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1、电镀铜锡工艺培训资料,技术部 唐政和 2011年7月4日,内 容 简 介,钻孔 沉铜 板镀 光成像 图形镀铜 图形镀锡 退膜 碱性蚀刻 褪锡,常规PCB镀铜蚀刻主要流程,思考：以上各个流程的主要作用和原理是什么？,上板 除油 微蚀 浸酸 镀铜 浸酸 镀锡 下板 褪镀,镀铜锡主要流程,思考：以上各个流程的主要作用和原理是什么？,一、镀铜前处理,主要作用为除去干膜残渣，此残渣为干膜与铜面赖以结合的胶类残留；此外还能够清除轻微板面氧化、污渍、指纹及等杂质，获得清洁的基铜表面。 除油不足将导致镀层花纹、粗糙；但过强的除油会导致渗镀。,除油,Component：酸性除油剂 EVP-206,Usage,一
2、、镀铜前处理,去除待镀线路与孔内镀层的较深度的氧化层，通过增加其表面的粗糙度而增加电镀层与底铜层的结合力。 微蚀不足将导致镀层剥落（俗称甩线）；严重的微蚀会导致孔内开路,微蚀,Component：过硫酸钠，硫酸溶液,Usage,一、镀铜前处理,浸酸,Component：H2SO4溶液,Usage,去除水洗过程中产生的铜表面轻微的氧化层 防止污物污染铜缸、 避免铜缸硫酸浓度失衡、 浸酸不足会导致镀层粗糙、剥落。,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
3、的金属-金属间键合,从而获得镀层间的良好结合力. 因此，印制板制作过程中采用镀铜工艺。此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,二、电镀铜的原理,PCB对铜镀层的基本要求 （1）镀层均匀、细致、平整、无麻点、无针孔，有良好外观的光亮或半光亮镀层。 （2）镀层厚度均匀，板面镀层厚度与孔壁镀层厚度之比接近1：1。 （3）镀层与铜基体结合牢固，在镀后和后续工序的加工过程中，不会出现起泡、起皮等现象。 （4）镀层导电性好 （5）镀层柔韧性好，铜厚50um时，延伸率不低于15%，抗张强度25-50Kg/mm2,以保证在波峰焊和热风整平时，不至于因
4、环氧树脂基材上铜镀层的膨胀系数不同导致镀铜层产生纵向断裂（环氧树脂膨胀系数12.810-5 / ,铜的膨胀系数0.6810-5/）,二、电镀铜的原理,铜镀层的作用 电镀铜是在化学沉铜层上通过电解方法沉积金属铜,以提供孔内足够的导电性/厚度，并防止导电电路出现热和机械缺陷。 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。,二、电镀铜的原理,镀液的主要成份是硫酸铜和硫酸。在直流电的作用下，阴阳极发生电解反应，阳极铜失去电子变成Cu2+溶于溶液中，阴极(飞巴，生产板)Cu2+获得电子还原成Cu原子。 阴极反
5、应： Cu2+ + 2e- = Cu 阴极副反应： Cu+ + e- = Cu ， Cu2+ + e- = Cu+ 由于铜的还原电位比H+高得多，所以一般不会有H2析出。 阳极反应： Cu - 2e- = Cu2+ 阳极副反应： Cu - e- = Cu+ 2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ = 2Cu2+ + H2O,二、电镀铜的原理,二、电镀铜的原理,电镀液组成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加剂),离子交换,直流 整流器,ne-,ne-,电镀上铜层 阴极 (受镀物件) 镀槽,阳极,Cu Cu2+ + 2e-,Cu2+ + 2e- Cu,二、电镀铜的原理,镀铜缸-主
6、要成份,电镀铜槽液成份及作用,硫酸铜 硫酸 氯离子 添加剂,二、电镀铜的原理,镀铜缸-主要成份,电镀铜槽液成份及作用,浓度:55-75g/L 提高其浓度可以提高允许电流 密度，避免烧板；含量过高，会降低镀液的分散能力（深镀能力）。,硫酸铜-镀铜液中的主盐，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镀铜层。它的主要作用是提供电镀所需Cu2 及提高溶液导电能力,Control and Usage,二、电镀铜的原理,镀铜缸-主要成份,电镀铜槽液成份及作用,Control and Usage,硫酸 主要作用：增加溶液的导电性 控制：浓度低导电能力下降，镀液分散能力变差；浓度高则镀液分散能力
7、变好，但电流效率下降，镀层的延展性降低，一般控制浓度10-15%。,二、电镀铜的原理,镀铜缸-主要成份,电镀铜槽液成份及作用,Control and Usage,氯离子 帮助阳极溶解，协助光剂改善铜的析出、结晶。 控制浓度40-70mg/L ，控制浓度过低，镀层出现台阶状粗糙，易出现烧板和针孔；当浓度过高时，镀层无光泽，低电流区发暗，浓度太高则阳极表面出现一层白色膜，使阳极钝化。,二、电镀铜的原理,镀铜缸-主要成份,电镀铜槽液成份及作用,Usage,电镀添加剂 PCM+ 或125-T 主要作用：保证镀液良好的分散能力和深镀能力，改善镀层结晶细密性，使镀层有足够的强度和导电性、延展性，同时使板面
8、镀层厚度和孔壁镀铜厚度之比接近1：1。镀液中CL-与添加剂协同作用将使我们获得满意的镀层。,Component:光亮剂、整平剂 湿润剂、载体（分散剂）等,二、电镀铜的原理,电镀光剂的机理,载体(c) ：快速地吸附到所有受镀表面并均一地抑制电沉积 整平剂(I)：选择性地吸附到高电流密度区,抑制沉积速率。 光亮剂(b)：选择性地吸附于低电流密度区并提高沉积速率。 氯离子：增强添加剂的吸附。 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,b,b,b,b,b,b,b,cb,c,c,I,cb,c,I,cb,c,I,cb,c,I,cb,c,I,cb,cb,cb,b,c,c,cb,二、电镀铜的
9、原理,电镀铜操作条件及作用,操作条件类别,温度 搅拌 过滤 摇摆和震动 电流密度 浮架和挡板 阳极,二、电镀铜的原理,电镀铜操作条件及作用,Control and Usage,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；但会加速添加剂分解，增加添加剂消耗，而且镀层结晶粗糙，亮度降低。 温度降低，允许电流密度降低。高电流区容易烧焦； 温度过高和过低，均会导致镀层延展性变差。 一般配合冷水机，控制镀液溫度。,二、电镀铜的原理,电镀铜操作条件及作用,Control and Usage,搅拌 空气搅拌：使用无油的空气泵，空气最好要经过过滤净化。无油压缩空气流量0.3-0.8m
10、3 / min.m2 作用：使镀液强烈翻动，促使铜离子及时移动到板面，保证电镀铜的正常进行，增加电镀的均匀性；同时还可提供足够的氧气，从而使溶液中的Cu+氧化成Cu2+消除Cu+的影响。 注意：正常电镀时如停止搅拌，则必然导致烧板。,思考：当出现意外停电后为何必须立即关闭镀铜缸火牛？,二、电镀铜的原理,电镀铜操作条件及作用,搅 拌,打气管的布置：管子平行阴极布置在缸底，距槽底38cm；打气孔径2-3mm，孔距80-120mm，孔中心线与垂直方向成450角。空气流量0.3-0.8m3 / min.m2 。 打气布置的位置亦直接影响电镀的品质。空气搅拌的剧烈程度会影响添加剂的消耗量。同时空气搅拌亦
11、要求镀液清洁，一般与溶液的连续过滤配合使用。,二、电镀铜的原理,过 滤,过滤可以净化溶液，及时去除机械杂质，防止铜粒出现，同时使槽液流动，降滤槽中经冷却的镀液循环入镀槽，达到控制温度的作用。 过滤要求使用5-10m的棉芯，每小时一般过滤2-5个循环，加碳芯过滤可进一步清除缸中有机杂质及污染物。 图形电镀过滤需严格禁止空气进入过滤机内，否则将导致严重电镀针孔,电镀铜操作条件及作用,二、电镀铜的原理,电镀铜操作条件及作用,摇摆和震动,机械摇摆通过通过机械作用使阴极产生移动，有利于增强电镀均匀性。移动方向与阳极呈一定的角度，可促进孔内溶液的流动性，亦可及时赶去吸附在孔内和板面的小气泡。移动幅度50-
12、75mm，频率10-15次/分钟。,二、电镀铜的原理,电镀铜操作条件及作用,摇摆和震动,震动通过机械的作用产生振荡，促进孔内溶液的流动性，并赶去吸附在孔内和板面的小气泡。 摇摆和震动可减少气泡导致的线路针孔和孔内开路问题，同时利于深镀能力提升。,二、电镀铜的原理,电镀铜操作条件及作用,电流密度,不同的电镀添加剂所允许的电流密度范围有所不同，但通常在8-35ASF。 提高电流密度，可以提高镀层的沉积速率。但电流密度越高，则镀层深镀能力及均匀性越差，过高则烧板。 适当降低电流密度，可提高镀层深镀能力及均匀性，但为达到规定铜厚，相应的电镀时间需要延长，导致产能降低。电流密度过低，则镀层延展性不足。,
13、二、电镀铜的原理,电流控制,电流密度不同，析铜的沉积速率也不同。实验显示，电流密度与沉积速率仅在10-28ASF范围内大致呈线性关系。,二、电镀铜的原理,电镀FA制作过程,“FA”是英文(First Article)缩写，意为“首部(件)制作指示”,线路板的线路分布及镀铜要求(客户要求)各有不同，所以电流大小也不同，为达到的客户要求，同时避免产品大批量的坏点(镀薄/镀厚)，新板都要经过小批量的试验，经检查合格后，方可批量生产，目的是降低报废降低成本。,What,Why,二、电镀铜的原理,电镀FA制作过程,板面积 * 镀铜面积 *电流密度 * 每巴块数 镀铜面积：线路图形及孔壁的面积(由CAD/
14、CAM提供) 电流密度：在单位面积上通过电流的大小，目前我们根据电镀铜厚理论计算公式以及需要的铜厚和电镀时间来推算需要的电流密度。,电流纸计算方法,二、电镀铜的原理,电镀FA制作过程,根据MI要求，计算电流值； 将数据输入电脑程序中； 按正常生产条件试做一巴； 取2块试板做切片或孔铜测试； 蚀板后检查线宽、线间，线距pad、板厚、孔径等； 不合格需重新试板； 根据切片报告(合格)和FA检查报告(合格)填写正本电流纸。,FA制作过程,二、电镀铜的原理,电镀FA制作过程,根据MI要求，计算电流值； 降数据输入电脑程序中； 按正常生产条件试做一巴； 取2块试板做切片或孔铜测试； 蚀板后检查线宽、线间
15、，线距pad、板厚、孔径等； 根据切片报告(合格)和FA检查报告(合格)填写正本电流纸。,FA制作过程,二、电镀铜的原理,电镀铜操作条件及作用,浮架和挡板,电镀浮架及电流挡板对镀铜电力线可起到一定的遮蔽作用，在一定程度上缓解镀铜边缘过厚的问题，以提高镀铜均匀性。 电镀浮架和挡板的设置，也是提升电镀均匀性的关键之一。,二、电镀铜的原理,电镀铜操作条件及作用,阳极,磷铜阳极含磷0.04-0.065%，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 磷铜较纯铜阳极极化小 (1A/dm2 P0.04-0.065%磷銅的 陽极化比无磷銅低50mv-80mv)
16、 ，不会导致阳极钝化。 阳极电流密度一般控制在0.5-1.5ASD之间。,二、电镀铜的原理,电镀铜操作条件及作用,阳极,磷铜阳极膜的作用 阳极膜本身对(Cu+-eCu2+)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 阳极膜的电导率為1.5X10-4，具有金属导电性 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,二、电镀铜的原理,电镀铜操作条件及作用,阳极,磷铜阳极膜的作用 阳极膜本身对(Cu+-eCu2+)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 阳极膜的电导率為1.5X10-4，具有金属导电性 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,二、电镀铜的原理, 圆形钛篮铜阳极表面积估算方法 d
