贾凡尼效应
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
10
2.
3. 4.
電荷效應說明跳鍍現像
• 在化學浸鍍時，表面電荷分部不均：當表面感應電荷的差異來自 反應面積及內層線路的面積差異，此現像類似賈凡尼效應電荷分 離的原理，與GND相接之Pad，容易聚集電子，造成表面電壓無 法達到反應電壓，所以使得化鎳浸鍍時不反應。 • 化學浸鎳反應如下:H2PO2－＋ H2O → HPO32－＋ 2H+ ＋ 2e－ Ni2＋＋ 2e－ → Ni 2 H + ＋ 2 e－ → H 2 ↑ H2PO2－＋ e－ → P＋2 OH－ 總反應式: Ni2＋＋ H2PO2－＋ H2O → H2PO3－＋2 H+ ＋ Ni -0.68V • 鎳離子接獲吸附在銅面上氫離子的電子而沉積在板面上，此時， 當有導線接至大銅面時，電子可能由導線migration至未反應之銅 面上(電荷均勻分佈於導線的外緣) ，而使得藥水中銅面上的電子 密度減少，因此減少了反應時的電位。
說明
•
Nickel deposited
電解液使用 碳酸鈉 、酸性清潔液、活化液無太大壓降，反應有稍延遲但依然進行，但 使用微蝕當電解液有至少 0.5V的壓降，且沉積反應馬上停止，copper wire 一斷線反應隨 即進行。 5
電化學理論
H2PO2－＋ H2O → HPO32－＋ 2H+ ＋ 2e－ 次磷酸根氧化釋放電子(陽極反應) Ni2＋＋ 2e－ → Ni 鎳離子得到電子還原成金屬鎳(陰極反應) 2 H + ＋ 2 e－ → H 2 ↑ 氫離子得到電子還原成氫氣(陰極反應) H2PO2－＋ e－ → P＋2 OH－ 次磷酸根得到電子析出磷(陰極反應)
說明
•
微蝕當電解液有至少 0.5V的壓降，且Ni沉積反應馬上停止，copper wire 一斷線反應隨即進行。 反應進行約20sec 重新連接copper wire 反應依然無法進行。 7
化學鎳槽對不同pad電位效應
金屬鎳於化學鎳之反應電位為-0.68V
8
正常板狀況
1. 2. 正常pad連接之導通孔中 心綠漆並無破孔現象 綠漆塞孔之深度達二分之 一以上(減少孔內藥液殘 留) 孔銅及所連接之pad因孔 內不會殘留藥液而影響銅 本身之電性及後續Pd及 Ni之反應
總反應式: Ni2＋＋ H2PO2－＋ H2O → H2PO3－＋2 H+ ＋ Ni -0.68V
6
殘留微蝕液對孔銅模擬機構 測試量測數據圖
P o te n tia l- tim e g r a p h s f o r a c tiv a te d c o p p e r w ith a c o p p e r w ir e w ith e n tr a p p e d m ic r o e tc h s o lu tio n w ith a s h o r t c ir c u it/b r e a k o f th e c o n n e c tio n
V (480cm 2) V (120cm 2) V (12cm 2) V (1cm 2)
T im e (s e c )
外接不同面積對於鎳沉積反應電位有不同影響
14
外接面積與膜厚之差異
外接面積與鎳厚的關係 350 330 310 290 鎳厚度 270
(m ic ro in c h ) 2 5 0 230 210 190 170 150 0 100 200 300 外 接 面 積 (c m 2 ) 400 500 600
ñ £ Õ£ } º º ¤ ¤ ¨
Potential of the copper/nickel electrode in the various solution
3
殘留藥液對孔銅面銅模擬機構-set up
V
•
Cupper wire
Salt bridge • •
Nickel Dummy
黃色部份為Activated copper wire， 底部絕緣部份剝除露出銅部份便於 測試。紅色部份為電位量測電極、 藍色部份為可CONTACT ON OR OFF之電線。 一槽為 Ni槽為活化之後的槽液(其槽 液內放有 Dummy 板)。 另一槽為測試之模擬前處理藥液殘 留之溶液 Salt bridge 提供離子 用以導通兩溶液 ( 節錄自 skip plating :The influence of Entrapped Process Solution BerlinSeptember 1999)
4
•
Test electrolyte
Nickel bath
殘留藥液對孔銅模擬機構 測試量測數據圖
P o te n ia l-tim e g ra p h s fo r a c tiv a te d c o p p e r in c o n ta c t w ith a c o p p e r w ire in v a rio u s te s t s o lu tio n s
2.
3.
4.
2
殘留藥液對孔銅及連接之pad效應
Éq Õ ß ñ £ } Õ ¾³ ¤ ¤ ¤ º º ¯ ¤
electrode electrolyte E【 mV】 vs/Ag/AgCl +30 -150 +40 +90 +46 -670
¾³ ¤ ©³ ± ¤ Éq ÕÒs µ § pad§ ¦¨ ¶ ·¥ ¤ À Î § Ï ³ £ Qó Î § ¤ § © Pd¤ Ni¤ Ï ³ ¤ À
接大銅面 0 .7 0 .6 0 .5 銅 厚 度 0 .4 (m il) 0 .3 0 .2 0 .1 0 50 150 300 外 接 面 積 (m m 2 ) 600 800 獨 立 fin g e r 銅厚差異 浸金後 銅厚度之差異
17
說明
• 不同面積參與反應時，會在表面感應出不同的電荷，局部的電荷 有差異，會使得鎳沉積速度有所不同，也會造成粗糙度差異，因 此會造成一些色澤上之差異，大銅面猶如是一電子倉庫，可釋放 或析附大量的電子，經由trace 或感應的方式進入表層。對電位產 生影響 • 化學鎳反應電壓理論電壓為-0.68V 實際量測值為-0.4V 而接 480cm2反應電壓近乎0V 若啟始電壓大於0V 便可能不反應 若持續 反應 將有厚度之差異 • 針對電性問題提高活化槽之濃度 、活化槽浸入時間、鎳槽控制好 PH 、溫度 、loading factor 等，對於skip plating 定能到相當低的 程度針對孔內殘留藥液，提高孔內清潔度:噴砂、脫脂後震盪熱水 洗、微蝕後震盪熱水洗、、、、等等方法，對於改善skip plating 定有助益。
11
電荷效應之模擬機構-set up
• R: reference electrode (Pt) F:固定架 A: 1cm2 銅片 B1: 1cm2 銅片 B2: 12cm2 銅片 B3: 120cm2 銅片 B4: 480cm2 銅片
V
• • • • •
F B + A
R
-
• (
+ - 兩端接直流電壓表 量測其電
壓差 F 固定距離 避免壓差 變化)
12
電荷效應之影響:活化槽電位經時圖
Pd 活 化 槽 反 應 之 經 時 電 位 差-0 .4 2来自0-0 .4 4
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
-0 .4 6
V (4 8 0 c m 2 ) V (1 2 0 c m 2 )
V olt
-0 .4 8
3.
9
殘留藥液對上鍍不良之討論
1. 在無電解鎳反應中，相鄰近導通的pad其陽極與陰極反應正常是 以平行且相同速度進行。所以其電子流是相互補償的 (reciprocally compensating) ，所以當可被還原的離子(Cu2+…)與 不同於Ni的電解液於半塞孔中，其不同於Ni沈積反應的陰極反應 將會進行，這些可被還原的離子於半塞孔內其電位將得到補償。 結果即是：當可被還原的離子於半塞孔內進行還原反應，反而正 常的鄰近的反應其陰極與陽極電流將部份分離於此，造成反應電 位不足，使得孔內及相接之pad皆不上鍍。造成跳鍍其中一個原 因。 所以 ：綠漆塞孔或不塞孔無特別要求、易造成部分小通孔塞孔不 良形成盲孔、浸金前處理時藥水（清潔劑、微蝕液等）殘留孔內 無法完全清除，造成與孔連接之銅面形成陽極反應較不易置換上 pd，也不利於Ni反應，造成色差或露銅 。 若客戶可接受導通孔不塞綠漆，可在綠漆底片導通孔處加一個比 導通孔內徑小之擋點，顯影時孔內綠漆可完全清除，則孔內藥液 清洗容易、對色差或露銅可以改善。 若客戶要求塞孔，可對塞孔條件加以改善、使孔內盡量塞滿，減 少孔內殘留藥液之影響或浸金後再做塞孔之工程 。
外接不同面積對於析出速度有不同影響 15
外接不同面積之差異模擬
•
大銅面
設計外接不同面積比 之pattern Pattern面積為1mm2 大銅面為50 X、150X 300X 、600X 、800X
•
大銅面
16
外接不同面積之差異模擬說明
• 浸金反應 ，finger無色差之情形，壓差來至於所接的面積大小而有 不同 ，但金鎳厚度無明顯差異，但對銅之咬蝕量卻有明顯差異。可 見電荷校應之影響。
0 .6
Contact off
0 .5
0 .4
M icr o - etch 0 .3 E V v s N i- D u m m y A ctiv ato r aq .N a2 C O 3 0 .2 A cid clean er
(mV)
0 .1
0 0 10 20 30 40 T im e ( s ec) 50 60 70 80
` × ¼Õ ݯ Ä ² « ª ¤ ´ d à Gy ÕÉñ Æ ² ³ ¦¨ ¤ » ® ¤ Î § ¦¨ ¶ ·¥ ¤ À § Ï ³
Cu Cu Cu Cu Cu
Pd/Cu or Ni
Acid cleaner Aq.碳 酸 鈉 activator micro etch 硫 酸 銅 (3.5g/L) nickel bath
18
ENIG上鍍不良機構說明
1
上鍍不良板狀況說明
1. 缺點現象只會發生在特定料號，甚 至同一flightbar內不同料號也只發 生在特定料號。 缺點現象一為:露銅pad所連接之導 通孔，均為綠漆塞孔區且大多無法 塞滿孔。 缺點現象二為:色差pad或finger都 是內層線路 與GND相連。 缺點現象三：Pad：上有SM 或 Sn/Pb resist …殘留污染。
V (1 2 c m 2 ) V (1 c m 2 )
-0 .5
-0 .5 2
T im e(sec)
外接不同面積對於活化反應電位有不同影響
13
電荷效應之影響:鎳槽電位經時圖
N i反 應 時 外 接 面 積 與 之 經 時 電 位 差
0 -0 .0 5 0 -0 .1 -0 .1 5 V o lt -0 .2 -0 .2 5 -0 .3 -0 .3 5 -0 .4 -0 .4 5 100 200 300 400 500
0 .7 0 .6 0 .5 0 .4
E V v s N i -d u m m y
Contact off
Contact off
Contact on Contact on
Contact off
0 .3 0 .2 0 .1 0 0 20 40 60 T im e ( s e c ) 80 100 120
2.
3. 4.
電荷效應說明跳鍍現像
• 在化學浸鍍時，表面電荷分部不均：當表面感應電荷的差異來自 反應面積及內層線路的面積差異，此現像類似賈凡尼效應電荷分 離的原理，與GND相接之Pad，容易聚集電子，造成表面電壓無 法達到反應電壓，所以使得化鎳浸鍍時不反應。 • 化學浸鎳反應如下:H2PO2－＋ H2O → HPO32－＋ 2H+ ＋ 2e－ Ni2＋＋ 2e－ → Ni 2 H + ＋ 2 e－ → H 2 ↑ H2PO2－＋ e－ → P＋2 OH－ 總反應式: Ni2＋＋ H2PO2－＋ H2O → H2PO3－＋2 H+ ＋ Ni -0.68V • 鎳離子接獲吸附在銅面上氫離子的電子而沉積在板面上，此時， 當有導線接至大銅面時，電子可能由導線migration至未反應之銅 面上(電荷均勻分佈於導線的外緣) ，而使得藥水中銅面上的電子 密度減少，因此減少了反應時的電位。
說明
•
Nickel deposited
電解液使用 碳酸鈉 、酸性清潔液、活化液無太大壓降，反應有稍延遲但依然進行，但 使用微蝕當電解液有至少 0.5V的壓降，且沉積反應馬上停止，copper wire 一斷線反應隨 即進行。 5
電化學理論
H2PO2－＋ H2O → HPO32－＋ 2H+ ＋ 2e－ 次磷酸根氧化釋放電子(陽極反應) Ni2＋＋ 2e－ → Ni 鎳離子得到電子還原成金屬鎳(陰極反應) 2 H + ＋ 2 e－ → H 2 ↑ 氫離子得到電子還原成氫氣(陰極反應) H2PO2－＋ e－ → P＋2 OH－ 次磷酸根得到電子析出磷(陰極反應)
說明
•
微蝕當電解液有至少 0.5V的壓降，且Ni沉積反應馬上停止，copper wire 一斷線反應隨即進行。 反應進行約20sec 重新連接copper wire 反應依然無法進行。 7
化學鎳槽對不同pad電位效應
金屬鎳於化學鎳之反應電位為-0.68V
8
正常板狀況
1. 2. 正常pad連接之導通孔中 心綠漆並無破孔現象 綠漆塞孔之深度達二分之 一以上(減少孔內藥液殘 留) 孔銅及所連接之pad因孔 內不會殘留藥液而影響銅 本身之電性及後續Pd及 Ni之反應
總反應式: Ni2＋＋ H2PO2－＋ H2O → H2PO3－＋2 H+ ＋ Ni -0.68V
6
殘留微蝕液對孔銅模擬機構 測試量測數據圖
P o te n tia l- tim e g r a p h s f o r a c tiv a te d c o p p e r w ith a c o p p e r w ir e w ith e n tr a p p e d m ic r o e tc h s o lu tio n w ith a s h o r t c ir c u it/b r e a k o f th e c o n n e c tio n
V (480cm 2) V (120cm 2) V (12cm 2) V (1cm 2)
T im e (s e c )
外接不同面積對於鎳沉積反應電位有不同影響
14
外接面積與膜厚之差異
外接面積與鎳厚的關係 350 330 310 290 鎳厚度 270
(m ic ro in c h ) 2 5 0 230 210 190 170 150 0 100 200 300 外 接 面 積 (c m 2 ) 400 500 600
ñ £ Õ£ } º º ¤ ¤ ¨
Potential of the copper/nickel electrode in the various solution
3
殘留藥液對孔銅面銅模擬機構-set up
V
•
Cupper wire
Salt bridge • •
Nickel Dummy
黃色部份為Activated copper wire， 底部絕緣部份剝除露出銅部份便於 測試。紅色部份為電位量測電極、 藍色部份為可CONTACT ON OR OFF之電線。 一槽為 Ni槽為活化之後的槽液(其槽 液內放有 Dummy 板)。 另一槽為測試之模擬前處理藥液殘 留之溶液 Salt bridge 提供離子 用以導通兩溶液 ( 節錄自 skip plating :The influence of Entrapped Process Solution BerlinSeptember 1999)
4
•
Test electrolyte
Nickel bath
殘留藥液對孔銅模擬機構 測試量測數據圖
P o te n ia l-tim e g ra p h s fo r a c tiv a te d c o p p e r in c o n ta c t w ith a c o p p e r w ire in v a rio u s te s t s o lu tio n s
2.
3.
4.
2
殘留藥液對孔銅及連接之pad效應
Éq Õ ß ñ £ } Õ ¾³ ¤ ¤ ¤ º º ¯ ¤
electrode electrolyte E【 mV】 vs/Ag/AgCl +30 -150 +40 +90 +46 -670
¾³ ¤ ©³ ± ¤ Éq ÕÒs µ § pad§ ¦¨ ¶ ·¥ ¤ À Î § Ï ³ £ Qó Î § ¤ § © Pd¤ Ni¤ Ï ³ ¤ À
接大銅面 0 .7 0 .6 0 .5 銅 厚 度 0 .4 (m il) 0 .3 0 .2 0 .1 0 50 150 300 外 接 面 積 (m m 2 ) 600 800 獨 立 fin g e r 銅厚差異 浸金後 銅厚度之差異
17
說明
• 不同面積參與反應時，會在表面感應出不同的電荷，局部的電荷 有差異，會使得鎳沉積速度有所不同，也會造成粗糙度差異，因 此會造成一些色澤上之差異，大銅面猶如是一電子倉庫，可釋放 或析附大量的電子，經由trace 或感應的方式進入表層。對電位產 生影響 • 化學鎳反應電壓理論電壓為-0.68V 實際量測值為-0.4V 而接 480cm2反應電壓近乎0V 若啟始電壓大於0V 便可能不反應 若持續 反應 將有厚度之差異 • 針對電性問題提高活化槽之濃度 、活化槽浸入時間、鎳槽控制好 PH 、溫度 、loading factor 等，對於skip plating 定能到相當低的 程度針對孔內殘留藥液，提高孔內清潔度:噴砂、脫脂後震盪熱水 洗、微蝕後震盪熱水洗、、、、等等方法，對於改善skip plating 定有助益。
11
電荷效應之模擬機構-set up
• R: reference electrode (Pt) F:固定架 A: 1cm2 銅片 B1: 1cm2 銅片 B2: 12cm2 銅片 B3: 120cm2 銅片 B4: 480cm2 銅片
V
• • • • •
F B + A
R
-
• (
+ - 兩端接直流電壓表 量測其電
壓差 F 固定距離 避免壓差 變化)
12
電荷效應之影響:活化槽電位經時圖
Pd 活 化 槽 反 應 之 經 時 電 位 差-0 .4 2来自0-0 .4 4
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
-0 .4 6
V (4 8 0 c m 2 ) V (1 2 0 c m 2 )
V olt
-0 .4 8
3.
9
殘留藥液對上鍍不良之討論
1. 在無電解鎳反應中，相鄰近導通的pad其陽極與陰極反應正常是 以平行且相同速度進行。所以其電子流是相互補償的 (reciprocally compensating) ，所以當可被還原的離子(Cu2+…)與 不同於Ni的電解液於半塞孔中，其不同於Ni沈積反應的陰極反應 將會進行，這些可被還原的離子於半塞孔內其電位將得到補償。 結果即是：當可被還原的離子於半塞孔內進行還原反應，反而正 常的鄰近的反應其陰極與陽極電流將部份分離於此，造成反應電 位不足，使得孔內及相接之pad皆不上鍍。造成跳鍍其中一個原 因。 所以 ：綠漆塞孔或不塞孔無特別要求、易造成部分小通孔塞孔不 良形成盲孔、浸金前處理時藥水（清潔劑、微蝕液等）殘留孔內 無法完全清除，造成與孔連接之銅面形成陽極反應較不易置換上 pd，也不利於Ni反應，造成色差或露銅 。 若客戶可接受導通孔不塞綠漆，可在綠漆底片導通孔處加一個比 導通孔內徑小之擋點，顯影時孔內綠漆可完全清除，則孔內藥液 清洗容易、對色差或露銅可以改善。 若客戶要求塞孔，可對塞孔條件加以改善、使孔內盡量塞滿，減 少孔內殘留藥液之影響或浸金後再做塞孔之工程 。
外接不同面積對於析出速度有不同影響 15
外接不同面積之差異模擬
•
大銅面
設計外接不同面積比 之pattern Pattern面積為1mm2 大銅面為50 X、150X 300X 、600X 、800X
•
大銅面
16
外接不同面積之差異模擬說明
• 浸金反應 ，finger無色差之情形，壓差來至於所接的面積大小而有 不同 ，但金鎳厚度無明顯差異，但對銅之咬蝕量卻有明顯差異。可 見電荷校應之影響。
0 .6
Contact off
0 .5
0 .4
M icr o - etch 0 .3 E V v s N i- D u m m y A ctiv ato r aq .N a2 C O 3 0 .2 A cid clean er
(mV)
0 .1
0 0 10 20 30 40 T im e ( s ec) 50 60 70 80
` × ¼Õ ݯ Ä ² « ª ¤ ´ d à Gy ÕÉñ Æ ² ³ ¦¨ ¤ » ® ¤ Î § ¦¨ ¶ ·¥ ¤ À § Ï ³
Cu Cu Cu Cu Cu
Pd/Cu or Ni
Acid cleaner Aq.碳 酸 鈉 activator micro etch 硫 酸 銅 (3.5g/L) nickel bath
18
ENIG上鍍不良機構說明
1
上鍍不良板狀況說明
1. 缺點現象只會發生在特定料號，甚 至同一flightbar內不同料號也只發 生在特定料號。 缺點現象一為:露銅pad所連接之導 通孔，均為綠漆塞孔區且大多無法 塞滿孔。 缺點現象二為:色差pad或finger都 是內層線路 與GND相連。 缺點現象三：Pad：上有SM 或 Sn/Pb resist …殘留污染。
V (1 2 c m 2 ) V (1 c m 2 )
-0 .5
-0 .5 2
T im e(sec)
外接不同面積對於活化反應電位有不同影響
13
電荷效應之影響:鎳槽電位經時圖
N i反 應 時 外 接 面 積 與 之 經 時 電 位 差
0 -0 .0 5 0 -0 .1 -0 .1 5 V o lt -0 .2 -0 .2 5 -0 .3 -0 .3 5 -0 .4 -0 .4 5 100 200 300 400 500
0 .7 0 .6 0 .5 0 .4
E V v s N i -d u m m y
Contact off
Contact off
Contact on Contact on
Contact off
0 .3 0 .2 0 .1 0 0 20 40 60 T im e ( s e c ) 80 100 120