电路板电镀工艺
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环、气动、水平方式等
27
深镀能力（Throwing power)
评价标准： AR =8：1 TP≥65% （6点法） 相关说明： 板厚:2.4mm，孔径0.3mm！
28
三、电镀效率
✓阴阳极面积：合适比例（1：1~1：2） ✓阳极电流密度：0.3~1.8ASD（保养前后） ✓板件电流密度：0.5~2.5ASD（孤立、大铜面） ✓导电性能：整流机、电缆、V座、飞巴、夹具 ✓钛篮阳极袋：合适的空隙率大小 ✓药水寿命：新开缸药水或老缸药水
垂直
阴极电流密度 1.5-8.0ASD
镀层均匀性
好
制作成本
高
0.5-2.5ASD 较差 低
12
电镀设备介绍
✓较先进设备：
PAL（亚洲电镀）:垂直连续电镀 AEL（亚硕科技）:垂直连续电镀 ATO（安美特）:水平脉冲电镀
✓传统设备：
PENC（电镀工程及化工原料有限公司 ） Protek（保德公司） PAT（亿鸿-俊杰）
32
第七部分：电镀创新及新技术展望
1.技术创新:
• 对现有设备进行技术改造
• 对现用药水进行改良和优化
2.管理创新:
• 设备、药水定期保养 • 制程能力与品质定期验证
3.制度创新:
• 维护和保养形成制度
创
不
改新善
断 改
进
和
维持
提 升
33
电镀新技术展望
✓二个提高： • 提高板面均镀能力 • 提高深孔深镀能力 ✓二种技术： • 采用电镀填孔新技术 • 采用脉冲电镀新技术 ✓二个降低： • 降低耗用，节能减排！ 脉冲和直流板面均镀比较 • 降低污染，构造和谐！
形状，也称为初次电流分布；
✓二次电流分布：考虑浓差极化和电化学因
素影响后的电流分布；
✓三次电流分布：板件实际镀层的厚度分布
25
均匀性评价标准
• CoV（Coefficient of Variance）： 100%
• 镀层厚度平均值：
1 n
n
i1
Xi
• 标准偏差：
1 n1
PCB电镀工艺
1
第一部分：电镀简介
✓采用电解方法沉积形成镀层的过程 ✓印制线路板加工的核心技术之一 ✓各种技术相互渗透的边缘科学 ✓电镀三大要素：设备、药水、工艺 ✓三大主题：均匀性、深镀能力、电镀效率
2
电镀关系图
设备
均匀性
药水 优异电镀效果 深镀能力
工艺
电镀效率
3
印制板电镀分类
✓电镀溶液：镀铜、镀（铅）锡、镀镍、镀
CVS机
工作曲线 19
第四部分：生产线保养和维护
保养是电镀线稳定的前提，需要做细做足！
✓设备保养：机器检修、故障排除等 ✓阳极保养：添加铜球、调整位置等 ✓药水保养：更换药水、净化镀液等 ✓清洁保养：缸体冲刷、导电部件清洗等 ✓拖缸处理：铜球形成阳极膜，除金属杂质
20
保养过程（1）
清洁飞巴 保养阳极
棉芯过滤
碳处理前后
15
电镀液分析方法
✓无机化学成份分析:Cu2+、 H2SO4 、Cl✓镀液专业分析方法:
• 赫氏槽分析 • 哈林槽试验 • CVS添加剂分析
✓定期测量镀液TOC值，确认污染程度。
16
一、赫氏槽片分析
✓研究镀液主要组份和添加剂的影响 ✓可显示不同电流密度下的镀层质量 ✓快速分析镀液产生故障的原因
21
保养过程（ 2 ）
擦亮V座
清洁水缸
22
保养过程（ 3 ）
23
第五部分：电镀效果评价
✓孔铜和面铜厚度满足客户要求 ✓不出现夹膜（图形电镀）、孔径超差等 ✓不出现烧焦、镀层不良、颜色不良等缺陷 ✓镀铜质量三保证:
•电镀均匀性 •深镀能力 •电镀效率
24
一、电镀均匀性
✓一次电流分布：主要取决于镀槽和电极的
➢阳极面积太大（＞2倍阴极）：
影响电流一次分布 容易出现镀液铜离子浓度上升 镀层质量较差，影响分散能力
10
二种阳极类型的电流分布图
11
可溶性阳极与不溶性阳极比较
wk.baidu.com
阳极反应 阳极材料 电镀方式
不溶性阳极
可溶性阳极
2H20→O2 +4H++ 4e- Cu → Cu2+ 2e-
处理过钛网
含磷铜球
水平或垂直
13
电镀药水介绍
✓ATOTECH（安美特化学公司）
• TP光剂： Cupracid TP Brightener/ Leveller • U+光剂： Cupracid Universal Plus • 脉冲光剂：Cuprapulse S3/S4 inpulse /H6
✓ROHM AND HASS（罗门哈斯化学公司）
✓SEM分析镀层结晶结构
•评估标准：结晶致密、杂乱无章 无出现柱状或有方向性晶体
✓互连应力测试（I.S.T）
•评价标准：100 Cycle 孔电阻变化率≤10%。 •参考标准：IPC-TM-650 2.6.26
31
优异品质的稳定控制
✓稳定的整流机输出和良好的导电性 ✓彻底的设备维护和生产保养 ✓合适的镀液成份和控制条件 ✓合理的工艺参数（如：电流密度等） ✓严格的有机添加剂控制方法 ✓定期污染测试及镀液净化(如：3KAH/L)
5
化学沉铜(Electroless Copper)
➢ 化学沉铜：完成金属铜的沉积，实现孔的导通(金 属化)，是印制板的重要加工流程。
➢ 简单反应原理：在Pd的催化作用下发生反应： Cu2+ + HCHO +3OH– → Cu0 +HCOO– +2H2O
➢ 完成化学沉铜后孔壁及表面如下图所示：
6
第二部分：印制板镀铜介绍
34
电镀新技术展望
软板电镀
填孔电镀
深孔电镀（20：1）
深孔多次热冲击后
35
附件
常用单位换算： 1OZ=1.4mil=35.6µm 1mil=25.4µm=1000 µinch 1µm≈40µinch 1inch=2.54cm 1ASD≈10ASF 1ppm=1mg/L
36
37
✓在板件表面和孔壁上镀铜，满足客户要求
✓深孔电镀是印制线路板的关键所在
✓镀铜分类：全板电镀和图形电镀
Dry Film
Dry Film copper Tin
Layer 1
Layer 2
Layer 3
Layer 4
Layer 5
Layer 6
Copper 7
电镀理论依据
• 法拉第定律：Q＝n*z*F ＝ D*S*t*η
in i1
(Xi
)2
• 铜厚均匀:(评价标准:CoV≤12%）
• 板面厚度极差：≤10um（镀厚25um）
• 匀均性公差百分比：如±20%
26
二、电镀深镀能力
✓有机添加剂：光亮剂、整平剂浓度 ✓电流密度：低电流(如：1.5ASD以下) ✓无机化学成份：高酸低铜(10:1以上) ✓电镀方式：脉冲电镀、直流电镀 ✓药水交换：摇摆、振荡、打气（喷射）、循
8
阳极
电镀铜基本原理
整流器
ne-
ne-
+
-
离子交换
电镀上铜
阴极(板件)
Cu Cu2+ + 2e- Cu2+ + 2e- Cu
电镀液组成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加剂)
9
可溶性阳极不足之处
➢阴阳极面积要求比例1：1-1：2！
➢阳极面积不足（＜阴极）：
电流密度过大，电镀效率下降 容易产生铜粉、高电流区烧焦 严重时出现铜球钝化或不溶解
• Q —— 通电量(C) • n —— 沉积出金属物质的量(mol) • z —— 被还原金属离子价态 • F —— 法拉第常数(F=96485) • D —— 电流密度（ASD或ASF） • S—— 电镀面积(dm2或in2):元件面、焊锡面 • t—— 电镀时间(Min)
• η—— 电流效率(%)
• 125光剂： Copper Gleam 125T-AB(CH) • PCM光剂：Copper Gleam PCM Plus Additive • EP-1000光剂：Electroposit 1000 acid Copper
14
第三部分：电镀药水管理
✓化学成份控制：自动添加、分析补加 ✓镀液净化处理： •有形杂质：棉芯过滤、洗缸 •无机杂质：不同电流密度拖缸 •有机杂质：碳芯过滤、碳处理
29
第六部分：镀层物理性能评价
✓延展性及抗拉强度测试 • 测试要求：镀铜层厚度≧2mil • 评价标准:延展性≧12%，抗拉强度≧248MPa ✓热冲击测试 • 测试方法：288℃/10s/3循环 • 评价标准:3Cycle未发现Cracks现象
30
镀层物理性能评价
✓高低温冷热循环测试
•测试条件：125℃，30min→-65℃，30min •评价标准：100 Cycle 孔电阻变化率≤10%。
赫氏槽片
赫氏槽
17
二、哈林槽试验
✓模拟生产线实际镀液工作状态 ✓实验室评估镀液深镀能力的最佳方法 ✓用于关键工艺参数的筛选试验
试验样板
哈林槽试验
18
三、CVS-循环伏安剥离法
✓CVS (Cyclic Voltammetric Stripping)
✓采用电化学分析手段对镀液进行管理 ✓定量测定有机添加剂浓度 ✓监控电镀溶液污染的程度 ✓为研究、优化新的电镀技术提供条件
金等
✓电镀方法：有外加电流（镀铜）、无外加
电流（化学镀）、表面转化（沉锡）
✓电镀电源：直流电镀、脉冲电镀 ✓电镀方式：垂直电镀、水平电镀 ✓电镀阳极：可溶性阳极、不溶性阳极
4
化学镀(Electroless)
• 利用还原剂使金属离子在被镀表面上自催化还原
沉积出金属层；
• 还原剂种类：次磷酸盐和醛类 • 沉积时不需外加电源； • 镀层分布均匀、结构和性能优良； • 印制板主要化学镀：化学沉铜、化学沉镍等
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深镀能力（Throwing power)
评价标准： AR =8：1 TP≥65% （6点法） 相关说明： 板厚:2.4mm，孔径0.3mm！
28
三、电镀效率
✓阴阳极面积：合适比例（1：1~1：2） ✓阳极电流密度：0.3~1.8ASD（保养前后） ✓板件电流密度：0.5~2.5ASD（孤立、大铜面） ✓导电性能：整流机、电缆、V座、飞巴、夹具 ✓钛篮阳极袋：合适的空隙率大小 ✓药水寿命：新开缸药水或老缸药水
垂直
阴极电流密度 1.5-8.0ASD
镀层均匀性
好
制作成本
高
0.5-2.5ASD 较差 低
12
电镀设备介绍
✓较先进设备：
PAL（亚洲电镀）:垂直连续电镀 AEL（亚硕科技）:垂直连续电镀 ATO（安美特）:水平脉冲电镀
✓传统设备：
PENC（电镀工程及化工原料有限公司 ） Protek（保德公司） PAT（亿鸿-俊杰）
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第七部分：电镀创新及新技术展望
1.技术创新:
• 对现有设备进行技术改造
• 对现用药水进行改良和优化
2.管理创新:
• 设备、药水定期保养 • 制程能力与品质定期验证
3.制度创新:
• 维护和保养形成制度
创
不
改新善
断 改
进
和
维持
提 升
33
电镀新技术展望
✓二个提高： • 提高板面均镀能力 • 提高深孔深镀能力 ✓二种技术： • 采用电镀填孔新技术 • 采用脉冲电镀新技术 ✓二个降低： • 降低耗用，节能减排！ 脉冲和直流板面均镀比较 • 降低污染，构造和谐！
形状，也称为初次电流分布；
✓二次电流分布：考虑浓差极化和电化学因
素影响后的电流分布；
✓三次电流分布：板件实际镀层的厚度分布
25
均匀性评价标准
• CoV（Coefficient of Variance）： 100%
• 镀层厚度平均值：
1 n
n
i1
Xi
• 标准偏差：
1 n1
PCB电镀工艺
1
第一部分：电镀简介
✓采用电解方法沉积形成镀层的过程 ✓印制线路板加工的核心技术之一 ✓各种技术相互渗透的边缘科学 ✓电镀三大要素：设备、药水、工艺 ✓三大主题：均匀性、深镀能力、电镀效率
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电镀关系图
设备
均匀性
药水 优异电镀效果 深镀能力
工艺
电镀效率
3
印制板电镀分类
✓电镀溶液：镀铜、镀（铅）锡、镀镍、镀
CVS机
工作曲线 19
第四部分：生产线保养和维护
保养是电镀线稳定的前提，需要做细做足！
✓设备保养：机器检修、故障排除等 ✓阳极保养：添加铜球、调整位置等 ✓药水保养：更换药水、净化镀液等 ✓清洁保养：缸体冲刷、导电部件清洗等 ✓拖缸处理：铜球形成阳极膜，除金属杂质
20
保养过程（1）
清洁飞巴 保养阳极
棉芯过滤
碳处理前后
15
电镀液分析方法
✓无机化学成份分析:Cu2+、 H2SO4 、Cl✓镀液专业分析方法:
• 赫氏槽分析 • 哈林槽试验 • CVS添加剂分析
✓定期测量镀液TOC值，确认污染程度。
16
一、赫氏槽片分析
✓研究镀液主要组份和添加剂的影响 ✓可显示不同电流密度下的镀层质量 ✓快速分析镀液产生故障的原因
21
保养过程（ 2 ）
擦亮V座
清洁水缸
22
保养过程（ 3 ）
23
第五部分：电镀效果评价
✓孔铜和面铜厚度满足客户要求 ✓不出现夹膜（图形电镀）、孔径超差等 ✓不出现烧焦、镀层不良、颜色不良等缺陷 ✓镀铜质量三保证:
•电镀均匀性 •深镀能力 •电镀效率
24
一、电镀均匀性
✓一次电流分布：主要取决于镀槽和电极的
➢阳极面积太大（＞2倍阴极）：
影响电流一次分布 容易出现镀液铜离子浓度上升 镀层质量较差，影响分散能力
10
二种阳极类型的电流分布图
11
可溶性阳极与不溶性阳极比较
wk.baidu.com
阳极反应 阳极材料 电镀方式
不溶性阳极
可溶性阳极
2H20→O2 +4H++ 4e- Cu → Cu2+ 2e-
处理过钛网
含磷铜球
水平或垂直
13
电镀药水介绍
✓ATOTECH（安美特化学公司）
• TP光剂： Cupracid TP Brightener/ Leveller • U+光剂： Cupracid Universal Plus • 脉冲光剂：Cuprapulse S3/S4 inpulse /H6
✓ROHM AND HASS（罗门哈斯化学公司）
✓SEM分析镀层结晶结构
•评估标准：结晶致密、杂乱无章 无出现柱状或有方向性晶体
✓互连应力测试（I.S.T）
•评价标准：100 Cycle 孔电阻变化率≤10%。 •参考标准：IPC-TM-650 2.6.26
31
优异品质的稳定控制
✓稳定的整流机输出和良好的导电性 ✓彻底的设备维护和生产保养 ✓合适的镀液成份和控制条件 ✓合理的工艺参数（如：电流密度等） ✓严格的有机添加剂控制方法 ✓定期污染测试及镀液净化(如：3KAH/L)
5
化学沉铜(Electroless Copper)
➢ 化学沉铜：完成金属铜的沉积，实现孔的导通(金 属化)，是印制板的重要加工流程。
➢ 简单反应原理：在Pd的催化作用下发生反应： Cu2+ + HCHO +3OH– → Cu0 +HCOO– +2H2O
➢ 完成化学沉铜后孔壁及表面如下图所示：
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第二部分：印制板镀铜介绍
34
电镀新技术展望
软板电镀
填孔电镀
深孔电镀（20：1）
深孔多次热冲击后
35
附件
常用单位换算： 1OZ=1.4mil=35.6µm 1mil=25.4µm=1000 µinch 1µm≈40µinch 1inch=2.54cm 1ASD≈10ASF 1ppm=1mg/L
36
37
✓在板件表面和孔壁上镀铜，满足客户要求
✓深孔电镀是印制线路板的关键所在
✓镀铜分类：全板电镀和图形电镀
Dry Film
Dry Film copper Tin
Layer 1
Layer 2
Layer 3
Layer 4
Layer 5
Layer 6
Copper 7
电镀理论依据
• 法拉第定律：Q＝n*z*F ＝ D*S*t*η
in i1
(Xi
)2
• 铜厚均匀:(评价标准:CoV≤12%）
• 板面厚度极差：≤10um（镀厚25um）
• 匀均性公差百分比：如±20%
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二、电镀深镀能力
✓有机添加剂：光亮剂、整平剂浓度 ✓电流密度：低电流(如：1.5ASD以下) ✓无机化学成份：高酸低铜(10:1以上) ✓电镀方式：脉冲电镀、直流电镀 ✓药水交换：摇摆、振荡、打气（喷射）、循
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阳极
电镀铜基本原理
整流器
ne-
ne-
+
-
离子交换
电镀上铜
阴极(板件)
Cu Cu2+ + 2e- Cu2+ + 2e- Cu
电镀液组成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加剂)
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可溶性阳极不足之处
➢阴阳极面积要求比例1：1-1：2！
➢阳极面积不足（＜阴极）：
电流密度过大，电镀效率下降 容易产生铜粉、高电流区烧焦 严重时出现铜球钝化或不溶解
• Q —— 通电量(C) • n —— 沉积出金属物质的量(mol) • z —— 被还原金属离子价态 • F —— 法拉第常数(F=96485) • D —— 电流密度（ASD或ASF） • S—— 电镀面积(dm2或in2):元件面、焊锡面 • t—— 电镀时间(Min)
• η—— 电流效率(%)
• 125光剂： Copper Gleam 125T-AB(CH) • PCM光剂：Copper Gleam PCM Plus Additive • EP-1000光剂：Electroposit 1000 acid Copper
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第三部分：电镀药水管理
✓化学成份控制：自动添加、分析补加 ✓镀液净化处理： •有形杂质：棉芯过滤、洗缸 •无机杂质：不同电流密度拖缸 •有机杂质：碳芯过滤、碳处理
29
第六部分：镀层物理性能评价
✓延展性及抗拉强度测试 • 测试要求：镀铜层厚度≧2mil • 评价标准:延展性≧12%，抗拉强度≧248MPa ✓热冲击测试 • 测试方法：288℃/10s/3循环 • 评价标准:3Cycle未发现Cracks现象
30
镀层物理性能评价
✓高低温冷热循环测试
•测试条件：125℃，30min→-65℃，30min •评价标准：100 Cycle 孔电阻变化率≤10%。
赫氏槽片
赫氏槽
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二、哈林槽试验
✓模拟生产线实际镀液工作状态 ✓实验室评估镀液深镀能力的最佳方法 ✓用于关键工艺参数的筛选试验
试验样板
哈林槽试验
18
三、CVS-循环伏安剥离法
✓CVS (Cyclic Voltammetric Stripping)
✓采用电化学分析手段对镀液进行管理 ✓定量测定有机添加剂浓度 ✓监控电镀溶液污染的程度 ✓为研究、优化新的电镀技术提供条件
金等
✓电镀方法：有外加电流（镀铜）、无外加
电流（化学镀）、表面转化（沉锡）
✓电镀电源：直流电镀、脉冲电镀 ✓电镀方式：垂直电镀、水平电镀 ✓电镀阳极：可溶性阳极、不溶性阳极
4
化学镀(Electroless)
• 利用还原剂使金属离子在被镀表面上自催化还原
沉积出金属层；
• 还原剂种类：次磷酸盐和醛类 • 沉积时不需外加电源； • 镀层分布均匀、结构和性能优良； • 印制板主要化学镀：化学沉铜、化学沉镍等