电镀铜技术--2

光泽剂过高的影响：
深镀能力下降，产生Fold缺陷，表面变光亮。
副产物的生产机理：
RS-SR′（光剂）→ RSH+R′SH（副产物） 副产物具有更强的光剂特性，其在电镀过程中逐渐积累，产生 较大的负面影响。
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Cu+
添加剂
光泽剂副产物过高的影响： 产生Folds缺陷，深镀能力下降，出现狗骨现象。 镀层表面变光亮，硬度增加，镀层变脆，可靠性下降。 副产物的除去方法： 通过碳处理，先用H2O2将副产物氧化，再用活性碳将其吸附
五、机器设备：-------------------------------------------- 23
六、制程控制及接受标准：----------------------------- 31
七、能力研究：-------------------------------------------- 33
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搅拌方式的介绍
传统方法： 垂直板面或斜向15~45°，1″~3″摆幅，总摆幅据孔内铜
离子交换来计算，通常采用1m/min，配合空气搅拌有时会加上
振荡或超声波振荡。
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搅拌方式的介绍
改进方法：
采用喷射系统（如GZ Phase IV），利用高压泵浦在缸内靠近板 面位置（距离约为2″），以1~2kg/cm2压力喷出镀液，搅动镀液， 同时配合沿板面方向摇摆，使喷射均匀。此法对于电镀厚板及盲 孔很有帮助； 采用Eductor，此法是在缸底加装喇叭形喷咀，利用喷射的镀液带 动缸内镀液，流量约增加3~4倍，可使搅拌强度成倍增加。
Date : 10.29, 2002 Presented by : 唐治宇（P&D）
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为电镀铜工程师提供一份基础教材；
集中电镀铜工艺难点，使之得到更多成员经验，
以便解决问题； 提高电镀铜工程师的整体技术水平。
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一、制作流程：--------------------------------------------- 4 二、工艺原理：--------------------------------------------- 5 三、物料：--------------------------------------------------- 6 四、操作条件：-------------------------------------------- 18
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深镀能力
质量传递：
镀液粘度，粘度越大，流动性越小，孔内质量交换能力越差；
不同硫酸铜含量的镀液粘度：
CuSO4·5H2O(g/L) H2SO4(g/L) μ (CP) 20 220 1.136 40 220 1.215 60 220 1.231 80 220 1.282 100 220 1.344
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测 试 方 法（续）
镀层品质测试项目： 镀层均匀性； 深镀能力（分散能力）； 镀层延展性（IPC-TM-650、2、4、18.1）； 镀层可靠性； Solder shock（IPC-TM-650.2.6.8D、冷热循环冲击（参 见Lab工作指示）、热油测试（IPC-TM-650.2.4.6）。 抗拉强度。
1）催化下述反应Cu+-e→Cu2+，减少Cu+的含量；
2）阻止Cu+进入溶液，促使它进一步形成Cu2+；
3）减少微小铜晶体从阳极表面脱落。
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磷铜阳极
铜阳极中含量应该是多少呢？ 含磷量高的影响：
黑色磷膜过厚，铜的溶解性差，添加剂消耗多，磷膜易脱落；
电阻增加，电压升高，有利H+放电，容易形成针孔。
搅拌：
消除浓差极化，提高允许电流密度，提高生产效率。
通常采用空气搅拌加摇摆（阴极移动）来实现。 目前尚有采用Eductor或液下喷射等方法。
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五、机 器 设 备
电镀铜的主要设备为：（以龙门式垂直挂镀线为例）
镀槽：包含阳极杆、阳极钛篮、阴极铜座、摇摆、阳极挡板、
阴极浮夹、空气搅拌管道、循环管道。
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脉冲整流机
以Shidey PPR系列为例： 电镀/停机状态下，该光剂均与铜阳极产生分解副反应。
该副反应严重影响镀层可靠性，需通过与空气中的氧气
发生反应后，以活性碳过滤除去。
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六、测 试 方 法
镀液组分测试： 硫酸、硫酸铜、氯离子分析方法参见实验室工作指示。 添加剂一般采用CVS分析或哈氏槽法（IPC-TM-650.2. 3.21），不同系列添加剂由供应商提供相关应用程序。
八、案例及缺陷分析：----------------------------------- 49
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一、制作流程
内层制作 → 钻孔 → 除胶渣 → 沉铜 →
全板电镀
→ 图形转移 → 图形电镀 → 褪膜、蚀刻、褪锡 →
绿油→ 表面处理
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二、工 艺 原 理
阴极： Cu2++2e→Cu Cu2++ e →Cu+ °Cu2+/Cu=+0.34V
镀铜在PCB制造过程中，主要用于加厚孔内化学铜层和线路铜层。
Cu++ e →Cu
阳极： Cu-2e→Cu2+
°Cu+/Cu=+0.51V
Cu- e →Cu+
2Cu+ →Cu2++Cu 2Cu++1/2O2+2H+ →Cu2++H2O
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三、电 镀 物 料
磷铜阳极：镀液中Cu2+的来源。 硫酸铜：镀液主盐。
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整流机
提供电镀的电源 一般有两种整流机： 传统的直流整流机；
周期反向脉冲整流机。
此种整流机配合专用添加剂可大大改善电镀的分散能力。
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脉冲整流机
脉冲波形：
波形示意图
I
IF:IR 一般 1:1.5~1:3
TF:TR一般 10:0.5~40:2ms 反向脉冲可使高电流区域
TF
IF
u(m/s)
流速u，管两端压力差ΔP
管长度增加流速迅速减小
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深镀能力
浓度超电势（ηm ）： 定义：电极表面附近溶液反应物浓度与主体溶液中反应物 浓度差引起。 Ηm=（RT/Nf）Ln（Cs/Cb）
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深镀能力
电极表面附近铜离子浓度分布：
C
Cb Cs
电板 O
δ
X
Cs—电极表面铜离子浓度。 Cb—本体溶液浓度。 Δ—扩散层厚度。
T
TR
IR
更快溶解而低电流密度区域不受影响，从而使孔内镀层分布均匀，
深镀能力提高。
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脉冲整流机
脉冲电镀应用时应注意的问题： 脉冲整流机比较娇贵，需注意日常保养，各接触点清洁， 整流机内部温度控制，以便获得良好、稳定波形； 脉冲电镀需配合以特种添加剂，对不同系列添加剂有不 同注意事项； 不同的脉冲波形对通孔、盲孔电镀深镀能力不同； 有时深镀能力过高时会产生孔角铜薄等缺陷。
后过滤除去。
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四、操 作 条 件
较为通用的药水浓度控制范围：
CuSO4 H2SO4 Cl添加剂 阳极 60~120g/L 90~140ml/L 40~100ppm 适量（按供应商要求） 含0.035~0.07%磷的铜球/铜条
上述参数亦需依不同供应商光剂系列作适当调整。
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操 作 条 件（续）
阳极上部应增加适当高度阳极挡板，防止电镀窗顶部镀层过厚； 阳极排布要均匀分布，镀槽两边比阴极应略缩进，防止边缘过厚； 阴极底部应装有合适尺寸之浮夹，当生产不同尺寸之板时遮挡底 部电流，防止局部过厚； 阴极夹应均匀排布，接触良好。
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深镀能力
影响深镀能力的因素：
质量传递；
电势差； 浓度超电势； 镀液极化。
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七、能 力 研 究
在电镀铜中研究的主要课题是：
镀层均匀性：
深镀能力（Throwing Power）：
镀层可靠性： 以下介绍镀层均匀性及深镀能力。
讨论：如何提高镀层可靠性？
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Hale Waihona Puke 镀层均匀性 影响镀层均匀性主要有如下因素：
阳极板去度应比阴极短约2~3″，防止电镀窗底部镀层过厚；
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深镀能力
工作电流密度与极限电流密度：
Cb-Cs δ Cb iL=nFD δ i=nFD D—铜离子扩散系数（cm2/s）
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添加剂
添加剂一般分为光泽剂与辅助剂。 辅助剂一般抑制铜沉积速率，增加极化电阻，提高分布均匀性； 光泽剂则加速铜沉积速率，减少极化电阻，提高延展性与导电 性。 * 光泽：当金属晶体均匀致密，规则排列时，所反射出的光线
具有金属的光泽。
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添加剂
光泽剂过低的影响： 镀层不光亮，易出现烧板现象。
硫酸：增加镀液导电性。
氯离子：活化阳极并协同添加剂改良镀层品质。 添加剂：改良镀层品质。
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磷铜阳极
铜阳极中为什么要含磷？ 阳极反应机理： 阳极反应： Cu-e →Cu+（快反应） Cu+-e→Cu2+（慢反应） 上述反应原因表明：阳极溶解过程中伴随有Cu+生成， 且Cu+存在下述反应： 2Cu+→Cu2++Cu
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磷铜阳极
Cu+的危害： 2Cu++H2SO4 →Cu2SO4 Cu2SO4+H2O→Cu2O（铜粉）+H2SO4 * Cu2O以电泳方式沉积在阴极表面；
* Cu2O分布在阴极表面，Cu2+在其疏松晶体表面沉积，造成镀层