PTH化铜原理及现场管控课件

PTH化銅原理及現場管控PTH化銅原理及現場管控1一.前言

PTH全名為PLATEDTHROUGHHOLE，為鍍通孔之意.在一般傳統的印刷電路板制作過程當中,板材在鑽孔制程后,及電鍍作業之前,必須經過鍍通孔的處理.其目的是在板材的孔壁以及銅面上能夠生成极薄的導電銅層,以使得電路板的電氣性質得以互聯與導通.而讓後製程的板子不致發生OPEN的現象.而在貫孔制程當中,板材在經過除膠,整孔,微蝕,酸洗,預浸,活化與速化等前處理步驟之后,再利用無電解銅的處理方法,在金屬與非金屬的表面部分,沉積生成均勻細致的導電鍍層.無電鍍銅是利用氧化還原的方式,不須施加外在電流,即可使金屬沉積在被鍍物質的表面上.由於其為一種催化反應,一旦開始發生即可繼續不斷地進行下去,直到反應物質全部被耗盡為止一.前言PTH全名為PLATEDTHROUGH2二.流程表整孔水洗微蝕水洗預浸活化水洗速化水洗化學銅水洗二.流程表整孔水洗微蝕水洗預浸活化水洗速化水洗化學銅3清潔整孔目的:清潔整孔劑是一微鹼性的化學品,它主要含有陽離子界面活性劑,使得原本帶負電性的孔壁能形成帶正電性,以利於活化劑鈀的附著;另一方面,使槽浴的表面張力降低,原本不具親水性的板面及孔壁也能夠具有親水濕潤的效果,以利於後續的藥水更能發揮最好的效果.方法:利用可溶於微鹼性溶液之特殊表面潤濕劑(親水端帶正電，疏水端帶負電),在清除孔壁上油污的同時,將孔璧之電性變更為正電性.清潔整孔4陽離子型界面活性劑例子CH3CH2….CH2CH2N+CH3CH3CH3Cl-溶於水水CH3CH2….CH2CH2N+CH3CH3CH3Cl-水水水水水水水水水水水水水水水水烷基三甲基氯化銨陽離子型界面活性劑例子CH3CH2….CH2CH2N+C5汙垢清潔整孔劑+板面+清潔整孔劑清潔整孔劑汙垢汙垢親水基疏水基清潔整孔作用機構板面板面汙垢清+板面+清潔整孔劑清潔整孔劑汙垢汙垢親疏清潔整孔作用機6清潔整孔槽體管控操作條件：1.溫度:45℃~55℃2.時間:5~6分鐘3.攪拌:過濾攪拌及機械攪拌4.震蘯器:需要注意事項：1.連續的過濾能減少槽低的於淤泥,提高清潔整孔的效果﹒2.玻纖處背光不良可適量加入整孔劑3.建浴或補加液位必須用純水﹐因水中的雜質會同OH－反映應形成不溶的膠體,一但沈落在孔壁上將會造成孔破清潔整孔槽體管控操作條件：1.溫度7酸浸目的:酸浸一方面能去除板面的氧化物外,另一方面將殘留於的 孔壁上的銅鹽能徹底的清除控制條件:1.溫度:室溫2.時間:1~2分鐘 3.濃度:2%~5%

酸浸8微蝕槽目的:微蝕劑是一種能將銅表面粗化的藥液,一方面能將板子銅面上的氧化物、雜物及整孔劑一起咬掉,使在金屬化的過程中,讓鈀膠體及化學銅能儘量鍍在孔內;另一方面是使板面粗化,讓化學銅在粗化的板面上有更好的附著力1.當天車故障或其他原因停機時﹐不可有板停留在微蝕槽中﹒2.嚴格控制槽液的濃度、溫度和作用時間﹐蝕銅量太低將造成鍍銅層附著力不良﹐蝕銅量太高將造成內層銅的縮退,嚴重時會造成孔破﹒注意事項：微蝕槽注意事項：9PTH原理流程表鑽孔後

------整孔後++++++++++++++++++++++微蝕後++++++PTH原理流程表鑽孔後-10預浸槽目的:預浸劑主要功用在保護活化劑鈀槽避免帶入太多的水份及雜質,並提供活化劑所需要的氯離子及酸度,而做為犧牲溶液,維持鈀槽濃度的穩定控制條件:1.溫度:室溫2.時間:1~2分鐘

預浸槽11活化槽目的:活化劑是一種帶有高電荷密度的鈀膠體,它能提供孔內所需的鈀觸媒,而能與化學銅有良好且細緻的結合狀況

基本反應原理:Pd2++Sn2+→Pd0+Sn4+存在方程式:PdCl2+SnCl2→PdSnCl4(中間態)Pd7SnCl16→Pd6Cl12+SnCl2+PdCl2PdSnCl4+6PdCl2→Pd7SnCl16控制條件:

1.溫度:30~34℃2.時間:5~78分鐘3.濃度:SP.GR:1.13~1.17 鈀100-150ppm

SnCl2:3-12g/l

4.換槽頻率:銅離子濃度＞1500ppm或半年

5.分析頻率:每日二次 活化槽12鈀膠體之結構示意圖：Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-鈀膠體之結構以下列之比例組成Pd2+：Sn2+：Cl-=1：6：12較為安定

鈀膠體之架構示意圖：PdSnClSnSnSnSnClClClPdSnSnSnSnSn

當孔壁吸附了負離子團，即中和形成中和電性

鈀膠體之結構示意圖：Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-C13孔璧吸附鈀膠體之過程Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-孔璧吸附鈀膠體之過程Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-C14*鈀槽必須避免帶入太多的水份,以防止鈀的沉澱反應式如下:PdPdPd+SnCl2PdH2OSnO2注意事項：

1.不可使用空氣攪拌

2.不可用純水補加液位﹐當液位偏低時,用預浸槽液補充.3.當活化槽中氯化物N值低時,應從預浸槽補加,活化槽不作氯化物的補加4.活化濃度太低或溫度太低或處理時間太短可能造成鈀層太鬆散、太薄而造成背光不良.

*鈀槽必須避免帶入太多的水份,以防止鈀的沉澱反應式如下15速化槽

目的:剝掉鈀膠體的外殼﹐露出膠體中心的鈀核﹒而使孔壁上的鈀具有催化作用,能夠推動化銅槽的反應﹒

反應式：

PdSnCl4+4HBF4→Pd+4HCl+Sn(BF4)4速化槽16Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-Cl-活化製程鈀膠體落在底材上PdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH速化製程則將鈀膠體之外殼剝掉，露出金屬鈀核.並出現氫氣的包圍速化過程Cl-Sn2+Cl-PdSn2+Cl-Cl-Sn2+Cl-C17化學銅槽目的:在孔壁吸附之鈀上沉積銅，而得到孔內金屬化效果，使不導電之基材形成導電層，以利後續電鍍銅。基本反應原理

鈀催化1.HCHO+OH-→H2↑+HCOO-

(在金屬鈀的催化及鹼性條件下,甲醛會解離(氧化)而產生還原性的氫.)Cu2++H2+2OH-

→Cu+2H2O(此銅離子在鈀層上析出及著陸)3.鍍出的化學銅層又可作為自我催化的基地,使Cu2+在基地上繼續被還原成金屬銅4.化銅反應的機理：

OOO∥│∥H─C─H+OH-→﹝H─C─H﹞-→H─C─OH+H-

♁│

OH

Cu2++2H-

→Cu↓化學銅槽目的:在孔壁吸附之鈀上沉積銅，而得到孔內金屬18化學銅過程銅離子在鈀層上析出及著陸之示意圖：PdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdPdHCHO+OH-↓H2C(OH)O-↓﹝HC(OH)O-﹞+H﹝HC(OH)O-﹞+OH-↑HCOO-+H2OH-(e-)Cu2++2H-Cu化學銅過程銅離子在鈀層上析出及著陸之示意圖：PdPdPdPd19化學銅銅槽管控規則1.穩定的空氧攪拌空氧可算是另一種化學銅液的安定劑,因可以減少槽液當中Cu2+的含量,同時能降低鍍層的粗糙度,以及在槽壁上的沈積,也能減少化學藥品的耗損情形.同時空氣攪拌對槽液操作的質傳效果亦有所助益,且使得孔壁表面的沈積鍍層更加細緻.2.連續不斷的進行過濾利用濾袋來對槽液進行連續不斷的過濾處理,以聚丙烯塑膠制成的濾袋,其濾網的孔徑大約是以10—15um最佳.3.經常定期清洗銅槽無電解銅的槽液在經過一段時間的操作與置放之后,槽內壁面上通常會有金屬的顆粒沈積出來,此種情形無論使用任何過濾系統,均無法將其清除乾淨.此時必須先將槽液抽出,然後再進行清除銅渣的工作.常見蝕銅液以過硫酸銨的效果最佳.4.經常定期的清洗挂架5.槽液的配制必須使用去離子水配製槽液所用的水質當中,若含有微量的雜質,會使得沈積鍍層生出許多問題,以Ca,Mg,Fe與可溶性的有機雜物為最嚴重.為了避免此種雜技的滲入,最好使用純凈的去離子水進行配槽.6.必須用試藥劑的NaOH與HCHO使用較差的工業級原料,因其中含有各種雜質,將會使得槽液操作無法順利進行,進而影響鍍層的品質.化學銅銅槽管控規則1.穩定的空氧攪拌空氧可算是另一種化學銅液20化銅藥水管控化銅藥水管控21Stationmonitor1.沉銅速率(重量法)1.1用樹脂膠板5*5cm1.2放入焗爐內100-120℃焗1-2小時

1.3然後放入防潮瓶1-2小時