳定的电镀要求.其纯度量为99.90%且金属杂质含量低,其它杂质少,含磷量在0.04%-0.065%之间.主物料/治工具介绍一﹑磷铜球阳极的长度须要比阴极的挂架短,以减少挂架下端高电流区烧焦,至于短多少要视阴阳极距,槽深,挂架,搅拌方式等实施状况而定.其材质要求:a.优越耐蚀,如锆与钛.b.良好的导电能力.二﹑阳极篮主物料/治工具介绍阳极袋是用来收集阳极不溶解金属与杂质阳极泥,以防止镀槽污染,阻止粗糙镀层发生.三.阳极袋主物料/治工具介绍4.硫酸铜:硫酸铜是镀液中主盐，它在水溶液中电离出铜离子，铜离子在阴极上获得电子沉积出铜镀层。提高硫酸铜浓度可以提高允许电流密度，避免高电流区烧焦，硫酸铜浓度过高，会降低镀液分散能力。5.硫酸:硫酸的主要作用是增加溶液的导电性，硫酸的浓度对镀液的分散能力和镀层的机械性能均有影响，硫酸浓度太低，镀液分散能力下降，镀层光范围缩小；硫酸浓度太高，虽然镀液分散能力较好，但镀层的延性分降低主物料/治工具介绍6.氯离子：氯离子与载运剂合并吸附于阴极表面，可以抑制高电流区铜的沉积速率，改善电镀的均匀性，另外氯离子也帮助阳极腐蚀、产生均匀的阳极膜，有助阳极的溶解，使铜离子均匀析出.主物料/治工具介绍7.有机添加剂:(光泽剂,载运剂,平整剂)在自然析镀下所获得的镀层表面是粗糙且无光泽的,需要添加适当的添加剂以修饰镀层的表面形态;利用“有机物在阴极表面的吸附反应形成薄膜”及“有机物的加速度与抑制性的平衡反应”,造成极化曲线偏移,使镀层之结晶细致,藉以增加铜延展性和电镀效率;同时可调整高低电流区之沉积效率,达到增加灌孔、均匀性及平整性之目的.其在电镀过程中扮演非常重要的角色.主物料/治工具介绍目的:除板面有机油污,手印,氧化物等有机性污染,提高板面亲水性.温度:一般温度36-40OC浓度:3%-10%(不同品种不同浓度之有机界面活性剂),除油后水洗须加强,保证后槽不受污染设备/流程操作介绍除油槽一﹑除油脱脂目的:咬蚀铜面,增加粗糙度以增加镀层的结合力,同时除去表层之有机物及无机物之脏污温度:一般23-27℃左右之SPS(APS)Cu+S2O82-+2SO42-+Cu2+微蚀槽二﹑微蚀设备/流程操作介绍目的:去除板面氧化物,活化板面,且保证铜槽浓度平衡.操作:室温下之10%H2SO4洗.酸洗槽三﹑酸洗设备/流程操作介绍镀铜槽四﹑镀铜设备/流程操作介绍电镀原理:通过整流机将交流电变成直流电,电解液受外加电压影响下铜离子从阳极逐步向阴极转移的过程1.法拉第定律.第一定律-----电镀时,阴极上所沉积(deposit)的金属与所通过的电量成正比.第二定律-----在不同镀液中以相同的电量进行电镀时,其各自附出来的重量与其化学当量成正比.法拉第定律指出化学反应之物质守恒定律.设备/流程操作介绍2.电极电位.当金属浸于其盐类之溶液中时,其表面那发生金属溶成离子或离子沉积成金属之置换可逆反应,直到某一电位下达到平衡,以常温常压下,以电解稀酸液时白金阴极表面之氢气泡做为任意零值。将各种金属对”零值极”连通作对比时,可知各种金属对氢标准电极之电位值。(NHE:normalhydrogenelectrode)金属NHE值越大,越易由离子还原成金属,如:Zn2++2eZn-0.762VCu2++2eCu+0.34V因NHE值:CuZn,故相同条件下,在同一镀液中,Cu金属先沉积出来.设备/流程操作介绍设备/流程操作介绍3.过电压(Overpotential)过电压系指当该物质产生一反应[不论化学(氧化还原)或物理反应(扩散)]时,都必须赋予额外能量,这种能量在电化学领域体现在此反应发生时的电压升高,这种比平衡电位升高的电位差叫”过电压(位)”即η=V-EOη:过电位设备/流程操作介绍cathodeDiffusionlayerPVPV阴极膜(Diffusionlayer)指以至槽液金属离子浓度下降1%处起,一直到达阴极表面为止的浓度渐低的液膜,在阴极的部(P)载运剂多聚集而增加电阻,而光泽剂会协助铜离子在谷部(V)登陆,逐渐达到全面整平的目的.阳极膜示意图设备/流程操作介绍电镀铜机理镀铜溶液的主要成分是硫酸铜和硫酸,在直流电压的作用下,在阴/阳极上发生如下反应：阴极:Cu2+获得电子被还原成金属铜,在直流情况下电流效率可达98％以上.Cu2++2e→Cu某些情况下镀液中存在少量Cu+,将发生如下反Cu++e→Cu还可能出现Cu2+的不完全还原:Cu2++e→Cu+按标准电极电位ψ0Cu2+/Cu=+0.34伏,ψCu+/Cu=+0.51伏,应尽量避免溶液中Cu+的出现.由于铜的还原电位比H+正得多,所以一般不会有氢气析出.设备/流程操作介绍阳极：阳极反应是溶液中Cu2+的来源：Cu-2e→Cu2+在少数情况下，阳极也可能发生如下反应：Cu-e→Cu+溶液中的Cu+在足够量硫酸的存在下，可能被空气中的氧气氧化成Cu2+：2Cu++1/2O2+2H+→2Cu2++H2O当溶液中酸度不足时，Cu+会水解形成Cu20，形成所谓铜粉：2Cu++2H2O→2Cu(OH)2+2H++C+u20+H2O氧化亚铜的生成会使镀层粗糙或呈海绵状，因此在电镀过程中应尽量避免一价铜的出现。设备/流程操作介绍铜槽操作条件:温度温度对镀液性能影响很大，温度提高，会导致允许的电流密度提高，加快电极反应速度，但温度过高，会加快添加剂的分解，使添加剂的消耗增加，同时镀层光亮度降低，镀层结晶粗糙。温度太低，虽然添加剂的消耗降低，但允许电流密度降低，高电流区容易烧焦。一般以20-300C为佳。电流密度当镀液组成，添加剂，温度，搅拌等因素一定时，镀液所允许的电流密度范围也就一定了，为了提高生产效率，在保证镀层质量的前提下，应尽量使用高的电流密度。电流密度不同，沉积速度也不同。设备/流程操作介绍搅拌搅拌可以消除浓差极化，提高允许电流密度，从而提高生产效率。搅拌可以通过使工件移动或使溶液流动，或两者兼有来实现。1.是通过阴极杆的运动来实现工件的移动。阴极移动方向应该是与阳极表面垂直，最好能呈角度，如450，这样能促进孔内的溶液流动，如果有气泡也能及时被赶出去。阴极移动幅度为20-25毫米，移动速度5-45次/分。2.压缩空气搅拌：压缩空气不仅带给镀液的中度到强烈的翻动，对镀铜液而言，它能提供足够的氧气，促进溶液中的Cu+氧化成Cu2+，协助消除Cu+的干扰。设备/流程操作介绍由于空气搅拌对溶液的翻动较大因而对溶液的清洁程度要求较高，所以一般空气搅拌都与溶液的连续过滤配合使用。3.过滤：可以净化溶液，使溶液中的机械杂质及时地除去，防止或减少了毛刺出现的机会，同时又可以做到使溶液流动，尤其是有回流槽的镀槽使用连续过滤，其溶液流动的效果更明显。过滤机应使用5-10微米的PP滤芯.目的为蚀刻阻剂,保护共所覆盖的铜导体不会在碱性蚀铜时受到攻击.各成份及其功能.------SnSO4,提供Sn离子主剂,槽内勿用吹气,防止把Sn2+氧化成Sn4+.------H2SO4,起导电及溶解阳极作用.-------添加剂,光泽系统可用的有多种,可蛋白质(peptone).白明胶(gelatin),B-Naphthol,邻苯二酚等.电镀锡槽五﹑镀锡设备/流程操作介绍目的:去除生产过程中锁点上所镀铜锡，避免其脱落后附着到板上造成铜渣不良。其所用药水为68%浓硝酸.剥挂槽六﹑剥挂架设备/流程操作介绍安全/环境介绍设备操作规程a.紧急情况发生时,可启动上板台处程序停止与程序暂停按钮;b.紧急情况发生时,可启动天车控制盒上的程序停止或将自动转换为寸动;c.紧急情况发生时,可拉动轨道下方的拉线开关;d.紧急情况发生时,可推击防撞开关;e.天车运行时,不得将手放置于轨道上,不得跨越天车轨道;f.不得在轨道上放置手套等杂物,不得在轨道下方作业;环境操作规程a.排放高浓废液与一般废液时注意管道的切换.b.现场药水摆放不可超过二层,存放量不超过当天的使用量,存放处张贴MSDS,并遵循强酸与强碱、氧化剂与还原剂、氨盐与强碱、次氯酸盐与酸类不可混放的原则.c.更换后的过滤棉芯,保养、维修使用过的抹布丢弃于工业垃圾中,送往废料仓,不可丢于生活垃圾中;膜渣收集、运输过程中,采用密封式,防止泄漏在地面上,腐蚀地面;若有药水泄漏,先进行围堵,再用水冲洗至废水管道.d.正常生产时,开启抽风系统.安全/环境介绍e.所有备用物料之用后之空桶、空箱等放在指定位置;f.侧拉门不得随意拉开;g.紧急喷淋只有在遇到紧急情况下方可使用,非紧情况下不准使用;h.水电用量,按照工务的水电标准进行管控.安全操作规程a.开机前,首先点检机器设备是否正常,有无“带病”作业,有无安全防护装置;安全/环境介绍b.药水添加、测量槽温、设备维修、保养,必须停机作业,设备运行中,身体任何部位,不可伸进设备运行的范围内;c.设备维修时,需在现场、电控箱张贴“维修中,禁止启动”的标示;d.添加药水时,偑戴耐酸碱手套、防护用具、穿防滑鞋、戴防护眼罩等防护用品;e.所有药水均为强酸性,操作时应小心谨慎,防止药水溅上皮肤或眼中,若发此类事故,应立即以大量清水冲洗患处,必要时及时就医;f.拆卸泵浦及更换棉芯时应有明确的标示,防止有人乱动泵浦开关.安全/环境介绍思考题1.镀锡槽为何不可打气?2.为何清洁槽不可打气?3.电镀光泽剂成分是如何抑制铜的生长?4.磷膜的形成过程?5.图形电镀因线路分布造成铜厚差异,如何改善?6.为何H2SO4+H2O2系列微蚀剂不被图形电镀前处理微蚀广泛使用?研发湿制程课制作者：陈会洋竞华职训推展中心