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1、1,电镀铜培训教材,2,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。,3,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. 。,4,电镀示意图,5,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
2、/2O2 + 2H+ -2Cu2+ + H2O 副反应 2Cu+ + 2 H2O -2CuOH + 2H+ Cu2O + H2O 2Cu+- - Cu2+ + Cu,6,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,7,酸性镀铜液各成分功能,CuSO4.5H2O：主要作用是提供电镀所需Cu2 及提高导电能力。 H2SO4： 主要作用是提高镀液导电性能， 提高通孔电镀的均匀性。 Cl-： 主要作用是帮助阳极溶解，协助 改善铜的析出，结晶。 添加剂： 主要作用是改善均镀和深镀性能， 改善镀层结晶细密性。,8,酸性镀铜
3、液中各成分含量对电镀效果的影响,CuSO4.5H2O ：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。 H2SO4 ：浓度太低，溶液导电性差，镀液分 散能力差。浓度太高，降低 Cu2 的迁移率，电流效率反而降低，并 对铜 镀层的延伸率不利。 Cl- ：浓度太低，镀层出现台阶状的粗糙 镀层，易出现针孔和烧焦；浓度太 高，导致阳极钝化，镀层失去光泽 添加剂 ：（后面专题介绍）,9,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
4、。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。,10,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5075mm，移动频率1015次/分,11,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38cm，气孔直径2 mm孔间距80130mm。孔中心线与垂直方向成45角。 过滤 PP滤芯、15m过滤精度、流量26次
5、循环/小时 阳极 磷铜阳极、含磷0.04-0.065%,12,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+-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,13,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: Fd
6、lf /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=1.2,14,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
7、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,15,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.,16,电镀层的光亮度 载体 (c) /光亮剂 (b)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 光亮剂(b)吸附于低电流密度区并提高沉积速率.
8、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,17,电镀的整平性能光亮剂(b),载体(c),整平剂(l)的机理,18,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,19,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 m,20,电镀铜板面镀层厚度分布评估方法,21,电镀铜板面镀层厚度分布评估方法,22,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.,23,电镀铜溶液的分
9、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.,24,电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power),25,电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power),Throwing Power,26,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,27,电镀铜溶液的控制,赫尔槽试
10、验(Hull Cell Test)参数 电流: 2A 时间: 10分钟 搅拌: 空气搅拌 温度: 室温,28,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,29,赫尔槽试验 (Hull Cell Test),30,赫尔槽试验 (Hull Cell Test),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 0.10.2 ml/l酸铜光泽剂 HULL CELL 图样如下页图,31,赫尔槽试验 (Hull C
11、ell Test),32,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,33,赫尔槽试验 (Hull Cell Test),34,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,35,赫尔槽试验 (Hull Cell Test),36,电镀液维护,电
12、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。,37,电镀槽液的维护,38,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,39,问题2.
13、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。,40,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 以非破坏性的厚度量测法详细了解其全面厚度之差异。 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 使用钳形表定期检查每一支阳极与阳极杆是否接触良好。 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
14、度并调整至最佳值,41,问题4. 镀铜层烧焦,1 电流密度过高或电镀面积不均匀，导致板面上局部电流密度超过局限电流 降低所用之电流 在高电流密度区增加辅助阴极板，以吸收多余的电流 2 镀液搅拌不当或板架往复搅拌不足 利用循环过滤及低压空气进行搅拌 配合阴极杆往复摆动(与板面垂直)搅拌 检查阴极之间的距离，在电流密度为30ASF 的情况下，其距离至少应为15公分。 3 在操作电流密度下的铜离子浓度过低 维持铜离子的应有浓度或降低电流密度 4 硫酸浓度过高 稀释槽液维持一定的酸浓度 5 槽液温度过低 冬天须加热槽液，最佳的操作温度通常介于22- 26之间。,42,问题5. 镀铜层烧焦,6 各添加剂
15、含量已失去平衡 添加适用于高CD之添加剂，以减少烧焦 添加适用于低电流密度这之添加剂，以减少 板面烧焦(线路) 在正式添加大槽前应先于小槽内试验添加剂 的性能。 7 阳极过长或数量过多 阳极长度应比板架略短2-3英寸 将阳极袋绑紧 自槽液中移走部分阳极棒 阳极对阴极的面积比不应该超过2：1 8 槽液搅拌太弱 加强搅拌,43,问题6. 镀铜层出现凹点,1 镀铜槽中空气搅拌不足或不均匀 增加空气搅拌并确保均匀分布 2 槽液遭到油渍污染 进行活性炭处理及过滤，确认污染来源并 加以杜绝 3过滤不当 持续过滤槽液以去除任何可能的污染物。 4 镀槽内特定位置出现微小气泡 可能是过滤泵有空气残存，设法改善,44,问题7. 添加剂未能发挥应有功用,1 阳极产生极化现象- 整流器通常会出现电压升高与电流下 降现象 调整阳，阴极面积比为2：1 (2) 检查槽液温度是否太高 (3) 调整好各种参数后，再将阳极取出彻底洗净，然后进 行假镀，以使重新建立一层阳极膜。 2 氯离子含量控制不当 维护氯离子的正常含量，通常为50-80ppm 3 槽液温度过高以冷水管冷却液温， 使其维持在21-26 4 槽液需进行活性炭处理 进行活性炭处理,45,新技术展望,脉冲电镀: 具
