Copperplating技术资料.doc

电镀铜 （层间互接）I镀铜层要求：良好的导电性和机械特性，能和其他金属层有良好的键合作用（如Ni,Pd etc）1.1 铜层要求：（1） 要有良好的导电性纯度 99.9%，其他金属元素和有机杂质不得过0.01%，少用添加剂和不纯阳极。亚光镀铜层比较好。（2） 优良的延伸率和抗张强度金属的韧性（Tou）是由金属的相对拉伸率和抗张强度之积来表达的Tou = 式中 相对伸长率 = (L1-L0)/ L0 x 100%L1为拉力作用下断裂时的长度一般相对伸长率为8%-12% 抗张强度该金属单位面积上受的拉力大小（3） 铜层厚度工业： 20um ( 0.8mil ) , 单点 18um军标： 25um （1.0mil）铜的连接伸长率化学镀铜层相对伸长率一般为8%，处理后可达12%电镀铜层大多为12%。甚至超过20%，抗张强度20-50kg/mm2之间铜的CTE：17PPM树脂的CTE：是铜的520倍，特别是过Tg之后，成倍增长，会拉断孔内的铜层（孔内镀铜受到热风焊料整平（HASL， 一般为232摄氏度），焊接（峰波，热风焊或红外焊240270度）镀铜槽液的选择（1） 高分散能力硫酸盐，焦磷酸盐及氟硼酸对PCB基材，抗蚀膜剂，环境有腐蚀性和污染性分散能力好抗污性差，稳定性差（2） 抗污性（3） 稳定性（4） 操作保护常见酸铜镀液低酸类高酸类高分散能力要求：高酸低铜高韧性： 低铜高酸或中等，偏低电流实现活化镀液 波浪板磷阳极长黑膜电镀铜机理：（1） 电极反应：酸性硫酸铜镀液在直流作用下，在阴，阳极上将反应Cu2+/Cu0 = + 0.34V Cu+/Cu0 = +0.51V，所以在阳极上的反应为：Cu0 2e Cu2+在少数情况下，铜阳极也可能产生如下溶解反应：Cu0 e Cu+镀液中有足够的H2SO4,O2 , Cu+ Cu2+2 Cu+ + 1/2O2 + 2H+ 2 Cu2+ + H2O酸度不足时，2 Cu+ + 2H2O 2 Cu(OH) + 2H+Cu2O + H2O（2） 深孔电镀：JL2E = 2KDJ为阴极电流密度；L为板厚；K为电导率；D为孔径镀铜中成分作用（1） 硫酸铜，主盐提铜铜浓度，可以提高阴极电流密度的上限值，从而提高阴极电流效率，沉积效率。但是：1）.过高的CU2+含量会降低镀液的分散能力（深镀能力），从而使T.P.降低；2）同时，沉积速率过大，使铜层结晶粗大，降低抗张能力，造成延伸率下降。（2） 硫酸（作用：导电）防止铜盐水解，并使镀层结晶细致提高硫酸的含量：可以提高镀液的分散能力和深孔电镀能力硫酸浓度低，镀液分散能力低。（3） Cl-在不含光剂的普通酸性镀铜液中阴极电位只有0.30.4V，而高分散能力的酸性镀铜液中由于添加剂（光亮剂）的表面吸附作用使阴极极化作用明显加强，提高了阴极电解电位到0.60.9V。由于阴极电位提高，使阳极溶解速度加快。（4） 添加剂。在酸性硫酸铜镀液中，没有添加剂的加入是不能镀出令人满意的镀铜层来的。光亮剂，整平剂，润湿剂，分散剂等光亮剂：含S的烷基或苯基磺酸盐基整平剂：含N和S的杂环化合物，整平剂能强烈地被吸附在阴极表面，尤其在微观凹出部位，从而对电沉积起到抑制作用，达到使镀层整平的效果。润湿剂一般为非离子型表面活性剂，如：OP乳化剂或聚乙二醇之类，它能降低溶液的表面张力，起到良好的润湿作用，某些润湿剂也是光亮和整平剂的分散剂；有时也加入扩散剂NNO之类，增加光亮剂在水中的分散作用。工艺参数的影响：1温度：提高温度，可能提高允许的电流密度（即提高溶液的导电率），加快电极处反应速度。温度过高，加速添加剂的分解，添加剂消耗增加，同时会使镀层结晶粗糙，脆性增加，延伸率下降。温度下降时，添加剂消耗量可下降，但添加剂在镀液的作用将减弱，甚至消失，因而会出现高电流区烧焦现象，所以温度在镀液中的主要作用是通过添加剂来影响电流密度（电极电位）或沉积速度等来影响镀层质量的因而添加剂影响是在一定的温度范围内的。2电流密度：大小与镀液组成，添加剂，温度和搅拌有关，条件确定，电流密度的范围也就相应确定了.磷阳极如果采用普遍电解铜作阳极，电解过程会使阳极极快溶解，导致阳极板呈蜂窝状。产生大量铜粉（颗粒）进入镀液中，会影响镀铜质量。而采用含磷（0.30.6%）的铜阳极，在电解过程中随着铜的溶解，会在阳极表面形成一层黑色的磷化铜膜（Cu3P，又称阳极膜）。这种Cu3P阳极膜具有导电性和多孔性。形成致密的保护层，防止了铜粉粒子的形成，但是只有硫酸的酸性镀铜液中不能使含磷的铜阳极进行正常的溶解，电解时很快发生阳极钝化。如果在镀液中加入活性强的Cl-（HCl，NaCl，KCl etc），在电场作用下，负电性的Cl-绝大部分集聚在阳极表面，则电解时铜阳极的溶解按下面反应进行：Cu -e Cu + 快速反应Cu + -e Cu 2+ 慢速反应由于Cl-存在，阳极溶解的Cu +，几乎和Cl-化合物形成氯化亚铜（CuCl），并呈胶体态吸附在阳极表面上，从而使阳极极化电位升高。在电场作用下，一价的铜离子放电形成二价的铜离子，并和SO42-化合进入镀液中，解离出来的氯离子又重新与新生的Cu +化合，所以，在酸性电解铜中的电解过程中氯离子起着Cl- Cu 2+的媒介作用或调节和控制作用。它对快速反应的 Cu -e Cu + 起抑制作用，因为形成的胶状CuCl吸附在阳极表面，阻止了铜进一步氧化。而对Cu + -e Cu 2+ 起着促进作用，因为在CuCl胶体中，氯离子的负电荷朝向阳极表面的，而Cu +是处在CuCl胶体的外表面，即朝向镀液中，这样在电场作用（失去电子）下，Cu + -e Cu 2+ 便更易与SO42-化合而游离于镀液中。如果Cl-太少了，含磷铜阳极在电解过程中由于缺少Cl-与Cu + 化合形成CuCl胶体吸附在阳极表面，因而不能正常进行溶解，会导致电镀铜层表面产生不平而灰暗，而在高电流密度区甚至出现毛刺，阶梯状和针孔，但是镀液中Cl-也不能太高，由于Cl-活性高，在电场作用下，Cl-会促进铜阳极溶解，并形成大量的而很厚的CuCl胶体。在电场作用下，一价铜离子来不及转化为二价铜离子，这些过量的CuCl胶体便会脱离铜阳极而进入镀液中，形成一价的铜离子，当镀液中存在过量的一价铜离子时，便会自身歧化，并形成铜粉：2 Cu + Cu 2+ + Cu由于此反应产生的铜颗粒极小，原子态或原子结合晶体，不会在镀液中形成沉淀，同时过滤很难除去，但是在电场作用下，它会沉积在阴极的镀铜层中，它与在阴极上由二价铜离子形成的铜相比，其结晶尺寸大得多，而且是无规则地夹杂在镀铜层中或表面上，从面使镀铜层粗糙，甚至使镀层呈“铜粉”状。一般酸性镀铜 Cl- = 40120mg/L，以4060mg/L最佳。氯离子添加含量主要来自清洗水，添加水（如