电镀在FPC中的应用.ppt

电 镀 在 FPC 中 应 用,电镀的基本原理 金属电沉积的基本历程 金属电沉积的方式 几个常用的电镀术语 FPC的基本流程 电镀铜工艺 电镀金工艺,电 镀 的 基 本 原 理,金属的盐溶于水中时，以阳离子Mn+形式存在，当通过一个电压时，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，阳离子获得n个电子而还原成金属并在阴极析出，这就是电镀的基本原理。,电 镀 示 意 图,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,金 属 电 沉 积 的 基 本 历 程,液相传质 溶液中的反应粒子，如金属水化离子向电极 表面迁移； 前置转化 迁移到电极表面附近的反应粒子发生化学转 化反应，如金属水化离子水化程度降低和冲 排，金属络合离子配位数降低等； 电荷传递 反应粒子得电子、还原为吸附态金属原子； 电结晶 新生的吸附态金属原子沿电极表面扩散到适 当的位置（生长点）进入金属晶格生长，或 与其他的新生的原子聚集而形成晶格并长大， 从而形成晶体。,金 属 电 沉 积 的 两 种方 式,表面扩散与进入晶格： a：放电粒子直接在生长点放电而就地并入晶格（如图所示） ； b：放电粒子在电极表面任一位置放电，形成吸附原子，形成吸附原 子，然后 扩散到 生长点并进入晶格。,a,b,金 属 电 沉 积 的 两 种方 式,晶体的螺旋位错生长： 实际上晶体表面有很多的位错，位错密度可达到1010-1012个/cm2，晶面 上的吸附原子扩散到位错的台阶边缘时，可沿位错线生长。,几 个 基 本 的 电 镀 术 语,分散能力：在特定条件下，一定溶液使电极（通常是阴极）镀层分布比初次电流分布所获得的结果更为均匀的能力。亦称均镀能力。 覆盖能力：镀液在特定条件下凹槽或深孔处沉积金属的能力。亦称深镀能力。 整平能力：使镀层在基体表面更加光滑的能力 初次电流分布：在电极极化不存在时，电流在电极表面上的分布。 电流密度：单位面积电极上通过的电流强度，通常以 A/dm2 表示。 体积电流密度：单位体积溶液内通过的电流强度，通常以A/V表示。,投入 半蚀刻 自主检查 激光加工 自主检查 PTH通孔电镀 自主检查 镀金 部分冲切2 ,FPC 的 流 程,电 镀 铜 工 艺,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的金属-金属间键合,从而获得镀层间的良好结合力。,电 镀 铜 工 艺 的 功 能,电镀铜工艺 在化学沉铜层上或导电碳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。,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）镀层柔软性好，延伸率不低于10%，抗张强度30- 50Kg/mm2。,（1）有良好的分散能力和深镀能力，即使在很低的电流 密度下，也能得到均匀细致的镀层，以保证在印制 板的板厚孔径比较大时，仍能达Ts:Th接近1：1； （2）电流密度范围宽，如在赫尔槽2A下，全板镀层均匀 一致； （3）镀液稳定，便于维护，对杂质的容忍性高，对温度 的容忍性高； （4）镀液对覆铜箔板无伤害。,对 镀 铜 液 的 基 本 要 求,硫 酸 盐 酸 性 镀 铜 的 机 理,电极反应 标准电极电位 阴极： Cu2+ +2eCu 。 Cu2+ / Cu = +0.34V 副反应： Cu2+ + eCu 。 Cu2+ / Cu = +0.15V Cu+ + eCu 。 Cu+ / Cu = +0.51V 阳极： Cu -2e Cu2+ Cu - e Cu+ 2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ 2Cu2+ + H2O 2Cu+ + 2 H2O 2CuOH + 2H+ 2Cu+ Cu2+ + Cu,Cu2O + H2O,副反应,酸 性 镀 铜 液 各 成 分 及 特 性 简介,酸性镀铜液成分 控制范围 硫酸铜（CuSO4) 5570g/L 硫酸 (H2SO4) 80-220g/L 氯离子（Cl-) 4080ppm 添加剂 Ar:1.22.0mc Base:3570ml/L,目前 Sunit使用此控制范围,酸 性 鍍 銅 液 各 成 分 功 能, CuSO4 ：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。,酸性镀铜液中各成分含量对电镀效果的影响, CuSO4 ：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）,操 作 条 件 对 酸 性 镀 铜 效 果 的 影 响,空气搅拌管的一般设计理念,镀 铜 的 设 备 及 耗 材,镀铜的设备,中型PCB厂,SUNIT,镀铜的耗材 阳极袋及清洗方法： 1.用5%(m/m)的的NaOH, 浸泡4h； 2.排放碱液,清水冲洗； 3.用2%(v/v)的的硫酸 浸泡4h； 4.排放酸液,清水冲洗。,镀铜的耗材 钛篮及清洗方法： 1.用5%(m/m)的的NaOH, 浸泡4h； 2.排放碱液,清水冲洗； 3.用2%(v/v)的的硫酸 浸泡4h； 4.排放酸液,清水冲洗。,镀铜的耗材 磷铜球及清洗方法： 1.用2%(v/v)的的硫酸和 1%(v/v)的双氧水混合 溶液处理铜球表面； 2. 用清水冲洗干净，并放 入1%(v/v)的硫酸中储 存备用。,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,目前业界普遍采用小电流电镀维护，来控制槽液内无机杂质,为何不用电解铜或无氧铜作阳极?,铜粉多，阳极泥多； 镀层易产生毛刺和粗糙； 铜离子浓度逐渐升高，难以控制； 添加剂消耗量大； 阳极利用率低。,磷 銅 陽 极 的 特 点, 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)不会导致阳极纯化； 阳极膜会使微小晶粒从阳级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。, 圆形钛篮铜阳极表面积估算方法 dlf /2 =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,电 镀 铜 阳 极 表 面 积 估 算 方法,目前SUNIT使用铜球直径与此相近,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,各添加剂相互制约地起作用., 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,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； 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,cb,c,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,cb,cb,b,分散能力的计算方法: Throwing Power= *100%,电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power),2,1,5,6,4,3,“1、2、3、4、5、6”分别代表图中所示位置的PTH电镀铜(不包含基材铜)。,电 镀 铜 层 的 物 理 特 性, 延伸率 延伸率一般在10-20% 抗张强度 通常 3050kg/mm2,电 镀 铜 溶 液 的 控 制, 赫尔槽试验 (Hull Cell Test),阴极-,阳极+, 赫尔槽结构示意图,267ml容积 AB 53mm BC 105mm CD 133mm DA 70mm DE 81mm,A,B,C,D,E,F,以下尺寸包含赫尔槽的壁厚。,赫 尔 槽 试 验, 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,+,+,+,+,+,+,+,+,燒焦,凹坑,模糊,電流密度,高,低,圖7.2 霍爾槽的板件例子,赫 尔槽 试 验 的 功 能, 赫尔槽试验,电 流 密 度 尺,镀 层 的 测 试, 延展性（延伸率）, 用不锈钢片在镀槽或延展性测试槽镀上2mil 铜片.（最好使用 底片，做出测试片的形状）； 再以130oC把铜片烘2小时； 用延展性测试机进行测试。,镀层的测试, 热冲击测试（热油测试）,1.把串联好的实验板浸渍于2605 的热油中20S； 2.在空气中停留10S； 3.浸渍在25 的冷油中10S； 4.在空气中停留60 S； 5.以上为一个Cycle； 6.做到一定的Cycle做切片看孔铜是否有断裂。,镀 层 的 测 试, 热冲击测试（漂锡）, 以120oC烘板4小时； 把板浸入288oC铅锡炉10秒； 以切片方法检查有否铜断裂。,镀 层 的 测 试,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。（DUMMY PLATING).补充药品方法有 (1) 分析补充；(2)从量补充两种。,电 镀 铜 溶 液 的 维 护,电 镀 金 工 艺,金的特性 金,元素符号Au,原子量197,密度19.3克/立方厘米,Au+的电化当量2.0436mg/(A*S)，金有极好的延展性，一克重的纯金，可以拉成直径只有0.004毫米、长度为3.5公里的金丝。一盎司（一小两）黄金可作成面积300平方英尺的金泊，厚度只有0.0010.01mm； 金具有良好的导电性和良好的化学稳定性。 镍的特性 镍,元素符号Ni,原子量58,密度8.9克/立方厘米, Ni2+的电化当量0.304mg/(A*S)； 镍具有较好的硬度和延展性,镀 金 的 过 程,镀金过程： 化学吸附：Au（CN）2 - Au（CN）+CN- 电荷转移：Au（CN）+e- Au（CN）- 阴极结晶：Au（CN）- Au +CN- 。 Au+ / Au = +1.7V,镀 镍 的 机 理,NiSO4： NiSO4 Ni2+ +SO42- NiCl2： NiCl2 Ni2+ +Cl- Ni阳极： Ni Ni2+ +2e- 阴极结晶： Ni2+ +2e- Ni 。 Ni2+ / Ni = -0.246V,电 镀 金 工 艺 的 功 能,电镀金层的作用 以防止铜层氧化,增加线路板的寿命； 增加线路的硬度、耐磨性、导电性。 电镀镍层的作用 主要目的是阻止金与铜原子之间的相互扩散； 镍的硬度及延展性对FPCB也有不错的效果。,对 金 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 观的光亮镀层； （2）镀层要和底层金属有一定的结合力，3M胶带测试时， 无脱层现象 ，在后续的工程中，不会出现损金； （3）镀层导电性好； （4）镀层的疏孔性好。,镀 镍 的 操 作 条 件,闪 金 的 操 作 条 件,闪金中各成分含量对电镀效果的影响, 金属金：0.5g/L以下的场合，有密着不良的可能，色调变白； 1.5g/L以上的场合，带出量增大，色调变红； PH： 3.5以下的场合，电镀的镀着均匀性低下； 4.0以上的场合，有付着不良的可能； 比重： 10 Be以下的场合，有付着不良的可能； 15 Be以上的场合，有付着不良的可能； 温度： 45度以下的场合，电镀的镀着均匀性低下； 55度以上的场合，有付着不良的可能； 有机不纯物：付着不良及在加厚电镀时会电镀液的渗出。,软金的操作条件,软 金 的 操 作 条 件, 金属金：6g/L以下的场合，限界电流密度低下； 10g/L以上的场合，带出量增大； PH： 6.0以下的场合，容易引起金络合物的分解； 7.5以上的场合，有均一电着性恶化的可能； 比重： 14 Be以下的场合，析出效率低下，限界电流密度低下； 25 Be以上的场合，有均一电着性恶化的可能，降温 时会有盐析出； 温度： 50度以下的场合，析出外观带红色； 70度以上的场合，PH变动较大； 有机不纯物：析出效率减低，耐热性和可焊性下降。,软金中各成分含量对电镀效果的影响,硬金的操作条件,硬 金 的 操 作 条 件, 金属金：1.5g/L以下的场合，析出效率降低，色调微红； 4.0g/L以上的场合，带出量增大； 钴含量： 0.05g/L以下的场合光泽度不好； 0.25g/L以上的场合，色调呈红色 PH： 3.6以下的场合，析出效率降低； 4.2以上的场合，光泽性不好； 比重： 8Be以下的场合，析出效率降低，厚度不均增大； 15 Be以上的场合，槽液寿命缩短； 温度： 35度以下的场合，析出效率降低； 45度以上的场合，光泽性不好； 有机不纯物：析出效率和光泽度下降、色调不均、耐腐蚀性 下降。,硬金中各成分含量对电镀效果的影响,镀 金 的 设 备 及 耗 材,镀金前处理线,镀金线,镀金