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1、电镀工序工艺简介电镀工序工艺简介2007年年9月月24日星期一日星期一制作：宝玥制作：宝玥主要内容：主要内容： 化学沉铜工艺 电镀铜工艺 填孔镀铜（ 化学沉铜工艺 电镀铜工艺 填孔镀铜（Via Filling） 化学沉铜的原理 化学沉铜的原理定义：化学镀铜，（Electroless plating copper），俗称 沉铜。它是一种自身的催化氧化还原反应。在化学镀 铜过程中Cu2+离子得到电子还原为金属铜，还原剂放 出电子，本身被氧化。目的：通过化学反应将孔内沉积薄铜，从而为电镀工序 起到导电的作用。反应原理： Cu2+2HCHO+4OHCu+2HCOO+2H2O+H2 两种方式：两种方式：
2、 垂直沉铜与垂直沉铜与水平沉铜水平沉铜 水平沉铜的优点：水平沉铜的优点： 对微盲孔的更好的灌孔处理能力对微盲孔的更好的灌孔处理能力化学沉铜（PTH）工艺化学沉铜（PTH）工艺 设备密闭，对环境和人员的伤害更小设备密闭，对环境和人员的伤害更小 对产品的处理时间相对较短对产品的处理时间相对较短 PTH的工艺流程简介的工艺流程简介膨胀除胶 中和膨胀除胶 中和 Desmear调整微蚀 预浸 活化加速化铜调整微蚀 预浸 活化加速化铜 PTH PTH各段作用各段作用膨胀的原理膨胀的原理原理：环氧树脂是高聚形化合物，具有优良的耐 蚀性。其腐蚀形式主要有溶解、溶胀和化学裂解 （如：浓硫酸对环氧树脂主要是溶解作
3、用，其凹 蚀作用是十分明显的）。根据“相似相溶”的经验 规律，醚类有机物一般极性较弱，且有与环氧树 脂有相似的分子结构（R-O-R），所以对环氧树 脂有一定的溶解性。因为醚能与水发生氢键缔 合，所以在水中有一定的溶解性。因此，常用水 溶性的醚类有机物作为去钻污的溶胀剂。注意点:溶胀液中的氢氧化钠含量不能太高，否 则，会破坏氢键缔合，使有机链相分离。原理：环氧树脂是高聚形化合物，具有优良的耐 蚀性。其腐蚀形式主要有溶解、溶胀和化学裂解 （如：浓硫酸对环氧树脂主要是溶解作用，其凹 蚀作用是十分明显的）。根据“相似相溶”的经验 规律，醚类有机物一般极性较弱，且有与环氧树 脂有相似的分子结构（R-O-
4、R），所以对环氧树 脂有一定的溶解性。因为醚能与水发生氢键缔 合，所以在水中有一定的溶解性。因此，常用水 溶性的醚类有机物作为去钻污的溶胀剂。注意点:溶胀液中的氢氧化钠含量不能太高，否 则，会破坏氢键缔合，使有机链相分离。膨胀膨胀钻孔后孔内情况经过膨胀后的情况经过膨胀后的情况膨胀膨胀功能：利用KMnO4的强氧化性,在高温及强碱条件下与树脂 发生化学反应,使其分解溶去。原理：在高温碱性条件下，高锰酸钾使环氧树脂碳链氧化裂 解：功能：利用KMnO4的强氧化性,在高温及强碱条件下与树脂 发生化学反应,使其分解溶去。原理：在高温碱性条件下，高锰酸钾使环氧树脂碳链氧化裂 解： 4MnO4-C环氧树脂4O
5、H-4MnO42-CO22H2O4MnO4-C环氧树脂4OH-4MnO42-CO22H2O 同时，高锰酸钾发生以下副反应： 4MnO4- +40H- = 4MnO42- + O2(g) + 2H2O MnO42-在碱性介质中也发生以下副反应： MnO42- + 2H2O + 2e- = MnO2(s) + 40H-同时，高锰酸钾发生以下副反应： 4MnO4- +40H- = 4MnO42- + O2(g) + 2H2O MnO42-在碱性介质中也发生以下副反应： MnO42- + 2H2O + 2e- = MnO2(s) + 40H-除胶的原理除胶的原理使用电解方法进行再生除胶使用电解方法进行
6、再生除胶再生机理再生机理 阳极 : MnO42- e-MnO4- 阴极 : H2O + e-OH-+ 1/2 H2若电解效率为100%, 其再生速率则为： 118.9 g * 3600安培 * 秒/AH _ = 4.436 g/AH 96500安培 * 秒 RHEM再生器的再生效率为60%，其再生速率则 为： 4.436 g/Ah * 60 % = 2.66 g/AH()外壳外壳()内芯内芯通过除胶后的情况通过除胶后的情况微观切片中和中和功能：除去残存在板面及孔壁死角处的功能：除去残存在板面及孔壁死角处的MnO2 和高锰酸盐。 原理：锰离子是重金属离子，它的存在会引 起和高锰酸盐。 原理：锰离
7、子是重金属离子，它的存在会引 起“钯中毒钯中毒”，使钯离子或原子失去活化活 性，从而导致孔金属化的失败。因此，化学 沉铜前必须去除锰的存在。 在酸性介质中：，使钯离子或原子失去活化活 性，从而导致孔金属化的失败。因此，化学 沉铜前必须去除锰的存在。 在酸性介质中：3MnO42-+4H+ = 2MnO4-+MnO2(s)+2H2O 2MnO4-+5C2O42-+16H+ = 2Mn2+10CO2(g)+8H2O5 C2O42-+MnO2+4H+ = Mn2+2CO2+2H2O为避免玻纤突出，使用玻璃蚀刻添加剂功能：除去板面轻微氧化物及轻微污渍, 对树脂界面活性调整有极好的效果; 直接影响沉铜的背
8、光效果. 原理：酸性溶液,与氧化物反应而使之溶 去;有机清洁剂，对有机油污具有 溶解作用.功能：除去板面轻微氧化物及轻微污渍, 对树脂界面活性调整有极好的效果; 直接影响沉铜的背光效果. 原理：酸性溶液,与氧化物反应而使之溶 去;有机清洁剂，对有机油污具有 溶解作用.整孔性高分子吸附于孔壁表面 使孔壁表面显正电性.整孔性高分子吸附于孔壁表面 使孔壁表面显正电性.调整调整除胶渣后的 孔壁表面清洁后的孔 壁表面微蚀微蚀 功能: 除去铜表面的有机薄膜； 微观粗化铜表面。功能: 除去铜表面的有机薄膜； 微观粗化铜表面。微蚀前微蚀前微蚀前微蚀前微微微微蚀后蚀后蚀后蚀后功能:防止板子带杂质污物进入昂贵的钯
9、槽;防止板 面太多的水带入钯槽而导致局部水解； 预浸槽与活化槽除无钯之外,其它成份完全一致；功能:防止板子带杂质污物进入昂贵的钯槽;防止板 面太多的水带入钯槽而导致局部水解； 预浸槽与活化槽除无钯之外,其它成份完全一致；预浸及活化预浸及活化 预浸活化预浸活化功能/原理:表面显负电 性的钯胶团由于整孔 性高分子的作用附着 在孔壁,经后续加速， 最终使Pd沉于孔壁。功能/原理:表面显负电 性的钯胶团由于整孔 性高分子的作用附着 在孔壁,经后续加速， 最终使Pd沉于孔壁。Pd2+2Sn 2+ (PdSn2)6+ (PdSn2)6+ Pd+Sn4+Sn2+ Pd+nSn2+3nCl-Pd(SnCl3)
10、nn-活化后的孔壁表面活化后的孔壁表面活化后的孔壁表面活化后的孔壁表面加速加速功能:剥去Pd外层的Sn功能:剥去Pd外层的Sn4+4+外壳,露出Pd金属,清除松散不实的钯团或钯离子原子等。 原理:钯胶团粘附的板子,在经水洗,在鼓气的作 用下,Pd粒外会形成Sn(OH)外壳,露出Pd金属,清 除松散不实的钯团或钯离子原子等。 原理:钯胶团粘附的板子,在经水洗,在鼓气的作 用下,Pd粒外会形成Sn(OH)4 4外壳.通过HBF4 型加速剂使SnCl外壳.通过HBF4 型加速剂使SnCl2、2、Sn(OH)Sn(OH)4、4、Sn(OH)ClSn(OH)Cl2 2等除 去。等除 去。 SnCl2+2
11、HBF4Sn(BF4)2+2HCl Sn(OH)4+4HBF4Sn(BF4)4+4H2O Sn(OH)Cl+2HBF4Sn(BF4)2+HCl+H2O加加加加速剂后的孔壁表面速剂后的孔壁表面速剂后的孔壁表面速剂后的孔壁表面功能:在钯的催化作用下被甲醛还原而沉于钯上. 原理:功能:在钯的催化作用下被甲醛还原而沉于钯上. 原理:CuSO4+2HCHO+4NaOHCu+NaSO4+2HCOONa+2H2O+H2CuSO4+2HCHO+4NaOHCu+NaSO4+2HCOONa+2H2O+H2 1.电子的形成: 1.电子的形成: HCHO+OH-H3COO- H3COO-+OH-HCOO-+H2O+H
12、- H-H0+e-(在Pd的导电作用下)HCHO+OH-H3COO- H3COO-+OH-HCOO-+H2O+H- H-H0+e-(在Pd的导电作用下) 2.钯表面起始反应:2.钯表面起始反应:Pd+2e-+Cu2+Pd-Cu Pd-Cu+2e-+Cu2+Pd-Cu+CuPd+2e-+Cu2+Pd-Cu Pd-Cu+2e-+Cu2+Pd-Cu+Cu 3.自我催化反应:3.自我催化反应:Cu0+2e-+Cu2+Cu0+Cu0Cu0+2e-+Cu2+Cu0+Cu0化学沉铜化学沉铜背光值背光值导致的缺陷导致的缺陷酸性镀铜工艺酸性镀铜工艺电镀电镀实际就是将直流电源的正、负极连接到镀槽的 阳、阴极后,电
13、镀溶液中的阴离子在阳极失去电子 进行氧化反应;阳离子在阴极获得电子进行还原反 应的一个过程.实际就是将直流电源的正、负极连接到镀槽的 阳、阴极后,电镀溶液中的阴离子在阳极失去电子 进行氧化反应;阳离子在阴极获得电子进行还原反 应的一个过程.基本原理基本原理+-离子交换直流 整流器ne-ne-阳极Cu Cu2+ + 2e-Cu2+ + 2e-Cu 电镀上铜层阴极 (受镀物件)镀槽三要素: 1.电源 2.阴、阳电极 3.含欲镀金属离子之电解液三要素: 1.电源 2.阴、阳电极 3.含欲镀金属离子之电解液电镀电镀是一个电沉积过程,沉积量遵守法拉第电解定律,即电 解时电极上析出的金属量与通过电量成正比
14、.M=K是一个电沉积过程,沉积量遵守法拉第电解定律,即电 解时电极上析出的金属量与通过电量成正比.M=KQ=KQ=K I I TK:金属物质的电化当量,电解时通过一库伦的电量,或1安培TK:金属物质的电化当量,电解时通过一库伦的电量,或1安培 小时的电量,在电极上所析出的物质重量:单位：毫克/库 伦,或克/安培小时的电量,在电极上所析出的物质重量:单位：毫克/库 伦,或克/安培小时.铜的电化当量 K=1.186克/安培小时.铜的电化当量 K=1.186克/安培小时 Q:电解时通过的电解库伦 I:电解时通过的电流强度，安培 T :电解时间，小时 M:析出的金属重量，g小时 Q:电解时通过的电解库
15、伦 I:电解时通过的电流强度，安培 T :电解时间，小时 M:析出的金属重量，g根据设备的不同:根据设备的不同:传 统 电 镀连续垂直电镀水 平 电 镀镀层均匀、细致、平整、无麻点、无针孔， 有良好外观的光亮或半光亮镀层； 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 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 镀层导电性好 镀层柔软性好镀层均匀、细致、平整、无麻点、无针孔， 有良好外观的光亮或半光亮镀层； 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 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 镀层导电性好 镀层柔软性好镀铜层的基本要求镀铜层的基本要求板面药液补充的情况水平电镀示意图电极反应电极反应阴极主要发生的还原反应阴极主要发生的还原反应 Cu+2e-Cuo EO=+0.34v-(1) Cu+e-Cu+ EO=+0.15v-(2) Cu+e-CuoEO=+0.52v2H+2e-H2EO=0v 阳极主要发生的氧化反应阳极主要发生的氧化反应 Cuo Cu+2e-EO=-0.34V 2H2O(1)4H+O2+4e-EO=-1.23VEO值越大表示反应越容易发生值越大
