PCB电镀铜培训资料

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电镀液维护
电镀液维护 电镀液会发生成分变化(变质)的。为了调整、恢复原状， 需要补充药品。如果有杂质的沉积，就要除掉杂质(再生)，到 了不能使用时就要全量或者部分报废，更换新镀液。 镀液的再生采用: (1)活性碳处理； (2)弱电解(拖缸)处理等。 补充药品方法有: (1) 分析补充； (2)定量补充两种。
镀层，易出现针孔和烧焦；浓度
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操作条件对酸性镀铜效果的影响
温度
温度升高，电极反应速度加快，允许电流密 度提高，镀层沉积速度加快，但加速添加剂分解 会增加添加剂消耗，镀层结晶粗糙，亮度降低。 温度降低，允许电流密度降低。高电流区容 易烧焦。防止镀液升温过高方法：镀液负荷不大 于0.2A/L，选择导电性能优良的挂具，减少电能 损耗。配合冷水机，控制镀液温度。
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赫尔槽试验 (Hull Cell Test)
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赫尔槽试验 (Hull Cell Test)
赫尔槽试验(Hull Cell Test) 严重污染 改正方法:添加平整剂对抑制此现象可能 有 帮助. 溶液必须安排作活性炭处理
HULL CELL 图样如下页图
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赫尔槽试验 (Hull Cell Test)
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电镀铜溶液的控制
赫尔槽试验(Hull Cell Test) 高电流密度区烧焦,中高电流密度区无光泽 酸铜光泽剂含量非常低
改正方法:添加0.2---0.3ml/l 的酸铜光泽
剂 HULL CELL 图样如下页图
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赫尔槽试验 (Hull Cell Test)
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赫尔槽试验 (Hull Cell Test)
Coefficient of Variance:
(CoV )

1 n Xi n i 1
100%
平均值
for i = 1,2, ….., n (n= no. of points)
标准偏差

1 i n ( X i )2 n 1 i 1
XI = 单个取样点值 (电镀铜层厚度不含基材铜 )
电镀层的光亮度 载体 (c) /光亮剂 (b)的机理
c c cc cb cb cbcb cb cc cb bb cc cc cb c c cb cb c c cb bb b b bb cc cb c c cb cc c c cb cb cb cb cb cb bb
bb bb
bb
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
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：
酸性镀铜液中各成分含量对电镀效果的影响
CuSO4.5H2O
H2SO4 分
：浓度太低，高电流区镀层易烧焦； 浓度太高，镀液分散能力会降低。 ：浓度太低，溶液导电性差，镀液
散能力差。浓度太高，降低 Cu2＋ 的迁移率，电流效率反而降低， 对铜 镀层的延伸率不利。 ：浓度太低，镀层出现台阶状的粗
并
Cl糙 太
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问题1. 板子正反两面镀层厚度不均
可能原因 1.板子两面的电镀面积不一致，尤其当一面是接 地层面而另一面是线路面时 以正反排板方式将板子两面的待镀面积 加 以调整或适当增加DUMMY PAD. 2. 可能是某一边阳极之线缆系统导电不良所致 检查及改善
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问题2. 镀层过薄
可能原因 1. 电镀过程中，电流或时间不足 确认板子面积以决定总电流的大小，并确认 电流密度及时间之无误。 2 .板子与挂架或挂架与阴极杆的接触导电不良 检查整流器，板子等所有的电路接点。
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电镀示意图
ne-
直流 整流器
ne-
+
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)
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硫酸盐酸性镀铜的机理
电极反应 阴极： Cu2+ +2e----Cu 副反应 Cu2+ + e-----Cu＋ Cu+ + e------Cu 阳极： Cu -2e ----- Cu2+ Cu - e ----- Cu+ 2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ ------2Cu2+ + H2O 副反应 2Cu+ + 2 H2O -----2CuOH + 2H+ Cu2O + H2O 2Cu+--- - Cu2+ + Cu
电镀铜培训教材
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铜的特性
铜,元素符号Cu,原子量63.5,密度8.94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,能够与其它金属镀层形成良 好的金属--金属间键合,从而获得镀层间的良 好结合力。
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电镀铜工艺的功能
电镀铜工艺 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. 。
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问题3. 全板面镀铜之厚度分布不均
可能原因 1 ．阳极篮与阴极板面的相对位置不当 ⑴ 以非破坏性的厚度量测法详细了解其全面厚度 之差异。 ⑵ 根据镀层厚度量测的结果重新安排阳极 的位 置。 2 ．阳极接点导电不良 ⑴ 使用钳形表定期检查每一支阳极与阳极杆是否 接触良好。 ⑵ 清洁所有接点，并确保阳极杆所有接点的电位 降落(Voltage Drop)都要相同。 3 ．镀液中硫酸浓度不足，导电不良. 检查硫酸浓度并调整至最佳值
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电镀铜阳极表面积估算方法
圆形钛篮阳极表面积估算方法: Fdlf /2 F =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 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
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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 影响阳极溶解的因素 阳极面积(即阳极电流密度控制在0.5ASD-1.5ASD之间)阳 极袋(聚丙烯) 阳极及阳极袋的清洗方法和频率
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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 整平剂 选择性地吸附到受镀表面抑制沉积速率 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 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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磷铜阳极的特色
通电后磷铜表面形成一层黑色(或棕黑)的薄膜黑 色(或棕黑色)薄膜为Cu3P又称磷铜阳极膜 磷铜阳极膜的作用 阳极膜本身对(Cu+--e→Cu2+)反应有催化、加速 作用，从而减少Cu+的积累。 阳极膜形成后能抑制Cu+的继续产生 阳极膜具有金属导电性 磷铜较纯铜阳极化小(1A/dm2 P0.04-0.065%磷铜的阳极 化 比无氧铜低50mv-80mv)不会导致阳极钝化。 阳极膜会使微小晶粒从阳极脱落的现象大大减少 阳极膜在一定程度上阻止了铜阳极的过快溶解
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操作条件对酸性镀铜效果的影响
电流密度 提高电流密度，可以提高镀层沉积速率，但 应注意其镀层厚度分布变差。 搅拌 阴极移动：阴极移动是通过阴极杆的往复运 动来实现工件的移动。移动方向与阳极成一定角 度。阴极移动振幅 50－75mm，移动频率10－ 15次/分
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操作条件对酸性镀铜效果的影响
空气搅拌 无油压缩空气流量0.3-0.8m3 / min.m2打气管 距槽底3－8cm，气孔直径2 mm孔间距80－ 130mm。孔中心线与垂直方向成45°角。 过滤 PP滤芯、1－5μ m过滤精度、流量2－6次循环/ 小时 阳极 磷铜阳极、含磷0.04-0.065%
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电镀槽液的维护
镀液在投入生产前需作DUMMY处理, 促使铜 阳极上能形成一均匀的阳极膜, 以确保能镀出 品质优良的镀层。DUMMY的程序为先以假镀板, 用14~20 ASF (约0.2安培/升) 电镀24小时直至 达到5安培小时每公升溶液。 为避免过厚镀层 剥落在电镀槽液, DUMMY板每2~4小时更换。当 完成DUMMY程序后, 通过调整镀液便可作生产之 用。
l l
c b b
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镀铜添加剂的作用
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
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电镀铜镀层厚度估算方法
电镀铜镀层厚度估算方法(mil)
= 0.0087*电镀阴极电流密度(ASD) X 电镀时 间(分钟)
1 mil = 25.4 µm
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电镀铜板面镀层厚度分布评估方法
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电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power)
1 1’
2
2’
3
3’
4 5
4’ 5’
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电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power)
Throwing Power
Throwing power =
(point2+ point3+ point4+ point2’+ point3’+ point4’)/6 X100% (point1+ point5+ point1’+ point5’)/4
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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 –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
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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
光亮剂/载体/整平剂的混合
b c c c c b b b c cc c c b b b c cbc cc c b b c c b
b cb b b cb b cb c b b cb b c c b b c
c b
c b c
b lc l b b lc c l l b c b b lc b cc b bb
cc cb b
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电镀铜板面镀层厚度分布评估方法
x
x 12 25 50
12
25 50
y/4
y/4
y/2 y 5y/8
y/2 y 5y/8
3y/4 y-50 y-25 y-12
3y/4 y-50 y-25
12 2x/5 x/2 4x/5 x-12
y-12
12
2x/5
x/2
4x/5
x-12
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电镀铜板面镀层厚度分布评估方法
电镀铜板面镀层厚度分布评价标准: 整缸板 CoV ≤12% 为合格.
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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) 纵横比 ：（板厚 inch） /（孔径 inch） 搅拌: 提高电流密度表面分布也受分散能力影响.
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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 bcc cccbcccc 光亮剂和载体
bcccccbcccc c
cc bc c
过量光亮剂 bc bcbcbcbcb 过量光亮剂
b c b c b c b c b c bb
c b b c b c b
l b c/c c b/ c整平剂的混合 cbll 光亮剂 载体 lbcccbccbll c
仅高电流密度区烧焦,试片的其它区域仍 然正常,仅酸铜光泽剂低
改正方法:添加 0.1—0.2 ml/l酸铜光泽剂
HULL CELL 图样如下页图
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赫尔槽试验 (Hull Cell Test)
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赫尔槽试验 (Hull Cell Test)
赫尔槽试验(Hull Cell Test) 高电流密度区呈不适当氯离子含量条纹 沉 积,整个试片光亮度降低. 改正方法:分析氯离子含量,如有需要请作 调 整. HULL CELL 图样如下页图
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酸性镀铜液各成分及特性简介
酸性镀铜液成分 硫酸铜（CuSO4.5H2O) 硫酸 (H2SO4) 氯离子（Cl-） 电镀添加剂
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酸性镀铜液各成分功能
CuSO .5H O 4 2 ＋ H2SO4
Cl-： 助 添加剂：
：主要作用是提供电镀所需Cu2
及提高导电能力。 主要作用是提高镀液导电性能， 提高通孔电镀的均匀性。 主要作用是帮助阳极溶解，协 改善铜的析出，结晶。 主要作用是改善均镀和深镀性能， 改善镀层结晶细密性。