PCB电镀铜锡工艺(程师培训资料)

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CuCu2++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++2eCu。Cu2+/Cu=+0.34V副反應Cu2++eCu＋。Cu2+/Cu＋=+0.15VCu++eCu。Cu+/Cu=+0.51V陽極：Cu-2eCu2+Cu-eCu+2Cu++1/2O2+2H+2Cu2++H2O2Cu++2H2O2CuOH+2H+2Cu+Cu2++CuCu2O+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50－75mm，移動頻率10－15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3－8cm，氣孔直徑2mm孔間距80－130mm。孔中心線與垂直方向成45o角。過濾PP濾芯、5－10m過濾精度、流量2－5次循環/小時陽極磷銅陽極、含磷0.04-0.065%操作條件對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+--e→Cu2+)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-1cm-1具有金屬導電性—磷銅較純銅陽极化小(1A/dm2P0.04-0.065%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=3.14d=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—1.33lwfl=钛篮长度w=钛篮宽度f=系数f与铜球直径有关:直径=12mmf=2.2直径=15mmf=2.0直径=25mmf=1.7直径=28mmf=1.6直径=38mmf=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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)和光亮剂(b)的交互作用导致产生均匀的表面光亮度bbbbbbbcbcbccccbcccbcccbcccbcccbcbcbb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bcccccbccccccbccccbbbcccbccbbcbcbcbcbcbbcbcbcbbbbcbcbcbclbcccbccbllccblllcbbblccbcbb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)/1141mil=25.4µm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(ThrowingPower)CoefficientofVariance:%100)(CoV平均值niiXn11fori=1,2,…..,n(n=no.ofpoints)标准偏差niiiXn12)(11XI=单个取样点值(电镀铜层厚度不含基材铜)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xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-12122x/5x/24x/5x-12电镀铜溶液和电镀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ThrowingPower的测定方法电镀铜溶液的分散能力(ThrowingPower)11’22’33’44’55’电镀铜溶液和电镀线的评价ThrowingPower的测定方法Throwingpower=(point2+point3+point4+point2’+point3’+point4’)/6X100%(point1+point5+point1’+point5’)/4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16''x18'’(2)进行钻孔；(3)经电镀前处理磨刷；(4)Desmear+PTH+电镀；(5)经电镀后处理的板清洗烘干；(6)每片板裁上、中、下3小片100mmx100mm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HullCell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(HullCellTest)阴极-阳极+电镀铜溶液的控制赫尔槽试验(HullCellTest)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(HullCellTest)高电流密度区烧焦,中高电流密度区无光泽----CopperGleam125T-2(CH)Additive非常低改正方法:添加2-3ml/lCopperGleam125T-2(CH)Additive电镀铜溶液的控制赫尔槽试验(HullCellTest)仅高电流密度区烧焦,试片的其它区域仍然正常----CopperGleam125T-2(CH)Additive低改正方法:添加1ml/lCopperGleam125T-2(CH)Additive电镀铜溶液的控制赫尔槽试验(HullCellTest)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(HullCellTest)严重污染改正方法:添加3-10ml/l125T-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流程說明—酸性除油酸性除油的主要作用為除去輕度氧化及輕度污漬和手印。电镀工艺过程1.流程说明流程說明1.流程说明流程说明—浸酸(10%硫酸)除去經過水洗后板面產生的輕微氧化,此酸通常為10%。电镀工艺过程流程说明—电镀铜电镀铜工艺过程CopperGleam125T-2(CH)特性及优点:1.镀层有光泽而平均2.特佳孔内覆盖能力3.特佳的分布能力4.优良的镀层物理特性5.易于分配及控制CopperGleam125T-2(CH)铜添加剂CopperGleam125T-2(CH)铜添加剂CopperGleam125T-2(CH)铜添加剂镀层特性导电性0.59微姆欧/厘米延展性16-20%密度8.9克/立方厘米抗拉强度30-35Kg/mm2可焊性非常好结构高纯细致等轴晶粒热冲击(288℃10秒)可抵受5次而镀层无裂痕CopperGleam125T-2(CH)铜添加剂CopperGleam125T-2(CH)之镀液于投入生产前需作假镀处理,促使铜阳极上能形成一均匀之阳极膜,以确保能镀出品质优良之镀层。假镀之程序为先以假镀板,用14~20ASF(约0.2安培/公升)电镀24小时直至达到5安培小时每公升溶液。为避免过厚镀层剥落在电镀槽液,假镀板每2~4小时更换。当完成假镀程序后,镀液便可作生产之用。CopperGleam125T-2(CH)铜添加剂操作条件化学品名范围最佳值硫酸铜60~90克/公升75.0克/公升硫酸100~120毫升/公升110.0毫升/公升氯离子40.0~60.0ppm45.0ppmCopperGleam125T-2Additive2.5~10毫升/公升5毫升/公升CopperGleam125T-2Carrier10~40毫升/公升10毫升/公升温度22~27℃24℃阴极电流密度1.0~3.0安培/平方分米1.5-1.8安培/平方分米沉积速率以2安培/平方分米电镀1小时可沉积出25微米CopperGleam125T-2(CH)铜添加剂溶液操作及控制溶液的成份之控制是通过简单的化学方法,125T-2Additive及Carrier则用CVS或侯氏槽判断来控制含量。镀液可以阴极电流密度1.0~3.0安培/平方分米(10~30安培/平方英呎)操作,若生产高孔径比的板则建议用更低电流密度以得到最良好的均镀及整平能力。CopperGleam125T-2(CH)铜添加剂CopperGle