电镀手册

電鍍及層壓化學類簡易實用手冊印製電路板製造技術的飛速發展，促使廣大從事印製電路板製造行業的人們，加快知識更新。為此，就必須掌握必要的新知識並與原有實用的科技成為工作必備的參考資料，更好地從事各種類型的科研工作。這本手冊就是使從事高科技行業新生產者儘快地掌握與印製電路板製造技術相關的知識，更好的理解和應用印製電路板製造方面的所涉及到的實用技術基礎知識，為全面掌握印製電路板製造的全過程和所涉及到科學試驗提供必要的基礎知識和手段。第一章溶液濃度計算方法在印製電路板製造技術，電鍍為其中十分重要的一個環節，各種溶液占了很大的比重，對印製電路板的最終產品質量起到關鍵的作用。無論是選購或者自配都必須進行科學計算。正確的計算才能確保各種溶液的成分在工藝範圍內，對確保產品質量起到重要的作用。根據印製電路板生產的特點，提供六種計算方法供選用。1．體積比例濃度計算：定義：是指溶質(或濃溶液)體積與溶劑體積之比值。舉例：1：5硫酸溶液就是一體積濃硫酸與五體積水配製而成。2．克升濃度計算：定義：一升溶液裏所含溶質的克數。舉例：100克硫酸銅溶於水溶液10升，問一升濃度是多少?100/10=10克/升3．重量百分比濃度計算(1)定義：用溶質的重量占全部溶液重理的百分比表示。(2)舉例：試求3克碳酸鈉溶解在100克水中所得溶質重量百分比濃度?4．克分子濃度計算定義：一升中含1克分子溶質的克分子數表示。符號：M、n表示溶質的克分子數、V表示溶液的體積。如：1升中含1克分子溶質的溶液，它的克分子濃度為1M；含1／10克分子濃度為0.1M，依次類推。舉例：將100克氫氧化鈉用水溶解，配成500毫升溶液，問這種溶液的克分子濃度是多少?解：首先求出氫氧化鈉的克分子數：5.當量濃度計算定義：一升溶液中所含溶質的克當量數。符號：N(克當量／升)。當量的意義：化合價：反映元素當量的內在聯繫互相化合所得失電子數或共同的電子對數。這完全屬於自然規律。它們之間如化合價、原子量和元素的當量構成相表關係。元素=原子量/化合價舉例：鈉的當量＝23/1=23；鐵的當量＝55.9/3=18.6酸、堿、鹽的當量計算法：A酸的當量＝酸的分子量/酸分子中被金屬置換的氫原子數B堿的當量＝堿的分子量/堿分子中所含氫氧根數C鹽的當量＝鹽的分子量/鹽分子中金屬原子數金屬價數6．比重計算定義：物體單位體積所有的重量(單位：克/釐米3)。測定方法：比重計。舉例：A．求出100毫升比重為1．42含量為69％的濃硝酸溶液中含硝酸的克數?解：由比重得知1毫升濃硝酸重1．42克；在1．42克中69％是硝酸的重量，因此1毫升濃硝酸中硝酸的重量＝1.42×(60/100)=0.98(克)B．設需配製25克／升硫酸溶液50升，問應量取比量1．84含量為98％硫酸多少體積?解：設需配製的50升溶液中硫酸的重量為W，則W＝25克／升50＝1250克由比重和百分濃度所知，1毫升濃硫酸中硫酸的重量為:1.84×(98/100)＝18(克)；則應量取濃硫酸的體積1250/18＝69．4(毫升)波美度與比重換算方法：A．波美度=144.3-(144.3/比重);B＝144.3/(144.3-波美度)第二章電鍍常用的計算方法在電鍍過程中，涉及到很多參數的計算如電鍍的厚度、電鍍時間、電流密度、電流效率的計算。當然電鍍面積計算也是非常重要的，為了能確保印製電路板表面與孔內鍍層的均勻性和一致性，必須比較精確的計算所有的被鍍面積。目前所採用的面積積分儀(對底片的板面積進行計算)和電腦計算軟體的開發，使印製電路板表面與孔內面積更加精確。但有時還必須採用手工計算方法，下例公式就用得上。1.鍍層厚度的計算公式：(厚度代號：d、單位：微米)d=(C×Dk×t×ηk)/60r2.電鍍時間計算公式：（時間代號：t、單位：分鐘）t=(60×r×d)/(C×Dk×ηk)3.陰極電流密度計算公式：（代號：、單位：安/分米2）ηk=(60×r×d)/(C×t×Dk)4.陰極電流以效率計算公式：Dk=(60×r×d)/(C×t×Dk)第三章沉銅質量控制方法化學鍍銅(ElectrolessPlatingCopper)俗稱沉銅。印製電路板孔金屬化技術是印製電路板製造技術的關鍵之一。嚴格控制孔金屬化質量是確保最終產品質量的前提，而控制沉銅層的質量卻是關鍵。日常用的試驗控制方法如下：1．化學沉銅速率的測定：使用化學沉銅鍍液，對沉銅速率有一定的技術要求。速率太慢就有可能引起孔壁產生空洞或針孔；而沉銅速率太快，將產生鍍層粗糙。為此，科學的測定沉銅速率是控制沉銅質量的手段之一。以先靈提供的化學鍍薄銅為例，簡介沉銅速率測定方法：(1)材料：採用蝕銅後的環氧基材，尺寸為100×100(mm)。(2)測定步驟：A.將試樣在120-140℃烘1小時，然後使用分析天平稱重W1(g)；B.在350-370克／升鉻酐和208-228毫升／升硫酸混合液（溫度65℃）中腐蝕10分鐘，清水洗淨；C．在除鉻的廢液中處理(溫度30-40℃)3-5分鐘，洗乾淨；D.按工藝條件規定進行預浸、活化、還原液中處理；E.在沉銅液中(溫度25℃)沉銅半小時，清洗乾淨；F.試件在120-140℃烘1小時至恒重，稱重W2(g)。(3)沉銅速率計算：速率＝(W2-W1)104／8．93×10×10×0．5×2(μm)(4)比較與判斷：把測定的結果與工藝資料提供的資料進行比較和判斷。2．蝕刻液蝕刻速率測定方法通孔鍍前，對銅箔進行微蝕處理，使微觀粗化，以增加與沉銅層的結合力。為確保蝕刻液的穩定性和對銅箔蝕刻的均勻性，需進行蝕刻速率的測定，以確保在工藝規定的範圍內。(1)材料：0．3mm覆銅箔板，除油、刷板，並切成100×100(mm)；(2)測定程式：A．試樣在雙氧水(80-100克／升)和硫酸(160-210克／升)、溫度30℃腐蝕2分鐘，清洗、去離子水清洗乾淨；B．在120-140℃烘1小時，恒重後稱重W2(g)，試樣在腐蝕前也按此條件恒重稱重W1(g)。(3)蝕刻速率計算速率＝(W1-W2)104／2×8．933T(μm／min)式中：s-試樣面積(cm2)T-蝕刻時間（min）(4)判斷：1-2μm/min腐蝕速率為宜。(1.5-5分鐘蝕銅270-540mg)。3．玻璃布試驗方法在孔金屬化過程中，活化、沉銅是化學鍍的關鍵工序。儘管定性、定量分析離子鈀和還原液可以反映活化還原性能，但可靠性比不上玻璃布試驗。在玻璃布沉銅條件最苛刻，最能顯示活化、還原及沉銅液的性能。現簡介如下：(1)材料：將玻璃布在10％氫氧化鈉溶液裏進行脫漿處理。並剪成50×50(mm),四周末端除去一些玻璃絲，使玻璃絲散開。(2)試驗步驟：A．將試樣按沉銅工藝程序進行處理；B.置入沉銅液中，10秒鐘後玻璃布端頭應沉銅完全，呈黑色或黑褐色，2分鐘後全部沉上，3分鐘後銅色加深；對沉厚銅，10秒鐘後玻璃布端頭必須沉銅完全，30-40秒後，全部沉上銅。C．判斷：如達到以上沉銅效果，說明活化、還原及沉銅性能好，反則差。第四章半固化片質量檢測方法預浸漬材料是由樹脂和載體構成的的一種片狀材料。其中樹脂處於B-階段，溫度和壓力作用下，具有流動性並能迅速地固化和完成粘結過程，並與載體一起構成絕緣層。俗稱半固化片或粘結片。為確保多層印製電路板的高可靠性及質量的穩定性，必須對半固片特性進行質量檢測（試層壓法）。半固化片特性包含層壓前的特性和層壓後特性兩部分。層壓前的特性主要指：樹脂含量％、流動性％、揮發物含量％和凝膠時間(S)。層壓後的特性是指：電氣性能、熱衝擊性能和可燃性等。為此，為確保多層印製電路板的高可靠姓和層壓工藝參數的穩定性，檢測層壓前半固化片的特性是非常重要的。1．樹脂含量(％)測定：(1)試片的製作：按半固化片纖維方向：以45°角切成100×100(mm)小試塊；(2)稱重：使用精確度為0．001克天平稱重Wl(克)；(3)加熱：在溫度為566．14℃加熱燒60分鐘，冷卻後再進行稱量W2(克)；(4)計算：W1-W2樹脂含量（％）=(W1-W2)/W1×1002.樹脂流量(％)測定：(1)試片製作：按半固化片纖維方向，以45°角切成100×100(mm)數塊約20克試片；(2)稱重：使用精確度為0．001克天平準確稱重W1(克)；(3)加熱加壓：按壓床加熱板的溫度調整到171±3℃，當試片置入加熱板內，施加壓力為14±2Kg／cm2以上，加熱加壓5分鐘，將流出膠切除並進行稱量W2（克）；(4)計算：樹脂流量（%）=(W1-W2)/W1×1003.凝膠時間測定：(1)試片製作：按半固化片纖維方向，以45°角切成50×50(mm)數塊(每塊約15克)；(2)加熱加壓：調整加熱板溫度為171±3℃、壓力為35Kg／cm2加壓時間15秒；(3)測定：試片從加壓開始時間到固化時間至是測定的結果。4．揮發物含量側定：(1)試片製作：按半固化片纖維方向，以45°角切成100×100(mm)1塊；(2)稱量：使用精確度為0．001克天平稱重W1(克)；(3)加熱：使用空氣迴圈式恒溫槽，在163±3℃加熱15分鐘然後再用天平稱重W2(克)；(4)計算：揮發分（%）=(W1-W2)/W1×100第五章常見電性與特性名稱解釋在印製電路板製造技術方面，涉及到的很多專用名詞和金屬性能，其中包括物理、化學．機械等。現只介紹常用的有關電氣與物理，機械性能和相關方面的專用名詞解釋。1.金屬的物理性質：見表1：印製電路板製造常用金屬物理性質資料表。2.印製電路板製造常用鹽類的金屬含量：見表2：常用鹽類金屬含量資料表。3.常用金屬電化當量（見表3：電化當量數據表）4.一微米厚度鍍層重量數據表(見表4)5.專用名詞解釋：(1)鍍層硬度：是指鍍層對外力所引起的局部表面變形的抵抗強度。(2)鍍層內應力：電鍍後，鍍層產生的內應力使陰極薄片向陽極彎曲（張應力）或背向陽極彎曲(壓應力)。(3)鍍層延展性：金屬或其他材料受到外力作用不發生裂紋所表現的彈性或塑性形變的能力稱之。(4)鍍層可焊性：在一定條件下，鍍層易於被熔融焊料所潤濕的特性。(5)模數：就是單位應變的能力，具有高係數的模數常為堅硬而延伸率極低的物質。(6)應變：或稱伸長率為單位長度的伸長量。(7)介電常數：是聚合體的電容與空氣或真空狀態時電容的比值。表1:印製電路板製造常用金屬物理性質資料表序號金屬名稱密度g/cm2熔點℃沸點℃比熱容20℃J/g℃線膨脹係數20℃×10-6/℃熱傳導20℃時W/cm℃電阻係數μΩ/cm1銅8.96108325950.384316.423.86441.632鉛11.34327.317430.125629.50.347520.73錫7.323222700.2261230.657311.34金19.31062.729490.129014.42.96092.215銀10.996020000.233618.94.07791.586鈀12.0155539800.245811.60.674110.87鋁2.7065720560.9458242.17712.728鎳8.9145229000.468913.70.586220表2:常用鹽類金屬含量資料表鹽的名稱分子式金屬含量(%)硫酸銅CuSO4·5H2O25.5氯化金AuCl·2H2O58.1金氰化鉀KAu(CN)268.3氟硼酸鉛Pb(BF4)254.4硫酸鎳NiSO4·6H2O22.3錫酸鈉Na2SnO3·3H2O44.5氯化亞錫SnCl2·2H2O52.6氟硼酸錫Sn(BF4)240.6堿式碳酸銅CuCO3·Cu(OH)257.5表3:電化當量數據表序號金屬名稱符號原子價比重原子量當量電化學當量mg/庫侖克/安培小時1金Au119.3197.2197.22.04367.3572金Au319.365.765.70.6812.4523銀Ag110.5107.88107.881.1184.0254銅Cu18.9363.5463.540.6582.3725銅Cu28.9363.5463.540.3291.1866鉛Pb211.3