电路板电镀工艺技术

1PCB电镀工艺rhlee2谁的问题最难？机械问题：易找难修电镀问题：难找难修电气问题：难找易修Whytraining?3课程目标了解电镀在印制板行业中的应用；掌握镀铜药水的管控知识；熟悉生产线保养和维护的基本内容；掌握镀层品质的评价方法。4课程内容第一部分：电镀及化学镀简介；第二部分：印制板镀铜介绍；第三部分：电镀药水管理；第四部分：生产线保养及维护；第五部分：电镀效果评价；第六部分：镀层物理性能评估；第七部分：电镀创新及技术展望。5第一部分：电镀简介采用电解方法沉积形成镀层的过程印制线路板加工的核心技术之一各种技术相互渗透的边缘科学电镀三大要素：设备、药水、工艺三大主题：均匀性、深镀能力、电镀效率6电镀关系图设备工艺药水电镀效率深镀能力均匀性优异电镀效果7印制板电镀分类电镀溶液：镀铜、镀（铅）锡、镀镍、镀金等电镀方法：有外加电流（镀铜）、无外加电流（化学镀）、表面转化（沉锡）电镀电源：直流电镀、脉冲电镀电镀方式：垂直电镀、水平电镀电镀阳极：可溶性阳极、不溶性阳极8化学镀(Electroless)•利用还原剂使金属离子在被镀表面上自催化还原沉积出金属层；•还原剂种类：次磷酸盐和醛类•沉积时不需外加电源；•镀层分布均匀、结构和性能优良；•印制板主要化学镀：化学沉铜、化学沉镍等9化学沉铜(ElectrolessCopper)化学沉铜：完成金属铜的沉积，实现孔的导通(金属化)，是印制板的重要加工流程。简单反应原理：在Pd的催化作用下发生反应：Cu2++HCHO+3OH–→Cu0+HCOO–+2H2O完成化学沉铜后孔壁及表面如下图所示：10第二部分：印制板镀铜介绍在板件表面和孔壁上镀铜，满足客户要求深孔电镀是印制线路板的关键所在镀铜分类：全板电镀和图形电镀Layer1Layer6Layer2Layer3Layer4Layer5CopperDryFilmcopperTinDryFilm11电镀理论依据•法拉第定律：Q＝n*z*F＝D*S*t*η•Q——通电量(C)•n——沉积出金属物质的量(mol)•z——被还原金属离子价态•F——法拉第常数(F=96485)•D——电流密度（ASD或ASF）•S——电镀面积(dm2或in2):元件面、焊锡面•t——电镀时间(Min)•η——电流效率(%)12电镀铜基本原理电镀液组成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加剂)+整流器-离子交换ne-ne-电镀上铜阴极(板件)阳极CuCu2++2e-Cu2++2e-Cu13可溶性阳极不足之处阴阳极面积要求比例1：1-1：2！阳极面积不足（＜阴极）：电流密度过大，电镀效率下降容易产生铜粉、高电流区烧焦严重时出现铜球钝化或不溶解阳极面积太大（＞2倍阴极）：影响电流一次分布容易出现镀液铜离子浓度上升镀层质量较差，影响分散能力14二种阳极类型的电流分布图15可溶性阳极与不溶性阳极比较不溶性阳极可溶性阳极阳极反应2H20→O2+4H++4e-Cu→Cu2+2e-阳极材料处理过钛网含磷铜球电镀方式水平或垂直垂直阴极电流密度1.5-8.0ASD0.5-2.5ASD镀层均匀性好较差制作成本高低16电镀设备介绍较先进设备：PAL（亚洲电镀）:垂直连续电镀AEL（亚硕科技）:垂直连续电镀ATO（安美特）:水平脉冲电镀传统设备：PENC（电镀工程及化工原料有限公司）Protek（保德公司）PAT（亿鸿-俊杰）17电镀药水介绍ATOTECH（安美特化学公司）•TP光剂：CupracidTPBrightener/Leveller•U+光剂：CupracidUniversalPlus•脉冲光剂：CuprapulseS3/S4inpulse/H6ROHMANDHASS（罗门哈斯化学公司）•125光剂：CopperGleam125T-AB(CH)•PCM光剂：CopperGleamPCMPlusAdditive•EP-1000光剂：Electroposit1000acidCopper18第三部分：电镀药水管理化学成份控制：自动添加、分析补加镀液净化处理：•有形杂质：棉芯过滤、洗缸•无机杂质：不同电流密度拖缸•有机杂质：碳芯过滤、碳处理碳处理前后棉芯过滤19电镀液分析方法无机化学成份分析:Cu2+、H2SO4、Cl-镀液专业分析方法:•赫氏槽分析•哈林槽试验•CVS添加剂分析定期测量镀液TOC值，确认污染程度。20一、赫氏槽片分析研究镀液主要组份和添加剂的影响可显示不同电流密度下的镀层质量快速分析镀液产生故障的原因赫氏槽片赫氏槽21二、哈林槽试验模拟生产线实际镀液工作状态实验室评估镀液深镀能力的最佳方法用于关键工艺参数的筛选试验试验样板哈林槽试验22三、CVS-循环伏安剥离法CVS(CyclicVoltammetricStripping)采用电化学分析手段对镀液进行管理定量测定有机添加剂浓度监控电镀溶液污染的程度为研究、优化新的电镀技术提供条件CVS机工作曲线23第四部分：生产线保养和维护保养是电镀线稳定的前提，需要做细做足！设备保养：机器检修、故障排除等阳极保养：添加铜球、调整位置等药水保养：更换药水、净化镀液等清洁保养：缸体冲刷、导电部件清洗等拖缸处理：铜球形成阳极膜，除金属杂质24保养过程（1）清洁飞巴保养阳极25保养过程（2）擦亮V座清洁水缸26保养过程（3）27第五部分：电镀效果评价孔铜和面铜厚度满足客户要求不出现夹膜（图形电镀）、孔径超差等不出现烧焦、镀层不良、颜色不良等缺陷镀铜质量三保证:•电镀均匀性•深镀能力•电镀效率28一、电镀均匀性一次电流分布：主要取决于镀槽和电极的形状，也称为初次电流分布；二次电流分布：考虑浓差极化和电化学因素影响后的电流分布；三次电流分布：板件实际镀层的厚度分布29均匀性评价标准•CoV（CoefficientofVariance）：•镀层厚度平均值：•标准偏差：•铜厚均匀:(评价标准:CoV≤12%）•板面厚度极差：≤10um（镀厚25um）•匀均性公差百分比：如±20%%1002ni1ii)X(1n1n1iiXn130二、电镀深镀能力有机添加剂：光亮剂、整平剂浓度电流密度：低电流(如：1.5ASD以下)无机化学成份：高酸低铜(10:1以上)电镀方式：脉冲电镀、直流电镀药水交换：摇摆、振荡、打气（喷射）、循环、气动、水平方式等31深镀能力（Throwingpower)评价标准：AR=8：1TP≥65%（6点法）相关说明：板厚:2.4mm，孔径0.3mm！32三、电镀效率阴阳极面积：合适比例（1：1~1：2）阳极电流密度：0.3~1.8ASD（保养前后）板件电流密度：0.5~2.5ASD（孤立、大铜面）导电性能：整流机、电缆、V座、飞巴、夹具钛篮阳极袋：合适的空隙率大小药水寿命：新开缸药水或老缸药水33第六部分：镀层物理性能评价延展性及抗拉强度测试•测试要求：镀铜层厚度≧2mil•评价标准:延展性≧12%，抗拉强度≧248MPa热冲击测试•测试方法：288℃/10s/3循环•评价标准:3Cycle未发现Cracks现象34镀层物理性能评价高低温冷热循环测试•测试条件：125℃，30min→-65℃，30min•评价标准：100Cycle孔电阻变化率≤10%。SEM分析镀层结晶结构•评估标准：结晶致密、杂乱无章无出现柱状或有方向性晶体互连应力测试（I.S.T）•评价标准：100Cycle孔电阻变化率≤10%。•参考标准：IPC-TM-6502.6.2635优异品质的稳定控制稳定的整流机输出和良好的导电性彻底的设备维护和生产保养合适的镀液成份和控制条件合理的工艺参数（如：电流密度等）严格的有机添加剂控制方法定期污染测试及镀液净化(如：3KAH/L)36第七部分：电镀创新及新技术展望1.技术创新:•对现有设备进行技术改造•对现用药水进行改良和优化2.管理创新:•设备、药水定期保养•制程能力与品质定期验证3.制度创新:•维护和保养形成制度创新改善维持不断改进和提升37电镀新技术展望二个提高：•提高板面均镀能力•提高深孔深镀能力二种技术：•采用电镀填孔新技术•采用脉冲电镀新技术二个降低：•降低耗用，节能减排！•降低污染，构造和谐！脉冲和直流板面均镀比较38电镀新技术展望软板电镀填孔电镀深孔电镀（20：1）深孔多次热冲击后39附件常用单位换算：1OZ=1.4mil=35.6µm1mil=25.4µm=1000µinch1µm≈40µinch1inch=2.54cm1ASD≈10ASF1ppm=1mg/L40