電鍍銅工藝

1、電 鍍 銅 工 藝 蘇州麥特隆特用化學(xué)品有限公司,電鍍銅工藝,銅的特性銅,元素符號Cu,原子量63.5,密度8.89克/立方厘米,Cu2+的電化當(dāng)量1.186克/安時(shí).銅具有良好的導(dǎo)電性和良好的機(jī)械性能.銅容易活化,能夠與其他金屬鍍層形成良好的金屬--金屬間鍵合,從而獲得鍍層間的良好結(jié)合力.,電鍍銅工藝的功能,電鍍銅工藝在化學(xué)沉銅層上通過電解方法沉積

2、金屬銅,以提供足夠的導(dǎo)電性/厚度及防止導(dǎo)電電路出現(xiàn)發(fā)熱和機(jī)械缺陷.,電鍍銅工藝的功能,電鍍銅層的作用作為孔的化學(xué)沉銅層的加厚層,通過全板鍍銅達(dá)到厚度5-8微米,稱為加厚銅.作為圖形電鍍錫或鎳的底層,其厚度可達(dá)20-25微米,稱為圖形鍍銅.,,,（1）鍍層均勻、細(xì)致、平整、無麻點(diǎn)、無針孔，有良好外　　　　 觀的光亮或半光亮鍍層?！　。?）鍍層厚度均勻，板面鍍層厚度與孔壁鍍層厚度之比接　　　　 近1：1?！　。?）鍍層與銅基體結(jié)

3、合牢固，在鍍後和後續(xù)工序的加工過程　　　　 中，不會出現(xiàn)起泡、起皮等現(xiàn)象?！　。?）鍍層導(dǎo)電性好　?。?）鍍層柔軟性好，延伸率不低于10%，抗張強(qiáng)度20-50Kg/mm2, 以保證在後工序波峰焊和熱風(fēng)整平時(shí)，不至于固環(huán)氧樹脂 基材上銅鍍層的膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致鍍銅層産生縱向斷裂 （環(huán)氧樹脂膨脹系數(shù)12.8?10-5 /℃ ,銅的膨脹系數(shù)0.68 ? 10-5 /℃)

4、,對銅鍍層的基本要求,,（1）有良好的分散能力和深鍍能力，即使在很低的電流 密度下，也能得到均勻細(xì)致的鍍層，以保證在印制 板的板厚孔徑比較大時(shí)，仍能達(dá)Ts:Th接近1：1?！　。?）電流密度範(fàn)圍寬，如在赫爾槽2A下，全板鍍層均勻 一致。　?。?）鍍液穩(wěn)定，便于維護(hù)，對雜質(zhì)的容忍性高，對溫度 的容忍性高?！　。?）鍍液對覆銅箔板無傷害,對鍍銅液的基本要求,電鍍銅的原理,,,,,,,,

5、電鍍液組成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加劑),,,,,,,,離子交換,,,,,,,,,直流整流器,ne-,ne-,電鍍上銅層陰極(受鍍物件)鍍槽,陽極,,,Cu Cu2+ + 2e-,,Cu2+ + 2e- Cu,,,硫酸鹽酸性鍍銅的機(jī)理,電極反應(yīng)　　　　　　　　　標(biāo)準(zhǔn)電極電位陰極： Cu2+ +2e?Cu 　　 ??！?Cu2+ /　 Cu = +0.

6、34V副反應(yīng)　 Cu2+ + e?Cu＋ ??！?Cu2+ /　 Cu ＋ = +0.15V　　　　 Cu+ + e?Cu 　 ?。　 Cu+ /　 Cu = +0.51V陽極： Cu -2e ? Cu2+ Cu - e ? Cu+ 2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ ?2Cu2+ + H2O

7、 2Cu+ + 2 H2O ?2CuOH + 2H+ 2Cu+ ? Cu2+ + Cu,,,Cu2O + H2O,,副反應(yīng),,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,— CuSO4.5H2

8、O?。褐饕饔檬翘峁╇婂兯鐲u2＋及提高導(dǎo)電能力— H2SO4　　　　?。褐饕饔檬翘岣咤円簩?dǎo)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(xié)助改善銅的析出，結(jié)晶?！?添加劑　?。褐饕饔檬歉纳凭兒蜕铄冃阅?，改善鍍層結(jié)晶細(xì)密性。,,酸性鍍銅液中各成分含量對電鍍效果的影響,— CuSO4.5H2O?。簼舛忍停唠娏鲄^(qū)鍍層易燒焦； 濃度太高，鍍液分散能力會降低。— H2SO4　　　

9、　?。簼舛忍停芤簩?dǎo)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(xiàn)臺階狀的粗糙鍍層，易出現(xiàn)針孔和燒焦；　　　　　　 濃度太高，導(dǎo)致陽極鈍化，鍍層失去光澤。— 添加劑　?。海ㄡ崦鎸ｎ}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(yīng)速度加快，允許電流密度提高，鍍層沉

10、 積速度加快，但加速添加劑分解會增加添加劑消耗，鍍層結(jié) 晶粗糙，亮度降低。 — 溫度降低，允許電流密度降低。高電流區(qū)容易燒焦。防止鍍 液升溫過高方法：鍍液負(fù)荷不大于0.2A/L，選擇導(dǎo)電性能優(yōu) 良的掛具，減少電能損耗。配合冷水機(jī)，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(yīng)注意其鍍層　　 厚度分布變差。?攪拌　 — 陰極移動：陰極

11、移動是通過陰極桿的往複運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)　　　 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,振動與擺動,振動與擺動的主要作用是降低diffusion layer的厚度（增大表面張力），趕走孔內(nèi)的氣泡，加速孔內(nèi)鍍液的補(bǔ)充與更新，提升鍍件品質(zhì)。

12、 振幅 >200µm 振頻 根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)，一般振30s停20s擺幅 5~6cm 擺頻 10~12次/分,,— 空氣攪拌　　 無油壓縮空氣流量0.3-0.8m3 / min.m2

13、 打氣管距槽底3－8cm，氣孔直徑2 mm孔間距80－130 mm?！　?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(huán)/小時(shí) ?陽極　　磷銅陽極、含磷0.04-0.065%,,為何不用電解銅或無氧銅作陽極???,? 銅粉多，陽極泥多。 ? 鍍層易產(chǎn)生毛刺和粗糙。 ? 銅

14、離子濃度逐漸升高，難以控制。 ? 添加劑消耗量大。 ? 陽極利用率低。,,磷銅陽極的特色,? 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又稱磷銅陽極膜? 磷銅陽極膜的作用 — 陽極膜本身對(Cu+--e→Cu2+)反應(yīng)有催化、加速作用，從而 減少Cu+的積累。 — 陽極膜形成后能抑制Cu+的繼

15、續(xù)產(chǎn)生 — 陽極膜的電導(dǎo)率為1.5X104? -1 cm-1具有金屬導(dǎo)電性 — 磷銅較純銅陽極化小(1A/dm2 P0.04-0.065%磷銅的陽極化 比無氧銅低50mv-80mv)不會導(dǎo)致陽極鈍化。 — 陽極膜會使微小晶粒從陽級脫落的現(xiàn)象大大減少 — 陽極膜在一定程度上阻止了銅陽極的過快溶解,磷銅陽極的特色,當(dāng)陽極電流密度0.4-1.5A/dm2時(shí)，陽極含磷量與黑膜生成量成線性關(guān)系，當(dāng)含P0.03

16、5%-0.0.75%時(shí)，陽極銅的利用率最高，泥渣生成量最少。當(dāng)P含量太低0.005%以下，雖有黑膜生成但是太薄，不足以保護(hù)銅陽極，當(dāng)P含量太高時(shí)，黑 膜太厚，陽極溶解不好，陽極 泥渣多，鍍液中銅濃度下降，添加劑消耗增加。,? 圓形鈦籃銅陽極表面積估算方法— ?dlf /2?=3.14 d=鈦籃直徑 l=鈦籃長度 f=系數(shù)? 方形鈦籃銅陽極表面積估算方法 — 1.33lwf l=鈦籃長

17、度 w=鈦籃寬度 f=系數(shù)? f與銅球直徑有關(guān): 直徑=12mm f=2.2 直徑=15mm f=2.0 直徑=25mm f=1.7 直徑=28mm f=1.6 直徑=38mm f=1.2,電鍍銅陽極表面積估算方法,磷銅陽極材料要求規(guī)格,? 主成份Cu : 99.9% minP : 0.04-0.065%? 雜質(zhì)Fe : 0.

18、003%max S : 0.003%maxPb : 0.002%maxSb : 0.002%maxNi : 0.002%maxAs : 0.001%max,,影響陽極溶解的因素：,? 陽極面積(即陽極電流密度控制在0.5ASD-2.5ASD之間) ? 陽極袋 (聚丙烯) ? 陽極及陽極袋的清洗方法和頻率,陽極袋與陽極膜,陽極袋 1.陽極袋可用PP材質(zhì)，使用之前要用稀

19、硫酸浸泡一段時(shí)間。 2.正常的陽極膜是黑色的，若呈棕色時(shí)表示陽極含磷不夠，呈銀灰色時(shí)表示槽液中含氯離子太多而生成了氯化銅。但這只是一般判斷，尚須槽液分析輔助。 3.陽極袋的功用在于防止陽極膜的碎屑、碎銅粒掉落槽中，更換頻率約為半年一次，但只要發(fā)現(xiàn)有破損應(yīng)立即更換,添加劑對電鍍銅工藝的影響,? 載體 -吸附到所有受鍍表面, 增加 表面 阻抗,從而改變分布不 良情況.

20、抑制沉積速率? 整平劑 -選擇性地吸附到受鍍表面 抑制沉積速率,＊各添加劑相互制約地起作用.,? 光亮劑 - 選擇性地吸附到受鍍表面, 降低表面阻抗,從而惡化分 布不良情況. 提高沉積速率? 氯離子 -增強(qiáng)添加劑的吸附,電鍍層的光亮度 載體 (c) /光亮劑 (b)的機(jī)理,載體(c)快速地吸附到所有受鍍表面并均一地抑制電沉積 光亮劑(b)吸附于低電流密度區(qū)并提高沉積速率.

21、 載體(c)和光亮劑(b)的交互作用導(dǎo)致產(chǎn)生均勻的表面光亮度,,,,,,,,,,,b,b,b,b,b,b,b,cb,cb,c,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,cb,cb,,b,電鍍的整平性能光亮劑(b),載體(c),整平劑(l)的機(jī)理,載體抑制沉積而光亮劑加速沉積整平劑抑制凸出區(qū)域的沉積整平劑擴(kuò)展了光亮劑的控制范圍,,,,,b c c c c c b c c c c,ccb,cc,,c

22、c,b,b,b,c c,cbccb,,,,,b c b c b c b c b c b,bcb,cb,c b,b,b,b,c b,cbcbc,,,,,l b c c c b c c b l l,ccb,ll,l c,b,b,b,l c,cbcbb,光亮劑和載體,,光亮劑/載體/整平劑的混合,,,,過量光亮劑,? 電鍍銅溶液電鍍銅溶液的電導(dǎo)率硫酸的濃度溫度硫酸銅濃度添加劑板厚度(L),孔徑(

23、d)? 攪拌: 提高電流密度? 表面分布（均勻性）也受分散能力影響.,電鍍銅溶液的分散能力(Throwing Power),電鍍銅層的物理特性,? 延展性當(dāng)鍍層厚度為50μｍ而鍍層延展性減少18-20%時(shí),需要采用活性炭處理以除去雜質(zhì)(有機(jī)分解物)? 抗張強(qiáng)度通常 ３０～３５kg/mm2,電鍍銅溶液的控制,五水硫酸銅濃度（60-90g/L）硫酸濃度 （180-220 g/L ）氯離子濃度（40-80ml/L）槽液溫度（2

24、0-30℃）用CVS分析添加劑GT-100濃度鍍層的物理特性(延展性/抗張強(qiáng)度),? 分析項(xiàng)目,上述項(xiàng)目須定期分析,并維持在最佳范圍內(nèi)生產(chǎn),電鍍銅溶液的控制,,? 赫爾槽試驗(yàn) (Hull Cell Test),,,,,,,,,陰極-,陽極+,,,,,,,,,,,,,? 赫爾槽結(jié)構(gòu)示意圖,1升容積267ml容積AB 119mm47.6mmBC 127mm101.7mmCD 213mm127mmDA 86mm63.5

25、mmDE 81mm63.5mm,A,B,C,D,E,F,電鍍銅溶液的控制,,? 赫爾槽試驗(yàn)(Hull Cell Test)參數(shù) — 電流: 1-2A — 時(shí)間: 5分鐘或者10分鐘 — 攪拌: 空氣攪拌 — 溫度: 室溫,? 高電流部有針點(diǎn)，潤濕劑(表面活性劑)不足? 工作區(qū)（3-4cm）和高電流部發(fā)霧，光澤不足高電流部燒焦的寬度（小于1.5cm）較大，金屬成分不足高電流密度區(qū)呈條紋狀沉積,

26、整個(gè)試片光亮度降低,鹽酸不足,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,+,+,+,+,+,+,+,+,燒焦,凹坑,模糊,電流密度,,,高,低,圖7.2 霍爾槽的板件例子,,電鍍銅溶液的控制,? 赫爾槽試驗(yàn),電鍍銅溶液的控制,,? 延展性,— 用不銹鋼片在鍍槽或延展性測試槽鍍上大于2mil 銅片.— 再以130oC把銅片烘2小時(shí).— 用延展性測試機(jī)進(jìn)行測試.,電鍍銅溶液的控制,,? 熱沖擊測試,—

27、以120oC烘板4小時(shí). — 把板浸入288oC鉛錫爐10秒. — 以金相切片方法檢查有否銅斷裂.,,?電鍍液維護(hù) 電鍍液會發(fā)生成分變化(變質(zhì))的。爲(wèi)了調(diào)整、恢複原狀，需要補(bǔ)充藥品。如果有雜質(zhì)的沉積，就要除掉雜質(zhì)(再生)，到了不能使用時(shí)就要全量或者部分報(bào)廢，更換新鍍液。鍍液的再生采用(1)活性碳處理；(2)弱電解(拖缸)處理等。補(bǔ)充藥品方法有(1) 分析補(bǔ)充；(2)耗量補(bǔ)充（根據(jù)做板量自動添加）兩種。,電鍍銅溶液

28、的控制,PCB電鍍銅工藝過程,? 全板電鍍工藝過程

29、 注：一次銅制程前板面不臟的話可以不用酸性清潔,,上 料,,酸性清潔劑,,雙水洗,,浸 酸,,電鍍銅,,下 料,雙水洗,,,剝掛架,,雙水洗,,上 料,,? 各工序功能,— 酸性清潔劑　　? 除去表面污漬　　? 提高銅面親水性能— 浸酸　　? 活化待電鍍銅表面并除去銅面氧化— 電鍍銅 　 ? 提高孔內(nèi)及線路銅層厚度，增加導(dǎo)電性能。

30、— 剝掛架 　 ? 剝除掛架上鍍上的銅,全板電鍍工藝過程,? 鍍銅層的作用　 — 作爲(wèi)化學(xué)鍍銅的加厚鍍層和作爲(wèi)圖形電鍍的底鍍層。　 — 化學(xué)鍍銅層一般0.5µm－2 µm，必須經(jīng)過電鍍銅後才可進(jìn)行 下一步加工，加厚銅是全板電鍍，厚度一般在5－8 µm。,全板電鍍工藝過程,全板電鍍工藝過程操作條件,? 酸性清潔劑--210,—: 酸性清潔劑P20 ：4%-6%— 溫度

31、 : 35oC ( 30-40oC)— 處理時(shí)間 : 5分鐘 ( 4-6分鐘),全板電鍍工藝過程操作條件,? 浸 酸,— 硫酸 (96%) : 5%-10%— 溫度 : 室溫 ( 20-40oC)— 處理時(shí)間 : 1分鐘 ( 0.5-2分鐘),全板電鍍工藝過程操作條件,? 電鍍銅,— 五水硫

32、酸銅 : 70g/l (60-90g/l)— 硫酸 : 200g/L (180-220g/l)— 氯離子 : 60ppm (40-80ppm)— 鍍銅添加劑GT -100 : 14ml/l (整平劑8-20ml/l；光澤

33、 劑0. 1-0.8ml/l)— 溫度 : 25oC ( 20-30oC)— 處理時(shí)間 : 15分鐘以上 ( 根據(jù)所需厚度及電流密度),電鍍銅鍍層厚度估算方法,電鍍銅鍍層厚度估算方法(mil)= 0.0087*電鍍陰極電流

34、密度(ASD) X 電鍍時(shí)間(分鐘) 1 mil = 25.4 µm,PCB電鍍銅工藝過程,? 圖形電鍍銅/錫工藝過程,圖形電鍍銅工藝過程,圖形電鍍銅工藝過程,圖形電鍍銅工藝過程,圖形電鍍銅工藝過程,圖形電鍍銅工藝過程,? 預(yù)浸酸(10% H2SO4)　 — 減輕前處理清洗不佳對電鍍錫溶液之污染. — 保持電鍍錫溶液中硫酸含量之穩(wěn)定。,圖形電鍍銅工藝過程操作條件,? 酸性清潔劑—P20,— 酸性清潔劑P

35、20 : 4%-6% — 溫度 : 40oC ( 35-45oC)— 處理時(shí)間 : 5分鐘 ( 4-6分鐘),圖形電鍍銅工藝過程操作條件,? 微 蝕,— 過硫酸鈉 : 100g/l (90-110g/l)— 硫酸 (96%) : 35ml/l (20-50ml/l)— 溫度

36、 : 25oC ( 20-30oC)— 處理時(shí)間 : 1.5分鐘 ( 1-2分鐘),圖形電鍍銅工藝過程操作條件,? 酸浸,— 硫酸 (96%) : 8%（5%-10%）— 溫度 : 室溫 ( 20-40oC)— 處理時(shí)間 : 1分鐘 ( 0.5-2分鐘),圖形電鍍銅工藝過程操作條件,? 電

37、鍍銅 (PCM Plus),— 五水硫酸銅 : 70g/l (60-80g/l)— 硫酸 : 200/l (180-220g/l)— 氯離子 : 50ppm (40-60ppm)— 鍍銅添加劑GT -100 : 整平劑15ml/l ,光澤劑0.3ml/l— 溫度