镀铜颗粒初探磷铜篇详尽专题培训课件

Contents

前言镀铜颗粒的重要影响因素—磷膜磷膜优劣的判定方法客户基础2023/11/2TheGlobalBenchmarkofquality

前言:

随着ＰＣＢ行业向柔性板，刚柔结合板，ＨＤＩ板，ＢＧＡ封装载板等高端线路板发展，其对生产厂家的加工工艺水平提出了更高的要求。细线路和小的线宽距对电镀的要求更加严格。原来在普通线路板上问题不是很严重的镀铜颗粒，现在变成了困扰良率的重要问题。是什么原因导致镀铜颗粒，通过哪些措施可以降低镀铜颗粒成为业界十分关注的技术问题。

2023/11/22镀铜颗粒外观2023/11/23

将镀铜颗粒做切片，在金相显微镜观察，可以看到1）凸起为实心型；2）凸起为包裹型；微蚀之后，可以看到中间的异物。本文主要针对实心型镀铜颗粒展开讨论。镀铜颗粒分类2023/11/24鍍铜颗粒理论基础2023/11/2TheGlobalBenchmarkofquality

铜阳极的溶解过程铜阳极的溶解主要是溶解成二价离子,但是也会生成很少量的一价离子。这种现象不仅在实践中的得以证实,而且Rashkov等用旋转环盘电极和恒电流法研究证实:铜在硫酸中的阳极溶解是按下述反应分步进行的:Cuo

-e-

→Cu+

快Cu+

-e-→Cu++慢（控制步骤）由此可见铜在阳极溶解过程中不可避免地伴随一价铜的生成、积累。

2023/11/26Charge-TransferReactionActivationEnergyPotentialEnergyCu2+Cu+Cu0AE1AE2<<Step2Step1RateDeterminingStepActivationEnergy2023/11/27一价铜离子进入溶液会对阴极镀层产生哪些不良后果呢?2023/11/28一价铜离子的危害①一价铜离子会造成镀层“毛刺”(铜粗)。这是由于一价铜离子(以硫酸亚铜形式存在)水解产生铜粉(Cu2O):Cu2SO4+H2O→Cu2O+H2SO4在电镀过程中,铜粉以电泳的方式沉积在阴极镀层上产生毛刺。在电流密度小、温度高的情况下,阴极电流效率会下降,氢离子的放电,使酸度下降,水解反应向生成铜粉的方向移动,毛刺的现象将会加重。2023/11/29H+SO4=Cu++Cu++Cu+Cu++Cl--Cu++Cu+Cu++Cu++Cl--SO4=Cu++Cu+Cu++H+H+SO4=H+Cl--H+毛刺的生成電流方向電子流方向陽極陰極CuOCuOCuOCuOCl--(氧化)(還原)2023/11/210一次電流分佈(Primarycurrentdistribution)電流分佈只受陰陽極的幾何形狀所影響+++++_____尖端效應：電流集中在板中凸出部份（高电流密度区）容易使铜颗粒增大。2023/11/211②一价铜离子会造成镀层不光亮、整平性差,镀液混浊。在一只铜粉较多的镀槽中即使加了不少光亮剂,低电流密度区也是很难光亮整平的。一价铜离子的危害2023/11/212镀铜颗粒的重要影响因素

—阳极磷膜2023/11/2TheGlobalBenchmarkofquality

磷铜阳极膜的作用当铜阳极中加入少量的磷,经电解处理表面产生了一层黑色的“磷膜”,阳极溶解过程就有了改变。2023/11/214这层“磷膜”对阳极过程反应Cu+

-e-→Cu++

慢（控制步骤）有显著的催化作用,即加快Cu+的氧化,使慢反应变成快反应,大大减少了Cu+的积累;同时,表面形成的“磷膜”也能阻止一价铜离子进入溶液,促使它进一步被氧化成Cu2+;“磷膜”还能抑制Cu+的继续产生。这样,就大大减少了进入溶液中的一价铜。磷铜阳极膜的作用2023/11/215阳极表面的“磷膜”会使小晶粒从阳极脱落的现象大大减少,阳极利用率显著提高。这层“磷膜”还在一定程度上阻止了铜阳极的过快溶解,这有利于控制溶液中铜离子的浓度不至于升高很快,使组分更趋稳定。磷铜阳极膜的作用2023/11/2161）含磷高的铜阳极磷膜厚,磷膜厚度又不均匀容易造成镀层针孔。磷膜太厚、电阻增加,要维持原来的电流,就要升高槽电压。本来硫酸盐光亮镀铜的效率就不是100%,在槽电压升高的情况下,有利于H+的放电,氢离子放电后,氢不能很快脱离阴极,就容易造成针孔。当光亮剂中有比较多的表面活性剂,降低了溶解的表面涨力,从而使沉积出的氢不容易滞留在阴极表面。当光亮剂中表面活性剂的量不够多或者降低溶液表面张力的润湿作用不够强,这就比较容易“让”氢滞留在阴极表面造成针孔。

2）含磷量高、磷膜厚、分布又不均匀还容易造成低电流密度区“不光亮”、“细麻砂”状。磷铜阳极膜过厚2023/11/217磷铜阳极膜过薄含磷低的铜阳极磷膜过薄,磷膜厚度厚度不够，附着力变差，容易脱落，无法有效对一价铜离子构成很好的催化作用，容易生成电镀颗粒和毛刺。2023/11/218磷膜优劣的判定方法2023/11/2TheGlobalBenchmarkofquality

因为磷仅存在于晶界周围,所以精细晶粒的阳极产生均匀的阳极膜,减少粗糙(左图为UC铜球,右图为国内产铜球)什么决定了磷膜的生成？2023/11/220磷膜优劣的判定方法黑膜形成－在哈林槽中电镀30分钟后，取出铜球观察铜球表面的黑膜形成情况。镀液成分及组成如下：硫酸(g/l)185五水硫酸铜(g/l)75氯离子(ppm)60光亮剂(％)0.15填平剂(％)0.2温度（oC）20电流密度(ASD)1.52023/11/221磷膜优劣的判定方法台湾品牌优耐品牌美国品牌大陆品牌2023/11/222

铜球表面被水冲洗下来的阳极泥磷膜附着力的判定方法台湾品牌大陆品牌2023/11/223

铜球表面被水冲洗下来的阳极泥磷膜附着力的判定方法美国品牌优耐品牌2023/11/224自然脱落在哈林槽中的阳极泥

阳极泥产率台湾品牌美国品牌2023/11/225

自然脱落在哈林槽中的阳极泥

阳极泥产率大陆品牌优耐品牌2023/11/226阳极泥产率品牌台湾品牌优耐品牌美国品牌大陆品牌原始铜球重量/g1283130413681448电解后剩余铜球重量/g1152118312611334被电解掉的铜球质量/g131121106114阳极泥的重量/g0.420.150.210.16阳极泥的产率/%0.320.120.200.142023/11/227客户基础2023/11/2TheGlobal