电镀铜工艺

添加剂对电镀铜工艺的影响
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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
g
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
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整平剂 选择性地吸附到受镀表面 抑制沉积速率
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氯离子 增强添加剂的吸附
＊各添加剂相互制约地起作用.
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电镀铜溶液的控制
g
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.
电镀铜溶液的控制
g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。
电镀铜层的物理特性
g
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) ( )
g
抗张强度
– 通常 ３０～３５kg/mm2
电镀铜溶液的控制
g
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)
g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。
g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
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。 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
— 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。
g過濾
PP濾芯、5－10µm過濾精度、流量2－5次循環/小時
g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??? 為何不用電解銅或無氧銅作陽极???
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
g
赫尔槽试验 (Hull Cell Test)
阴极-
阳极+ 阳极
g
赫尔槽结构示意图
A
B
1升容积 AB 119mm
267ml容积 47.6mm 101.7mm 127mm 63.5mm 63.5mm
D
C
BC 127mm CD 213mm DA 86mm DE 81mm
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
电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power) 电镀铜溶液的分散能力
g
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)
g g
搅拌: 搅拌 提高电流密度 表面分布（均匀性）也受分散能力影响 表面分布（均匀性）也受分散能力影响.
標准電極電位
ϕ。 Cu2+ / Cu ϕ。 Cu+ / Cu = +0.34V ϕ。 Cu2+ / Cu ＋ = +0.15V = +0.51V
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)
g
氯離子（Cl-)
— 添加劑
酸性鍍銅液各成分功能
电镀层的光亮度
载体 (c) /光亮剂 (b)的机理 c c cb cb c cb b b b c c cb c b c cb b b c cb b cb cb c c b cb
c
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
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.
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.
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12.8×10-5 /℃ ,銅的膨脹系數0.68 × 10-5 /℃)
操作條件對酸性鍍銅效果的影響
g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。
g g g g g
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
g g g
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
— 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
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 c c 过量光亮剂 bcbcbcbcbcb b c b b cb b b cb c b c b c c b 光亮剂/载体/ 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 lc b b b lc c b c b b
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电镀铜溶液的控制
g
赫尔槽试验(Hull Cell Test)参数 赫尔槽试验 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
电镀铜溶液的控制
g
赫尔槽试验
高 電流密度 低
ຫໍສະໝຸດ Baidu
+ + + + + + + 燒焦 凹坑 圖7.2 霍爾槽的板件例子 模糊 +
电镀铜阳极表面积估算方法
g
圆形钛篮铜阳极表面积估算方法
— πdlf /2
π=3.14
g
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
l=钛篮长度 w=钛篮宽度
g
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
i 高電流部有针点，潤濕劑(表面活性劑)不足
i 工作区（3-4cm）和高電流部发雾，光澤不足 i高電流部燒焦的寬度（小于1.5cm）較大，金屬成分不足 i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
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.
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
磷铜阳极材料要求规格
g
主成份
– Cu : 99.9% min – P : 0.04-0.065%
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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
— 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。
酸性鍍銅液中各成分含量對電鍍效果的影響
PCB电镀铜工艺过程 电镀铜工艺过程
g
全板电镀工艺过程 上料 双水洗 酸性清洁剂 下料 双水洗 剥挂架 浸酸 双水洗 电镀铜 上料
– 注：一次铜制程前板面不脏的话可以不用酸性清洁
全板电镀工艺过程
g
各工序功能
— 酸性清潔劑
除去表面污漬 提高銅面親水性能
— 浸酸
活化待電鍍銅表面并除去铜面氧化
— 電鍍銅
电镀铜工艺
苏州麦特隆特用化学品有限公司
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. 1.186 / . – 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.
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 陽極： Cu -2e Cu2+ Cu - e Cu+ 2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ 2Cu2+ + H2O 副反應 2Cu+ + 2 H2O 2CuOH + 2H+ 2Cu+ Cu2+ + Cu Cu2O + H2O
— 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）
-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
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。
影響陽极溶解的因素： 響陽极溶解的因素：
g g g
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
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
提高孔內及線路銅层厚度，增加導電性能。