电镀铜(锡)工艺

CD 213mm
DA 86mm
127mm
63.5mm 63.5mm
E
F
DE 8Baidu Nhomakorabeamm
电镀铜溶液的控制

赫尔槽试验(Hull Cell Test)参数
— 电流: 2A — 时间: 10分钟
— 搅拌: 空气搅拌
— 温度: 室温
电镀铜溶液的控制

赫尔槽试验
高 電流密度 低
+ + + + + + + 燒焦 凹坑 圖. 霍爾槽的板件例子 模糊 +
电镀铜的原理
直流 整流器
nene-
+
阳极 离子交换
电镀上铜层 阴极 (受镀物件) 镀槽
Cu
Cu2+ + 2e-
Cu2+ + 2e-
Cu
电镀液组成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl +添加剂)
-
硫酸鹽酸性鍍銅的機理
電極反應
陰極： 副反應 Cu2+ +2eCu Cu2+ + eCu＋ Cu+ + eCu
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-1.5ASD之間) 陽极袋 (聚丙烯) 陽极及陽极袋的清洗方法和頻率
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

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
工业安全
大多数化学品具有 某些化学品具有
当混合某些化学品时
当干燥或混合某些化学品时
“如有疑问需查证 ”
通孔横截面模型
盲孔横截面模型
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
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
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
比無氧銅低50mv-80mv)不會導致陽极純化。 — 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
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 f=系数

方形钛篮铜阳极表面积估算方法
— 1.33lwf

搅拌: 提高电流密度 表面分布也受分散能力影响.
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
电镀铜溶液
產口名稱 Copper Gleam 工藝規范 工藝特點 PCM Plus 均鍍特佳，深鍍較 好，操作范圍寬， 延展性优良，單液 型，适用于中、高 電流密度使用(1525ASF) PCM Plus Copper Gleam 125T-2(CH) 整平性、穿孔性优良，高穿孔性，优良的整 延展性佳，雙組份适 平性和延展性，特別 用于較低和較高電流 优良的電鍍分布能力 密度作用(10-30ASF) 适用于低電流密度作 用(0.05-1.5ASF) 高穿孔性，延展性特 別优良，電鍍分布能 力佳，适用于中、高 電流密度(15-30ASF) 高穿孔性，延展性佳，特別优良的穿孔性 電鍍分布力佳，适用 能，延展性佳，适 于高電流密度(10用于高電流密度 60ASF) (30-50ASF) Copper Gleam 2001 Copper Gleam SB Copper Gleam ST-901 Copper Gleam PPR
SB
ST-901 add ST-901 Carr.
PPR add PPR Carr. 65-85 g/Lt 100-140 ml/Lt 50-70 ppm 30-50 ASF 22-28℃ Add : 0.4-0.8 ml/Lt Carr. : 12-18 ml/Lt
60-90g/Lt 90-110ml/Lt 40-80ppm 1-80ASF 21-32℃ 5 ml/Lt
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
— 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
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。
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
,从而获得镀层间的良好结合力.
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热和机械缺陷.
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.
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
电镀铜镀层厚度估算方法

电镀铜镀层厚度估算方法
— 电镀阴极电流密度(ASD) X 电镀时间(分钟) / 114
= 1 mil = 25 µ m
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) L2/d ：（板厚 inch）2 /（孔径 inch）
– 槽液温度
– 用CVS分析添加剂浓度 – 镀层的物理特性(延展性/抗张强度)
上述项目须定期分析,并维持在最佳范围内生产
电镀铜溶液的控制

赫尔槽试验 (Hull Cell Test)
阴极-
阳极+

赫尔槽结构示意图
A
B
1升容积 AB 119mm
267ml容积 47.6mm 101.7mm
D
C
BC 127mm
2Cu+ Cu2+ + Cu Cu2O + H2O
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
— CuSO4.5H2O ：主要作用是提供電鍍所需Cu2＋及提高導電能力 — H2SO4 — Cl— 添加劑 ：主要作用是提高鍍液導電性能，提高通孔電鍍的均勻性。 ：主要作用是幫助陽極溶解，協助改善銅的析出，結晶。 ：主要作用是改善均鍍和深鍍性能，改善鍍層結晶細密性。
Carr. : 10-40 ml/Lt Carr. :2.5-5ml/Lt
功能應用
縱橫比一般的 全板圖形電鍍
縱橫比較高的 全板圖形電鍍
高縱橫比的全板 圖形電鍍
高縱橫比的全板 圖形電鍍(水平)
高縱橫比的全板 圖形電鍍
高縱橫比的反板 電鍍
电镀铜溶液的控制

分析项目
– 硫酸铜浓度
– 硫酸浓度 – 氯离子浓度
添加劑 CuSO4.5H2O 鍍 H SO 2 4 液 Cl范 圍 電流密度 溫度 添加劑
125T-2(CH) add 125T-2(CH) Carr.
2001 add 2001Carr. 67.5-90 g/Lt 95-105 ml/Lt 50-80ppm 0.5-20 ASF 18-27℃ Add : 1-5ml/Lt
標准電極電位
。 Cu2+ / Cu 。 Cu+ / Cu = +0.34V 。 Cu2+ / Cu ＋ = +0.15V = +0.51V
陽極：
Cu -2e Cu2+
Cu - e Cu+ 2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ 2Cu2+ + H2O
副反應
2Cu+ + 2 H2O 2CuOH + 2H+
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。


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
— 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

整平剂 选择性地吸附到受镀表面 抑制沉积速率

氯离子 增强添加剂的吸附
＊各添加剂相互制约地起作用.
电镀层的光亮度
载体 (c) /光亮剂 (b)的机理 c c cb cb c cb
c
c
cb c
c
cb
c b
c
cb
cb cb
c
c
cb
b
b
b
b
b
b
b
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
55-105 g/Lt 100-120 ml/Lt 40-60 ppm 10-50 ASF 22-34℃ Add : 2.5-10ml/Lt
30-90 g/Lt 95-167 ml/Lt 60-100 ppm 15-30 ASF 27-55℃ 20-30ml/Lt
50-90 g/Lt 95-105 ml/Lt 30-75 ppm 10-60 ASF 20-30℃ Add : 1-3ml/Lt Carr. : 3-20ml/Lt
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— 添加劑 ：濃度太低，鍍層出現台階狀的粗糙鍍層，易出現針孔和燒焦； 濃度太高，導致陽極鈍化，鍍層失去光澤。 ：（後面專題介紹）
对镀铜液的基本要求
（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。 （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

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 b cc b b cc c b c c b

过量光亮剂 bcbcbcbcbcb b c b b cb b b cb c b c b c
c c
c b
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 l c b b b lc c b c b b
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, 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 /℃)