pcb图形电镀工艺教材

图形电镀工艺教材

一. 图形电镀简介：

在平板电镀后，板件经过干膜曝光显影后需要经过图形电镀。

图形电镀的目的在于加大线路和孔内铜厚（主要是孔铜厚度），确保其导电性能和其他物理性能。根据不同客户不同板件的性能要求，一般孔壁铜厚在0.8mil-1.2mil之间（平板层+图电层），由板件特性决定其平板层和图电层的分配。

一般来说，平板电镀层仅保证可以保护稀薄的沉铜层即可，一般在0.3mil-0.4mil左右，特殊铜厚要求和线路分布不均除外，图形层则保证在0.4-0.6mil，在保证总铜厚的基础上，如果图形分布均匀，比较厚的图形层可以节省铜球耗用和蚀刻成本，提高蚀刻速度，降低蚀刻难度。反之，如果线宽要求不严，而图形分布不均线路孤立，则可以提高平板层厚度，降低图形电镀层厚度。

图形电镀后是蚀刻流程。

二. 图形电镀基本流程：

板件经过贴膜曝光显影后形成一定的线路，图形电镀就是针对干膜没有覆盖的铜面进行选择性加厚。

图形主要流程如下（水洗视条件不同，为一道至两道）：

进板—除油—水洗—微蚀—水洗—酸浸（硫酸）—电镀铜—水洗—酸浸（氟硼酸）—电镀（铅）锡—水洗—出板—退镀（蚀夹具）—水洗—进板

1 .除油：

电镀除油流程为酸性除油，主要是除去铜面表面的污物。因板件经过干膜流程后，不可避免地会在板面带上手印、灰尘、油污等，为使板面洁净，保证平板铜层和图形铜层的层间结合力，必须在电镀前加上清洁板面的流程。

采用酸性环境除油效果比碱性除油差，但避免了碱性物质对有机干膜的攻击，主要成分为硫酸和供应商提供的电镀配套药水（安美特—FR，B图电\C图电\脉冲线；罗门哈斯—LP200，B（II）线；成分均为酸性表面活性剂）。

酸性除油剂的浓度测定是通过测定计算浓硫酸（98%）浓度来相对估算（无法直接测定，而配缸和消耗都是1：1比例），因此在换缸和补充的时候要保证两者要等量添加，以保证测定浓度和实际浓度的一致性。

2. 微蚀：

除油的微蚀流程主要作用为去除表面和孔内的氧化层，并将铜层咬蚀出微观上粗糙的界面，以进一步提高图形电镀层和平板层的结合力。

微蚀体系通常有两种：双氧水体系和过硫酸钠体系。图形电镀流程一般采用过硫酸钠和硫酸，硫酸起去除氧化，保持板面润湿的作用。

基本原理：S2O82-+ Cu →Cu2++ 2SO42-

另外，微蚀药水中应该保持一定浓度的铜离子（3-15g/l），以保证微蚀速率，微蚀速率控制在0.5μm -1.5μm/min为宜。因此微蚀缸的换缸一般要保留5-10%的母液。

3. 酸浸（电镀前）：

板件进入镀缸前先进入酸浸缸，可以进一步去除氧化，减轻前处理清洗不良对镀缸的污染，并保持镀缸酸浓度的稳定。

酸浸的体系主要取决于镀液的组分体系，镀铜药水是硫酸体系，酸浸缸药水就采用硫酸，镀锡（铅锡）药水是氟硼酸体系，酸浸缸药水就采用氟硼酸。酸浸浓度和镀缸酸浓度也保持一致，以减少对镀缸酸浓度的稀释作用。

4. 镀铜：

4.1 基本原理

镀铜是通过电压的作用下，使阳极的铜氧化成为铜离子，铜缸的铜离子在阴极获得电子还原成铜：

阳极：Cu - 2e →Cu2+

阴极：Cu2+ + 2e →Cu

这是镀缸里的最主要的反应，在酸度不足的情况下，还可能出现还原不完全而产生一价铜，即所谓的“铜粉”，会导致镀层粗糙或呈海绵状，这种情况应该避免在电镀过程中出现。

4.2 主要成分及作用：

镀铜缸主要成分为硫酸铜、硫酸、微量氯离子、供应商提供的镀铜添加剂。

硫酸铜是镀液中主盐，它在水溶液中电离出铜离子，铜离子在阴极上获得电子沉积出铜镀层。较高硫酸铜浓度可以提高允许电流密度，避免高电流区烧焦，硫酸铜浓度过高，则会降低镀液分散能力。一般控制在50-80g/l之间，折合成铜离子约为12-20g/l。

硫酸的主要作用是增加溶液的导电性，硫酸的浓度对镀液的分散能力和镀层的机械性能均有影响，硫酸浓度太低，镀液分散能力下降，镀层光亮度下降；硫酸浓度太高，虽然镀液分散能力较好，但镀层的延展性降低。一般控制在100-150ml/l（98%）。

氯离子主要作用是使阳极溶解均匀，镀层平滑有光泽。氯离子正常时阳极膜呈黑色，过量则变成灰白色。氯离子不足容易使镀层出现发花，光泽低，而过高的氯离子容易使阳极钝化无法继续溶解。配槽以及补加水都要纯水，不可用自来水，因为里面加有氯气或漂白粉，会带入大量的氯离子。一般控制在40-80ppm 间。通常补充氯离子采用36.5%盐酸加入。

镀铜添加剂主要有两个组分：光亮剂、整平剂（调整剂），均为商品化产品，一般是一些含S或N的有机物。添加剂的作用为加速铜的沉积，改善其晶粒排布，以提高铜层的延展性等品质。光亮剂主要作用在电镀界面上，控制铜堆积的速率以保证沉积出来的铜层均匀光滑，从而使镀层光亮。整平剂（调整剂）主要吸附在阴极表面,尤其是电流密度较高的位置（例如孔的拐角部位和板件的边缘）,从而对电沉积起到抑制作用,使镀层平整。没有添加剂或添加剂不足，铜将在板件上做无规律的堆积，产生凹凸不平和烧焦的铜层，从而无法保证镀层的物理性能。添加剂的补充主要是通过自动统计的电镀安培小时数按比例添加。

4.3 电镀条件及影响

电镀铜一般有以下几个重要的因素：温度、搅拌、过滤、电流、时间

温度：对镀液性能影响很大，温度提高，会导致允许的电流密度提高，加快电极反应速度，但温度过高，会加快添加剂的分解，使添加剂的消耗增加，同时镀层光亮度降低，镀层结晶粗糙。温度太低，虽然添加剂的消耗降低，但允许电流密度降低，高电流区容易烧焦。一般控制在20-30 ℃，最佳控制22-28 ℃。

搅拌：可以消除浓差极化，使镀液提高允许电流密度。搅拌一般通过使阴极（板件）移动（摇摆）和使溶液流动（打气或喷流循环）共同进行。

1）摇摆：通过摇摆轮带动摇摆杆的运动来实现阴极板件的移动。可以促进孔内的溶液流动，也能及时被赶出出现的气泡

2）打气：通过压缩空气搅拌对镀液进行的中度到强烈的翻动，对镀铜液而言，不仅使镀液能够充分地搅拌均匀，还能提供足够的氧气，促进溶液中的Cu+氧化