2021推荐电镀在FPC中的应用课件

1、电电 镀镀 示示 意意 图图电镀液组成(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

2、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：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。 ab金 属 电 沉 积 的 两 种方 式 晶体的螺旋位错生长：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。 oAB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

3、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2FPC FPC 的的 流流 程程电电 镀镀 铜铜 工工 艺艺n铜的特性铜的特性 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.

4、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。电电 镀镀 铜铜 工工 艺艺 的的 功功 能能n电镀铜工艺电镀铜工艺 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。对对 铜铜 镀镀 层层 的的 基基 本本 要要 求求（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

5、）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。对对 镀镀 铜铜 液液 的的 基基 本本 要要 求求硫硫 酸酸 盐盐 酸酸 性性 镀镀 铜铜 的的 机机 理理电极反应电极反应标准电极电位标准电极电位阴极： Cu2+ +2eCu 。 Cu2+ / Cu =

6、+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副反应酸酸 性性 镀镀 铜铜 液液 各各 成成 分分 及及 特特 性性 简介简介酸性镀铜液成分酸性镀铜液成分 控制范围控制范围 硫酸铜（CuSO4) 5570g/L 硫酸 (H2SO4) 80-220g/L 氯离子（Cl-) 4080ppm

7、 添加剂 Ar:1.22.0mc Base:3570ml/L 目前 Sunit使用此控制范围酸酸 性性 鍍鍍 銅銅 液液 各各 成成 分分 功功 能能 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。

8、 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）操操 作作 条条 件件 对对 酸酸 性性 镀镀 铜铜 效效 果果 的的 影影 响响温度温度 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。电流密度

9、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。空气搅拌管的空气搅拌管的一般设计理念一般设计理念 空气搅拌 无油压缩空气流量0.3-0.8m3 / min.m2 打气管距槽底38cm，气孔直径2 mm孔间距80130 mm。 孔中心线与垂直方向成45o角。过滤过滤PP滤芯、510m过滤精度、流量25次循环/小时 。阳极阳极磷铜阳极、含磷0.04-0.065%。镀镀 铜铜 的的 设设 备备 及及 耗耗 材材n镀铜的设备中型PCB厂SUNITn镀铜的耗材阳极袋阳极袋及清洗方法： 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

10、)的的硫酸 浸泡4h； 4.排放酸液,清水冲洗。 n镀铜的耗材钛篮钛篮及清洗方法： 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。 n镀铜的耗材磷铜球磷铜球及清洗方法： 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。 磷磷 铜铜 阳阳 极极 材材 料料 要要 求求 规规 格格 主成份主成份 Cu : 99.9% min P : 0.04-0.065% 杂质杂质 Fe : 0.003%max S : 0.0

11、03%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?n 铜粉多，阳极泥多；n 镀层易产生毛刺和粗糙；n 铜离子浓度逐渐升高，难以控制；n 添加剂消耗量大；n 阳极利用率低。 磷磷 銅銅 陽陽 极极 的的 特特 点点 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

12、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 /2F=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电电 镀镀 铜铜 阳阳

13、 极极 表表 面面 积积 估估 算算 方法方法目前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 抑制沉积速率各添加剂相互制约地起作用. 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 -增强添加剂的吸附电镀层的光亮度电镀层的光亮度 载体 (c) /光亮剂 (b)的机理n 载体(c)快速地吸附到所有受镀表面并均一地抑制电沉积；n 光亮剂(b)吸附于低电流密度区并提高沉积

14、速率；n 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。bbbbbbbcbcbccccbcccbcccbcccbcccbcbcb b分散能力的计算方法分散能力的计算方法: Throwing Power= *100%电镀铜溶液的分散能力电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power)1+2+5+62 *(3+4)215643“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)。电电 镀镀 铜铜 层层 的的 物物 理理 特特 性性 延伸率延伸率 延伸率一般在10-20% 抗张强度抗张强度 通常 3050kg/mm2电电 镀镀 铜铜 溶溶 液液 的的 控控

15、制制 赫尔槽试验赫尔槽试验 (Hull Cell Test)阴极阴极-阳极阳极+ 赫尔槽结构示意图赫尔槽结构示意图267ml容积AB 53mm BC 105mmCD 133mmDA70mmDE81mmABCDEF以下尺寸包含赫尔槽的壁厚。赫赫 尔尔 槽槽 试试 验验 赫尔槽试验赫尔槽试验(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+燒焦凹坑模糊電流密度高低圖7.2 霍爾槽的板件例子赫赫 尔槽尔槽 试试 验验 的的 功功 能能 赫尔槽试验赫尔槽试验 高电流部有凹坑，润湿剂(表面活性剂)不足； 低电流部模糊，光泽不足； 高电流部烧焦的宽度

16、较大，金属成分下降。电 流 密 度 尺镀镀 层层 的的 测测 试试 延展性（延展性（延伸率）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。镀层的测试镀层的测试 热冲击测试（热油测试热冲击测试（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。镀镀 层层 的的 测测 试试 热冲击测试（漂锡热冲击测试（漂锡）

17、 ） 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。镀镀 层层 的的 测测 试试 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。电电 镀镀 铜铜 溶溶 液液 的的 维维 护护电电 镀镀 金金 工工 艺艺n金的特性金的特性 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

18、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。n镍的特性镍的特性 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 镀镀 金金 的的 过过 程程n镀金过程：镀金过程： 化学吸附：化学吸附：AuAu（CNCN）2 2 - - AuAu（CNCN）+CN+CN- - 电荷转移：电荷转移：AuAu（CNCN）+e+e- - Au

19、Au（CNCN）- - 阴极结晶：阴极结晶：AuAu（CNCN）- - Au +CNAu +CN- - 。 Au+ / Au = +1.7V镀镀 镍镍 的的 机机 理理 NiSONiSO4 4： NiSONiSO4 4 NiNi2+2+ +SO+SO4 42-2- NiClNiCl2 2： NiClNiCl2 2 NiNi2+2+ +Cl+Cl- - Ni Ni阳极：阳极： Ni NiNi Ni2+2+ +2e+2e- - 阴极结晶：阴极结晶： NiNi2+2+ +2e+2e- - Ni Ni 。 Ni2+ / Ni = -0.246V电电 镀镀 金金 工工 艺艺 的的 功功 能能n电镀金层的

20、作用电镀金层的作用 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。n电镀镍层的作用电镀镍层的作用 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。对对 金金 层层 的的 基基 本本 要要 求求（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NiSO4(g/L)250-300NiCl2(g/L)40-60硼酸(g/L)40-50温度( )45-55PH

21、3.8-4.6光泽剂（ml/L）10-15闪 金 的 操 作 条 件金属金(g/L)0.5-1.5温度( )45-55PH3.5-4.0比重( Be)10-15电流密度(A/dm2)3-6时间(S)10-20闪金中各成分含量对电镀效果的影响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

22、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。软金的操作条件金属金(g/L)6-10温度( )50-70PH6.0-7.5比重( Be)14-25电流密度(A/dm2)0.2-1.0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

23、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软金中各成分含量对电镀效果的影响硬金的操作条件金属金(g/L)1.5-4.0钴含量(g/L)0.050.25温度( )35-45PH3.6-4.2比重( Be)8-15电流密度(A/dm2)0.2-1.0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

24、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硬金中各成分含量对电镀效果的影响镀镀 金金 的的 设设 备备 及及 耗耗 材材镀金前处理线镀金线n镀金的设备镀镀 金金 的的 设设 备备 及及 耗耗 材材n镀金的设备金回收槽n镀金的耗材阳极阳极及清洗方法： 1.将的阳极放入已经配好的30-40%的硝酸aq中； 2.浸泡1-2h，并用抹布轻轻擦洗； 3.将用硝酸清洗好的

25、阳极先用自来水冲洗残留的硝酸； 4.再用纯水清洗干净，待用；镀镀 层层 的的 测测 试试 疏孔度测试：（耐硝酸蒸汽测试疏孔度测试：（耐硝酸蒸汽测试） ） 1.取HNO370 1%约300ml缓慢加入400ml的烧杯中； 2.将烧杯放入玻璃干燥器（300 5min）使干燥器内充满HNO3蒸 汽， 并保持温度在23 2 ，湿度湿度10%RH以下； 3.把样品整齐叠放于烧杯口（每次不超过3pcs）持续75 10min ； 4.取出样品，立即放入125 5 烘箱内烘烤10-15min ； 5.取出样品置于另一干燥器内冷却至室温，并在1h内做疏孔度评估 。 评估方法：评估方法： 1.圆形PAD内环半径（R）20mil不列入计算范围之内； 2. 方形PAD的上下方 20mil不列入计算范围之内； 3.被硝酸攻击后的铜层是青色,镍层是绿色。镀镀 层层 的的 测测 试试 3 3M M胶带测试胶带测试 1.把被测试的样品固定好； 2. 在要测试的地方贴上测试用的3M胶带，并把胶带贴牢固； 3. 撕开胶带，看胶带上是否粘有金。 镀镀 层层 的的 测测 试试 硬度测试硬度测试 1.取测试之样