电镀铜工艺-专业介绍 ppt课件

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(2)電流密度範圍寬,如在赫爾槽2A下,全板鍍層均勻 一致。
(3)鍍液穩定,便于維護,對雜質的容忍性高,對溫度 的容忍性高。
(4)鍍液對覆銅箔板無傷害
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电镀铜的原理
直流
整流器
ne-
ne-
+
-
阳极
电镀上铜层
离子交换
阴极 (受镀物件)
Cu Cu2+ + 2e- Cu2+ + 2e- Cu
镀槽
振幅 >200µm 振频 根据实际情况调节,一般振30s停20s
摆幅 5~6cm 摆频 10~12次/分
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— 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、5-10m過濾精度、流量2-5次循環/小時
, 高电流密度区呈条纹状沉积,整个试片光亮度降低 盐酸不足
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电镀铜溶液的控制
延展性
— 用不锈钢片在镀槽或延展性测试槽镀上大于2mil 铜片. — 再以130oC把铜片烘2小时. — 用延展性测试机进行测试.
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电镀铜溶液的控制
热冲击测试
— 以120oC烘板4小时. — 把板浸入288oC铅锡炉10秒. — 以金相切片方法检查有否铜断裂.
*各添加剂相互制约地起作用.
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电镀层的光亮度
载体 (c) /光亮剂 (b)的机理
cc cb cbc cb
b
b
c
c
c cb c cb
b
b
b
c
c
c
cb
c cb cb
cb
b bb
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
Cu - e Cu+
副反應
2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ 2Cu2+ + H2O 2Cu+ + 2 H2O 2CuOH + 2H+
2Cu+ Cu2+ + Cu
Cu2O + H2O
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8
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
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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
2
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发热和机械缺陷.
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3
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.
电镀铜工艺 专业介绍
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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.
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以保證在後工序波峰焊和熱風整平時,不至于固環氧樹脂 基材上銅鍍層的膨脹系數不同導致鍍銅層産生縱向斷裂 (環氧樹脂膨脹系數12.810-5 /℃ ,銅的膨脹系數0.68 10-5 /℃)
pp有良好的分散能力和深鍍能力,即使在很低的電流 密度下,也能得到均勻細致的鍍層,以保證在印制 板的板厚孔徑比較大時,仍能達Ts:Th接近1:1。
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电镀铜溶液的控制
電鍍液維護
電鍍液会發生成分變化(變質)的。爲了調整、恢複原狀,需要 補充藥品。如果有雜質的沉積,就要除掉雜質(再生),到了不能使 用時就要全量或者部分報廢,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。補充藥品方法有 (1) 分析補充;(2)耗量補充(根据做板量自动添加)兩種。
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PCB电镀铜工艺过程
全板电镀工艺过程
上料
酸性清洁剂 双水洗
浸酸
电镀铜
双水洗 下 料
剥挂架 双水洗
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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;
陽極
磷銅陽極、含磷0.04-0.065%
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為何不用電解銅或無氧銅作陽极???
銅粉多,陽极泥多。 鍍層易產生毛刺和粗糙。 銅离子濃度逐漸升高,難以控制。 添加劑消耗量大。 陽极利用率低。
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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
上述项目须定期分析,并维持在最佳范围内生产
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电镀铜溶液的控制
赫尔槽试验 (Hull Cell Test)
阴极-
阳极+
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28
赫尔槽结构示意图
A
B
D
E
1升容积
AB 119mm
C
BC 127mm
CD 213mm
DA 86mm
DE 81mm
F
267ml容积 47.6mm 101.7mm 127mm 63.5mm 63.5mm
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电镀铜阳极表面积估算方法
圆形钛篮铜阳极表面积估算方法
— dlf /2
=3.14 d=钛篮直径 l=钛篮长度
方形钛篮铜阳极表面积估算方法
f=系数
— 1.33lwf
l=钛篮长度 w=钛篮宽度 f=系数
f与铜球直径有关:
直径=12mm f=2.2 直径=15mm f=2.0 直径=25mm f=1.7 直径=28mm f=1.6 直径=38mm f=1.2
搅拌: 提高电流密度 表面分布(均匀性)也受分散能力影响.
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电镀铜层的物理特性
延展性
– 当镀层厚度为50μm而镀层延展性减少18-20%时,需要采用活性 炭处理以除去杂质(有机分解物)
抗张强度
– 通常 30~35kg/mm2
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电镀铜溶液的控制
分析项目
– 五水硫酸铜浓度(60-90g/L) – 硫酸浓度 (180-220 g/L ) – 氯离子浓度(40-80ml/L) – 槽液温度(20-30℃) – 用CVS分析添加剂GT-100浓度 – 镀层的物理特性(延展性/抗张强度)
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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-2.5ASD之間) 陽极袋 (聚丙烯) 陽极及陽极袋的清洗方法和頻率
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阳极袋与阳极膜
阳极袋
1.阳极袋可用PP材质,使用之前要用稀硫酸浸泡一段时间。 2.正常的阳极膜是黑色的,若呈棕色时表示阳极含磷不够, 呈银灰色时表示槽液中含氯离子太多而生成了氯化铜。但这只是 一般判断,尚须槽液分析辅助。 3.阳极袋的功用在于防止阳极膜的碎屑、碎铜粒掉落槽中, 更换频率约为半年一次,但只要发现有破损应立即更换
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电镀的整平性能
光亮剂(b),载体(c),整平剂(l)的机理
光亮剂和载体 bcccccbcccc
c c b
c c b cc b b cc
c b c c b
过量光亮剂 bcbcbcbcbcb
b c b
c b b cb b b cb
c b c b c
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
- 电镀液组成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl +添加剂)
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硫酸鹽酸性鍍銅的機理
電極反應
標准電極電位
陰極: Cu2+ +2eCu 副反應 Cu2+ + eCu+
Cu+ + eCu 陽極: Cu -2e Cu2+
。 Cu2+ / Cu = +0.34V 。 Cu2+ / Cu + = +0.15V 。 Cu+ / Cu = +0.51V
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对铜镀层的基本要求
(1)鍍層均勻、細致、平整、無麻點、無針孔,有良好外 觀的光亮或半光亮鍍層。
(2)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。
(3)鍍層與銅基體結合牢固,在鍍後和後續工序的加工過程 中,不會出現起泡、起皮等現象。
(4)鍍層導電性好 (5)鍍層柔軟性好,延伸率不低于10%,抗張強度20-50Kg/mm2,
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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。
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光亮剂/载体/整平剂的混 合l b c c c b c c b l l
c c b
l l b lc b b lc
c b c b b
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电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power)
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)
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
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振动与摆动
振动与摆动的主要作用是降低diffusion layer的厚度 (增大表面张力),赶走孔内的气泡,加速孔内镀液 的补充与更新,提升镀件品质。
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磷銅陽极的特色
当阳极电流密度0.4-1.5A/dm2时,阳极含磷量与黑膜 生成量成线性关系,当含P0.035%-0.0.75%时,阳极铜 的利用率最高,泥渣生成量最少。当P含量太低0.005% 以下,虽有黑膜生成但是太薄,不足以保护铜阳极, 当P含量太高时,黑 膜太厚,阳极溶解不好,阳极 泥 渣多,镀液中铜浓度下降,添加剂消耗增加。
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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
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
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)
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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。
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电镀铜溶液的控制
赫尔槽试验(Hull Cell Test)参数
— 电流: 1-2A — 时间: 5分钟或者10分钟 — 搅拌: 空气搅拌 — 温度: 室温
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赫尔槽试验
电镀铜溶液的控制

電流密度

+
++ ++ + + +
燒焦 凹坑
模糊
圖7.2 霍爾槽的板件例子
高電流部有针点,潤濕劑(表面活性劑)不足 工作区(3-4cm)和高電流部发雾,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
— 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 -1 cm-1具有金屬導電性 — 磷銅較純銅陽极化小(1A/dm2 P0.04-0.065%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級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
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