Desmear再生系统设计原理[1]

EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential1Desmear再生系統設計原理報告人:閻誠麟Y75EquipmenTechnology5thSectionEquipmentTechnologyDepartmentNov.29th,2001EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential2Desmear再生系統設計Agenda:1.背景2.目的3.分析3-1.Desmear目的3-2.Process3-3.電解再生反應機制3-4.電解再生系統設計4.未來發展方向5.結論EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential31.背景/2.目的.CTSAPH-Desmear再生系統由於sludge產生量過多而須增加氧化槽循環過濾機maintain頻率的困擾背景:目的:1.再生系統設計合理化2.減低現場maintain困擾EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential43-1分析/Desmear目的DESMEARA.去除鑽孔後的所殘留下SMEAR(高溫促使樹酯超過Tg值形成融熔狀)B.使表面及孔壁粗化,以利於後製程化學銅有更好的附著表面EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential53-1分析/Desmear目的/Via&LineProcessetchingBondLaserDrillImageTransferPatternPlating19~21umLaserD75umABF30umDesmearconcernIssue:1.viaopen2.SurfaceroughnessforhighpeelstrengthDesmearE’lessCu0.8umEquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential63-1分析/Desmear目的ViaOpenAfterCopperPlating(NoDesmear)AfterCopperPlating(NoDesmear)AfterCopperPlating(Desmear)AfterCopperPlating(Desmear)孔底底銅分離EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential73-1分析/Desmear目的/SurfaceroughnessBlank(beforeDesmear)W/L=0.234mg/cm2PeelStrength=0.94kg/cmEquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential83-1分析/Desmear目的/StationMonitorEtchingamount:主要是以產品性賴度為考量依據,一般而言介電材料Tg愈高愈難咬蝕但也和curing條件有關Ra,Rz:ABFRa0.8+/-0.5umRz10umRa=roughnessaverage(3-D)Rz=averagemaximumheigheoftheprofile(2-D)MkNjjkZMNRa111NiRtiNRtmRzRvRpRt11MaterialTetraABFHalogenfreeTg(0C)135165165etchingamount(mg/cm2)0.310.1~0.30.15MeanlineRpRvRzprofileZ1Z2ZnroughnessEquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential93-2分析/DesmearProcess膨鬆劑水洗除渣劑水洗中和劑水洗目的:Oxidizer除膠渣劑是一種鹼性高錳酸鹽溶液,它能打斷樹脂系統中的鍵結,將已膨鬆軟化的樹脂膠渣予以去除除渣劑OCH2CHCH2O+6KMnO43K2MnO4+3MnO2+3CO2+3H2OH2CCHCH2OCCH3CH3OCH2CHCH2nOCCH3CH3OCH2CHCH2OOOH高錳酸鹽主要攻擊基架橋基架橋基TypicalEpoxyResindicyABFmaterial:Filler+EpoxyResinFiller:5umdiameterparticleDicyDifunctionalEpoxySludge4MnO4-2+O2+2H2O4MnO4-+4OH-電極再生法EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential103-3分析/電解再生反應機制A.高錳酸鹽熱力學分析B.高錳酸鹽動力學分析C.電極反應動力學分析C-1.動力極化過電壓C-2.濃度極化過電壓高錳酸鈉基本性質:高錳酸鈉NaMnO4(sodiumpermanganate):比重2.47,暗紫色無臭具甜味粉末或晶體錳酸鈉Na2MnO4(sodiummanganate):暗綠色粉末或晶體二氧化錳MnO2(manganate):比重5.026,黑色粉末或晶體Desmear氧化劑:Mn+7:120±5g/l,Mn+6:25g/l,NaOH:6%,比重:1.08MnOOOO-由理論探討電解再生反應機制內容如下:EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential113-3分析/電解再生反應機制/A.高錳酸鹽熱力學分析熱力學分析(MnO4-不穩定原因)鹼性溶液中Latimer圖MnO4-MnO42-MnO3-MnO2Mn(OH)3Mn(OH)2Mn+0.6V+0.564V+0.34V+0.84V+0.15V-0.25V-1.55V水還原成氫(1M鹼溶液中)H2O+e-OH-+1/2H2E0=-0.828V水氧化成氧(1M鹼溶液中)2OH-O2+H2O+2eE0=-0.401V由鹼性Latimer圖可知0.401V的左邊物種可以氧化水因此可得知MnO4-(還原成MnO42-及MnO2)MnO42-(還原成MnO2)在鹼性溶液中為熱力學不穩定+0.588V註:1.雖有利於向右進行,但在不受環境影響下其分解速率緩慢(動力學穩定)2.分解若受到光,熱,酸類,鹽類,Mn2+,及MnO2所催化,將加速其反應之進行(動力學不穩定)2MnO4-+2OH-2MnO42-+1/2O2+H2OE0=0.14VMnO4-2+H2OMnO2+2OH-+1/2O2E0=0.2VEquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential123-3分析/電解再生反應機制/B.高錳酸鹽動力學分析動力學分析1984Paker將線性掃描式伏特法所得到的波峰電位值與反應級數之關係以一簡單方式表示:Rate=KobsCbbCaaCiiCxx其中Cb:產物Ca:反應物Ci:中間產物Cx:輔助電解質nFRTbxCxEpnFRTbxibaCaEpnFRTbVEp1log1)1(log11log1991Lin利用上式以線性掃描式伏特法求取MnO4-/MnO42-之反應速率式如下Rate=KobsCa0.4Cx其中Kobs:反應速率常數(250C,1atm)Ca:MnO4-濃度(M)Cx:OH-濃度(M)nFRTxCxCxEpEpCxEpnFRTxaCCEpEpCaEpaa)2/1log()21(log)1()2/1log()21(log提高MnO4-與OH-濃度將加速MnO4-/MnO42-反應之進行EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential133-3分析/電解再生反應機制/C.電極反應動力學分析電極反應動力學分析Mn6+,Mn7+,OH-,H2O,MnO2e-e-SUS316網陽極Cu陰極AnodeMn+6Mn+7+e-E0=-0.564OH-1/2H2O+O2+e-CathodeH++e-1/2H2須施加外電壓E=(Ec-Ea)++IR(溶液電位降)(過電壓)Ec:陰極可逆電位Ea:陽極可逆電位電流A施加電壓V過電壓=ηa+ηc分析如下ηa:動力極化過電壓ηc:濃度極化過電壓氧化槽高濃度Mn6+經由pump送至再生槽Mn+6Mn+7+e-陽極:H++e-1/2H2陰極:EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential143-3分析/電解再生反應機制/C-1.動力極化過電壓a.動力極化過電壓ηa:電荷轉移過程之阻力,也就是化學反應活化能)log(0iiaMn+6Mn+7ηa0i0Logiβ:塔弗斜率I0:交換電流密度(與不同金屬電極有關)(降低電流密度,選擇具高交換電流密度之電極可降低動力極化過電壓)0.20.40.60.81.00-4-3-2-10電流密度Logi:amp/cm2O2過電壓VNi極Fe極Au極Pt極(25C,0.1MOH-溶液)Cu極H2過電壓V-0.200.112電流密度Logi:amp/m2Cu極Fe極Ni極Pt極(25C,1MOH-溶液)EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential153-3分析/電解再生反應機制/C-2.濃度極化過電壓b.濃度極化過電壓ηc:電極表面和電解液主體濃度差所造成)log(3.2iiinFRTLLcηc0iLLogiiL:極限電流(擴散速率達極限之電流)XDnFCibLD:擴散係數Cb:離子濃度X:電極表面擴散層(提高濃度,增加攪拌可降低濃度極化過電壓)電極層流區域10-2~10-3cm擾流區域(溶液本體)總極化過電壓=ηa+ηc在低電流時動力極化為主要過電壓,濃度極化不明顯,當電流升高至接近極限電流時,濃度極化急速上升為過電壓主要來源iLi0Logi動力極化區濃度極化區EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential163-4分析/電解再生系統設計由上面電極動力學分析可得知再生系統designconcept如下表DesignConcept依實際Mn6+產生量設計1.雙濾罐by-pass切換2.自動反清洗裝置3.槽底最低排放口設計1.再生槽三面overflow溢流回主槽2.以傾斜板防止sludge揚起1.降低電流密度2.提高陽/陰面積比3.縮短陰陽極距離4.增加溶液攪拌4.以天車取代人工搬運再生電極ItemConcernIssue1.再生機系統Mn6+30g/L電流效率電極數量及安全性2.循環系統sludge3.Sludge去除Maintain容易EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential173-4分析/電解再生系統設計/電流效率法拉第定律再生反應:MnO4-2+1/4O2+1/2H2OMnO4-+OH-FtInMWW:電解反應生成物質量(g)M:分子量(MnO4-:118.9)n:電子轉移數目(此反應為1)I:通過電流(安培)t:反應時間(sec)F:法拉第常數(96500)理論計算:每安培小時可將MnO4-24.435g氧化成MnO4-實驗測試:SAPH-Desmear再生機每安培小時所減少之MnO4-2為2.0g電流效率==45%435.42CurrentEfficiencyEquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential183-4分析/電解再生系統設計/電流效率雙層陽極並聯由於受電場效應影響,可能會使得內層陽極電流密度高而外層電流密度低之不均勻現象使過電壓升高再生電極現況EquipmentTechnologyDepart.COMPEQCOMPEQConfidential193-4分析/電解再生系統設計/電