图形电镀教材2课件

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1、Ellington,图形电镀培训教材,前言 第一部分 一.图形电镀目的 二.基本工艺流程 三. 基本理论 四.各药水缸作用 第二部分 一.生产线设备简介 二.工艺参数 三.生产维护 四.能力研究 五.常见问题与对策 第三部分 工序潜力与展望,目录,在PCB制作过程中,镀铜占有相当重要位置。为了使本公司的工程管理人员特别是负责图形电镀工序的工艺工程人员图形电镀工序有一定程度的了解,故撰写此份培训教材,以利于生产管理及监控,从而提高我司的产品品质。,前言,第一部份 基础知识,为何要进行图形电镀？,图形电镀目的,: 在完成干菲林工序后呈现出线路的铜面上用电镀方法加厚铜层,再镀上一层锡作为该线路的保护

2、层。,基本工艺流程,除油,微蚀,镀锡,磺酸洗,电镀,酸洗,上板,下板,基本理论,一、镀铜原理： 电镀铜的溶液中主要是硫酸铜(CuSO4)和硫酸(H2SO4), 在直流电压的作用下,在阴极和阳极上分别发生如下反应: 阴极 : 铜离子被还原,正常情况下电流效率可达98% Cu2+ + 2e = Cu +0.34V 有时溶液中会有一些Cu+,于是会有以下反应： Cu+ + e = Cu 有很少情况下会发生不完全还原反应： Cu2+ + e = Cu+ 由于Cu2+的还原电位比H+的还原电位正的多，故一般不会有H2析出.,阳极：阳极反应是溶液中 Cu2+ 的来源：Cu - 2e = Cu2+ 在极少的

3、情况下，阳极也会发生如下的反应： Cu - e = Cu+ 溶液中的Cu+在足够量硫酸的情况下，可能会被空气中的氧气氧化成Cu2+: 4Cu+ + 0.5O2 + 4H+ = 4Cu2+ + 2H2O 当溶液中的酸度不足时，会水解形成，形成所谓的“铜粉”： 2Cu+ + 2H2O = 2Cu(OH)2 + 2H+ 2Cu+ + 2H2O = Cu2O + 2H,二、镀铜缸药水成份及功能,硫酸铜 ： 供给槽液铜离子的主要来源。提高硫酸铜的浓度可以提高允许的电流密度，避免高电流区 烧焦；但是，硫酸铜（CuSO4)浓度过高，会降低镀液的分散能力，且易析出硫酸铜晶体。平时作业时由阳极磷铜溶解补充，配液

4、后生产前要和拖缸,连续生产4-6个月要做碳处理。,阳极铜球,硫 酸： 需使用试剂级(AR)硫酸，有导电和溶解阳极的作用。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: 1. 若硫酸的浓度太低，镀液的分散能力下降，一价铜易水解生成铜粉； 2. 若硫酸的浓度过高，虽然镀液的分散能力较好，但是，镀层的延展性会降低. 控制：作业时由于带出和打气的氧化作用造成阳极膜溶解，铜量渐增而酸量渐低，需日常分析添加以维持良好的分散能力。,氯离子： 有助阳极的溶解和光泽剂的发挥作用。使阳极溶解均匀，镀层光泽平滑；有吸附在电极表面的能力，稳定Cu+,防止其发生歧化反应减少铜粉的生成，抑制Cu2+的放电速度 。

5、氯离子正常时阳极膜呈黑色；过量时呈灰白色，使阳极钝化，溶液中铜离子降低；过低则在镀层上产生条纹状粗糙现象。,阳 极铜： 使用含磷0.0350.075的铜球，面积应是阴极的两倍。 为什么要使用磷铜阳极？ 因为使用磷铜阳极时， 1.阳极在镀液中溶解速度较慢（形成黑色的阳极膜），使其阳极电流效率接近阴极电流效率； 2.催化Cu+转化成Cu2+的反应，阻止大量的Cu+进入溶液，形成铜粉或Cu2O，而导致镀层粗糙，产生节瘤； 3.避免生成大量的阳极泥，污染铜缸， 但是，磷铜中的含磷量要有一定值，若含磷量过高，会导致阳极膜过厚，铜溶解性差，使溶液中的铜离子减少，光剂消耗量大，易形成针孔，且造成低电流区不光

6、亮;太低则生成的阳极膜太薄结合力不好。,添加剂： 主要有光亮剂(Brightner)，湿润剂(wetter)，整平剂(leveler)，载体(carrier)。（我司3F使用的是罗门哈斯公司的药水)。 光亮剂（2001 Add）控制整体的光亮性，尤其是中至高电流密度位置。 湿润剂（ 2001 Car）提高溶液的深镀能力 整平剂 控制低电流密度的光亮平整及抛掷力，亦可 降低高电流密度位置烧板的问题。,三.电镀工艺重要设备及功能,整流器：提供电镀的电源,一般有两种整流机： 1)传统的直流整流器 2)周期反向脉冲整流（此种整流器配合专用添加剂可大大改善电镀的分散能力。) 我司使用的是直流整流器,钛

7、篮： 用来盛装铜球，做为阳极。有方形，圆形等。,钛篮袋： 作业时，会产生阳极膜，为防止阳极膜碎 以及因电镀而逐渐溶解变小的铜球和锡球 掉落槽中，造成铜粗或锡粗，且污染槽液 而影响镀铜或镀锡品质，须使用钛篮袋。,打 气： 1.加速离子的补充，有利于孔内不断新药液 的补充，更有助光剂发挥作用。 2.消除浓差极化，提高允许电流，提高生产 效率 。 3.提供足够的氧气，使Cu+转化成Cu2+ 。 现很多公司已采用喇叭嘴高能量循环取代 传统的打气，用于制作盲孔板和高纵横比厚板。,摇摆和振荡： 缩小Diffusion layer，赶走孔内的气泡，加速新 液的补充，提高深镀能力。 温度控制： 温度过高会造成

8、光剂的裂解，使光剂用量增加 且对槽液造成污染；温度过低则会造成导电不 良，效率降低，造成铜粗，铜面没有光泽，甚 至烧焦。,过滤及循环： 配置：循环泵，5m PP滤芯 作用：1. 净化溶液 , 除去杂质 , 减少铜丝等缺陷 2. 使溶液流动 , 起到搅拌的作用 3. 流量 :每小时至少将整缸溶液过滤两次,各缸药水作用,1. 酸性除油缸 药水：PC酸性除油剂 作用: 去除干膜显影后在板面上的残留物以及氧化层和指纹 等,达到清洁铜面的目的。,影响:1) 板停留时间为3-5min, 若板在除油缸内浸 泡时间过长而温度又高时,会造成膜层与铜面剥离。 则镀铜时，会有渗镀情况发生，使板报废。 2)若铜板不经

9、过该缸处理或处理效果不好时,会有杂质 滞留在板上,导致镀不上铜或锡,从而会造成铜面粗糙, 线路缺口,甚至孔内无铜。,2.微蚀缸 药水: 过硫酸钠(NPS)，硫酸(H2SO4) 作用: 清洁铜面,并使铜面变得较粗糙,增强镀铜时铜层的 附着力。 影响:1)微蚀缸的停留时间为1min左右,若板在该缸的停留 时间太长,微蚀过度时,会造成板上孔内无铜,使板 报废。 2)若时间太短或过硫酸钠浓度不够时,可能会不能经 受热冲击测试导致铜层剥离而报废。,3. 浸硫酸缸 药水：硫酸(H2SO4) 作用: 清洁板面,避免将杂物及水带入铜缸,减少镀铜缸内 溶液受污染的机会,延长铜缸寿命。 影响: 1)杂物去除不尽时

10、,会造成镀铜时铜粗。 2)板面杂物多时,会造成铜缸污染,影响铜缸的使用 寿命。,4. 镀铜缸 药水：硫酸铜(CuSO4)，硫酸(H2SO4) ，氯离子(Cl-)，添加剂 作用: 按要求在线路和孔内镀一层铜。 影响: 1)若镀铜时间过长,则会造成线路和孔内的铜层镀得太 厚,这可能会造成夹膜或孔小。 2)若镀铜时间过短,会造成铜薄,。 3)光剂不够时会造成板面镀层暗淡,粗糙,高电位区有烧 板现象。光剂过多会导致镀铜不上或鱼眼状镀层。,5.浸硫酸缸 药水：硫酸(H2SO4) 作用: 清除板而上残余的铜离子,活化铜面,减少锡缸污染。 影响: 板面杂物去除不尽时,会造成锡缸污染,影响锡缸用 寿命。,6

11、.镀锡缸 药水:硫酸亚锡(SnSO4)，硫酸(H2SO4) ，锡光亮剂（罗门哈斯公司Part-A,Part-B) 作用: 在线路及孔内镀上一层锡(约 0.20.4mil),作蚀板时保 护层。 影响:1)若镀锡层太薄,则起不到保护作用,造成蚀板时蚀 断线开路或线路线幼。 2)若镀锡层太厚,可能会造成夹菲林而蚀板不净。,7 .炸棍 药水：硝酸(HNO3) 作用: 将电镀夹具上的金属(Cu粉、Sn粉）除掉。 影响：蚀夹不净时,可能会造成铜粗等现象。,第二部份 电镀铜技术及能力,什么是深镀能力？,讨论,生产设备简介,现时3F图形电镀线为“竞铭”自动电镀线,1.设备性能参数: 1) 生产板尺寸:24英寸

12、长宽厚 2) 各药水缸均有浮架 3) 17个镀铜槽(1-14#为两个一组,15-17#三个一组） 及3个镀锡槽(无打气） 4) 电镀槽:220英寸(长) 25英寸(深) 5) 做板厚度:0.6- 4.0mm 6)飞巴：有效长208英寸，52个夹仔,3.工艺性能参数 1).Cycle time：4.5分钟,4.0分钟 2).镀铜时间：75分钟,65分钟 3).镀锡时间：8.0分钟 4).电流密度：825ASF,4.生产线主要药水缸规格特性 槽序 槽名 槽液容量(L) 槽体材料 14# 除油缸 2100 PP 17# 微蚀缸 2500 PP 22# 酸浸缸 2100 PP 23-39# 镀铜缸 6

13、036(单缸) PP 13# 酸浸缸 2100 PP 10-12# 镀锡缸 6036 PP 5,6,7# 蚀夹缸 6458 PP,6.锡缸为什么不可有打气？ 在打气的情况下，锡缸中二价锡离子极易被氧化成四价锡离子的不溶悬浮物；另外，前制程所带来的铜污染也会引起二价锡氧化成四价锡，溶液中四价锡的含量过高，镀液混浊，且会影响镀锡的品质。,工艺参数控制,生产维护,1.铜缸溶液的维护 日常管理：生产时使用过滤棉芯过滤，每周更换棉芯 分析及补加:每周两次分析铜离子，硫酸，氯离子的浓度， 按分析进行补加。 光剂的补充分析：自动加药器按安培小时补加， 每两周做一次CVS分析， Hull-Cell模拟试验,2

14、.锡缸溶液的维护 每日分析镀液 每周分析光剂，更换过滤棉芯、预浸缸 有机污染高，需做活性碳处理；四价锡多，需 做FMN处理,3.活性碳处理 生产过程中，干膜的溶解以及光剂的分解等造成镀液中有机物含量增高，深镀能力下降，出现狗骨现象。镀层表面变光亮，硬度增加，镀层变脆，可靠性下降。 此时需对溶液进行碳处理，先用H2O2将副产物氧化，再用活性碳将其吸附后过滤除去，频率为每半年一次。 注：对于锡缸，可将过滤棉芯更换为活性碳滤芯过滤12 小时即可。,4.FMN处理 去除四价锡的方法。将镀液导入处理槽中，在强烈搅拌下，加入FMN，至四价锡化合物沉淀生成，过滤去沉淀即可。,4.铜缸的清洗 长期的生产过程中

15、，阳极泥、铜粉过多，堵塞钛篮袋，或因钛篮袋破裂等原因而进入槽液中，污染槽液，出现铜粗，毛刺等问题。因此需定期对铜缸进行大清洗。 项目：清洗铜球，钛篮，半年更换一次钛篮袋，清洗缸壁，槽体。,能力研究,1.深镀能力（Throwing power) 深镀能力，即分散能力，是衡量镀液在凹陷（即孔内）的镀铜能力。 T.P=Jhct /Jsct=孔内铜厚/表面镀铜厚 Jhct孔内电流密度 Jsct表面电流密度,过电压 溶液中带电物质平衡时存在一电位值，该物质发生反应，须给予额外能量，在电化学中称之为过电压。 电镀中， ct + mt +IR ct ：电镀反应的过电压 mt：质传反应的过电压 IR：溶液本身电阻, s(surface)= h(hole)= sct+ smt+Irs =hct+ hmt+Irh 扩散层：在距离阴极的一段距离内，金属离子浓度会逐渐下降，此区称之为扩散层。因此浓度梯度的存在会消耗电能，因此存在mt。 mt 0.082J(电流密度)/JL(极限电流密度) 极限电流密度K(Cb/ ）,系统选定（Cb)操作方式固定（ ）， JL也一定，搅拌多与孔垂直而使孔内金属离子补充不及时而Cbh偏低， h偏大。 所以， JLh JLs ，smt hmt, 加强搅拌和降低电流密度可降低（见下图）,阴极,电势差,d,d,图：不同搅拌强度和电流密度下的扩散层（