PCB电镀铜培训教材

1、电镀铜培训教材1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。2电镀铜工艺的功能电镀铜工艺电镀铜工艺 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. 。 3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 4硫酸盐酸

2、性镀铜的机理电极反应电极反应 阴极： Cu2+ +2e-Cu 副反应 Cu2+ + e-Cu Cu+ + e-Cu 阳极： Cu -2e - Cu2+ Cu - e - Cu+2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ -2Cu2+ + H2O副反应 2Cu+ + 2 H2O -2CuOH + 2H+ Cu2O + H2O 2Cu+- - Cu2+ + Cu5酸性镀铜液各成分及特性简介酸性镀铜液成分酸性镀铜液成分 硫酸铜（CuSO4.5H2O) 硫酸 (H2SO4) 氯离子（Cl-） 电镀添加剂6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

3、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。7酸性镀铜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）8操作条件对酸性镀铜效果的影响

4、温度温度 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。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。9操作条件对酸性镀铜效果的影响电流密度电流密度 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10操作条件对酸性镀铜效果的影响空气搅拌 无油压缩空

5、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。过滤过滤 PP滤芯、15m过滤精度、流量26次循环/小时 阳极阳极 磷铜阳极、含磷0.04-0.065%11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

6、-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12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:Fdlf /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=1.213磷铜阳极材料要求规格主成份主成份 Cu : 99.9% min P : 0.04-0.065%杂质杂质 Fe :

7、0.003%max S : 0.003%max Pb : 0.002%max Sb : 0.002%max Ni : 0.002%max As : 0.001%max影响阳极溶解的因素影响阳极溶解的因素 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14添加剂对电镀铜工艺的影响载体载体 - - 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整平剂 - - 选择性地吸附到受镀表面抑制沉积速率光亮剂光亮剂 - - 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氯离子 -

8、 - 增强添加剂的吸附,各添加剂相互制约地起作用.15电镀层的光亮度 载体 (c) /光亮剂 (b)的机理bbbbbbbcbcbccccbcccbcccbcccbcccbcbcbb16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bbbbbbbcbcbccccbcccbcccbcccbcccbcbcbb电镀的整平性能光亮剂(b),载体(c),整平剂(l)的机理b c c c c c b c c c cccbccc cbbbc ccbccbb c b c b c b c b c bbcb

9、cbc bbbbc bcbcbcl b c c c b c c b l lccblll cbbbl ccbcbb光亮剂和载体光亮剂和载体光亮剂光亮剂/ /载体载体/ /整平剂的混合整平剂的混合过量光亮剂过量光亮剂17b c c c c c b c c c cccbccc cbbbc ccbccbb c b c b c b c b c bbcbcbc bbbbc bcbcbcl b c c c b c c b l lccblll cbbbl ccbcbb光光 亮亮 剂剂 和和 载载 体体光光 亮亮 剂剂/ /载载 体体/ /整整 平平 剂剂的的 混混 合合过过 量量 光光 亮亮 剂剂镀铜添加剂的

10、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18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 m19电镀铜板面镀层厚度分布评估方法20电镀铜板面镀层厚度分布评估方法xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-12122x/5x/24x/5x-12xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-12xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-12122x/5x/24x/5x-1221xy1 22

11、 55 0y / 4y / 25 y / 83 y / 4y - 5 0y - 2 5y - 1 21 22 x / 5x / 24 x / 5x - 1 2xy1 22 55 0y / 4y / 25 y / 83 y / 4y - 5 0y - 2 5y - 1 2xy1 22 55 0y / 4y / 25 y / 83 y / 4y - 5 0y - 2 5y - 1 21 22 x / 5x / 24 x / 5x - 1 2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价标准: 整缸板 CoV 12% 为合格.电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power)(Thr

12、owing Power)电镀铜溶液电镀铜溶液 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）搅拌搅拌: : 提高电流密度表面分布也受分散能力影响提高电流密度表面分布也受分散能力影响. .23电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power)(Throwing Power)24 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power)(Throwing Power)Throwing PowerThrowing Power25电镀铜溶液的控制分析项目分析项目 硫酸铜浓度 硫

13、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26电镀铜溶液的控制赫尔槽试验赫尔槽试验(Hull Cell Test)(Hull Cell Test)参数参数 电流: 2A 时间: 10分钟 搅拌: 空气搅拌 温度: 室温27电镀铜溶液的控制赫尔槽试验赫尔槽试验(Hull Cell Test)(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28赫尔槽试验 (Hull Cell Tes

14、t)(Hull Cell Test)29赫尔槽试验 (Hull Cell Test)(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30赫尔槽试验 (Hull Cell Test)(Hull Cell Test)31赫尔槽试验 (Hull Cell Test)(Hull Cell Test)赫尔槽试验赫尔槽试验(Hull Cell Test)(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

15、要请作调整. HULL CELL 图样如下页图32赫尔槽试验 (Hull Cell Test)(Hull Cell Test)33赫尔槽试验 (Hull Cell Test)(Hull Cell Test)赫尔槽试验赫尔槽试验(Hull Cell Test)(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34赫尔槽试验 (Hull Cell Test)(Hull Cell Test)35电镀液维护电镀液维护电镀液维护 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

16、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。36电镀槽液的维护37问题1. 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38问题2. 2. 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

17、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。39问题3. 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.检查硫酸浓度并调整至最佳值40问题4. 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

18、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。41问题5. 5. 镀铜层烧焦6 各添加剂含量已失去平衡 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2：18 槽液搅拌太弱加强搅拌42问题6. 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43问题7. 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