电镀铜锡培训教材

深圳市励高表面处理材料有限公司ShenZhen,LeadhighSurfaceTreatmentMaterialsCo.,Ltd.电镀铜/锡培训目录电镀铜工艺一、电镀铜基本原理（一）有机添加剂之功能（二）无机物影响（三）TrowingPower深镀能力（四）板面镀层厚度分布（五）电镀铜阳极（六）电镀工艺过程（七）电镀线配线及设备保养方法（八）电镀铜溶液的控制（九）可靠性测试（十）电镀铜槽设备要求二、电镀锡工艺（一）电镀锡工艺（二）纯锡阳极材料要求规格（三）电镀锡溶液的控制三、目前电镀领域发展一、电镀铜基本原理电镀基本原理◎铜的特性–铜，元素符号Cu，原子量63.5，密度8.89g/cm3，Cu2+的电化当量1.186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。电镀基本原理◎电镀铜工艺的功能–在化学沉铜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。电镀基本原理CATHODE电镀层DoubleLayere-Cu2+ActivationPolarizationConcentrationPolarizationCu2++e-===Cu+（a）Cu++e-===Cu（b）沉积机理1/22/20137HighestConfidentialCATHODECl-Cl-Cu2+SSCu+Cu0Carriere-CathodeFilmDoubleLayer沉积机理1/22/20138HighestConfidential电镀基本原理◎酸性镀铜液成分—硫酸铜（CuSO4·5H2O)—硫酸(H2SO4)—氯离子（Cl－）—添加剂电镀基本原理◎酸性镀铜液各成分功能—CuSO4·5H2O：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。有机添加剂之功能有机添加剂之功能－酸性镀铜液中未加任何添加剂时，铜离子选择在高能量表面结晶，所获得的镀层表面是粗糙且无光泽的，甚至是粉状易碎的状态，即使经高温烘烤释放应力后，亦无法改变镀层易脆的性质，切片观察结晶状况呈现的是“柱状结构”(ColumnarStructure)，漂锡后镀层易破裂(Crack)；为了提升镀层抗拉强度，延伸率等物性，必须设法在电镀过程中得到结晶较细致的镀层，使它在外观和功能上都比较理想。有机添加剂之功能－铜离子吸附在阴极表面，初期并未紧密接触，仅一个晶面与铜表面相互作用；同一时间其它的铜离子亦存在阴极表面，并沿着阴极表面向周围移动(表面扩散)；此时一部分铜离子将再次溶解，一部分铜离子进入原有的晶体内，或铜离子吸附的数量达到临界状态，形成新的核子，不再溶解，继续变大，成为新的晶体。有机添加剂之功能－“晶核的生长”和“结晶的成长”是同时进行的，如果晶核的生长速度较快，则形成晶粒目较多，晶粒较细；反之结晶成长速度较快，晶粒就较粗糙；因此，只要能在电镀过程中控制“晶核的生长速度”大于“晶体成长速度”，就可以获得结晶较细致的镀层；光泽剂的原理即为了增加晶核的生成所设计。有机添加剂之功能－镀铜的过电压(Overpotential)增大有助于提高表面离子的吸附，使晶核形成速度愈快；因此选择合适的电镀槽液组成，电流密度，温度，搅拌及循环，添加剂等参数，皆会影响镀铜时的过电压，进而影响镀层品质。有机添加剂之功能－有机添加剂在电镀液中的功能是利用“有机物在阴极表面的吸附反应形成薄膜”及“有机物的加速性和抑制性的平衡反应”造成极化曲线偏移，使镀层结晶细致，藉以增加镀铜之延展性和电镀效率，同时亦可调整高低电流区之沉积速率，达到增加贯孔性，均匀性和平整性的目的。－主要有光亮剂(Brightener)，整平剂(Leveler)，载体(Carrier)。有机添加剂之功能◎光亮剂(Brightener)－为了控制“晶核的生长速度”，使结晶细致，排列紧密的镀层，光泽剂通常为含硫的小分子量化合物，扮演晶种的角色，可以降低铜离子还原之活化能，如R1-S-S-R2类的化合物，大都具有相异分子，低分子量，高极性及离子特征的特性；于是电镀时，解离后的R-S与铜形成CuS，CuS不易溶于水，因此，CuS易在铜的表面吸附，造成原子彼此吸引，增大溶解能量而沉积，形成新晶核，使镀铜速率加速进行，镀层较为细致，提高物性，同时得到光亮的表面。有机添加剂之功能◎载体(Carrier)－载体多为高分子量的化合物，如聚醚类(Polyethers)，聚乙二醇(PEG)类化合物。分子量范围大都落在5000-15000之间与光亮剂的角色相反，为了避免粗糙的铜结构,载运剂扮演“增加极化”的功能,能吸附在铜面阻挡铜离子的扩散，进而抑制铜的成长(所以又称为“抑制剂”)，尤其是高电流区域的吸附能力极强，使得高/低电流区的极化电阻趋于一致,达成使贯孔性及表面均匀性的改善。有机添加剂之功能◎整平剂(Leveler)－整平剂为含氮的带正电荷化合物，如聚胺类(Polyamines)，在酸性溶液中带有很强的正电性，易吸附在带负电强的区域(高电流密度区)，与Cu2+产生竞争反应，不利铜的沉积。所以，可在高电流密度区扮演抑制的角色；在低电流密度区反而会促进铜的成长与共镀；常被用来增加铜层的平整性；但整平剂易裂解且不易分析，可操作之电流密度较小且较窄；裂解后与铜共同沉积于镀层中，将造成镀层物性变差。有机添加剂之功能◎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。◎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。◎整平剂－选择性地吸附到受镀表面抑制沉积速率。◎氯离子－增强添加剂的吸附。＊各添加剂相互制约地起作用。有机添加剂之功能载体(c)快速地吸附到所有受镀表面并均一地抑制电沉积；光亮剂(b)吸附于低电流密度区并提高沉积速率；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。有机添加剂之功能载体抑制沉积而光亮剂加速沉积整平剂抑制凸出区域的沉积整平剂扩展了光亮剂的控制范围无机物影响无机物影响－烧焦◎烧焦－粗糙，红棕色粉状镀层以最大的可能电镀速度(极限电流密度)形成。它发生在硫酸铜浓度在板面跌至零时。烧焦与下列因素有关硫酸铜含量溶液搅拌槽液温度阴极电流密度ThrowingPower深镀能力深镀能力的主要影响因素板厚；孔径；孔金属化-前处理；槽液温度；电流密度；溶液流动/搅拌；阴极移动；阳极－面积/电流密度，间距，搅动；无机物含量[Cu]，[H2SO4]，[Cl－]；添加剂的种类；有机物含量[Brightener光亮剂]，[Carrier载体]，[Leveler整平剂],[By-Products副产物/Contamination污染物]。深镀能力孔中心镀层平均厚度与表面镀层厚度分开当镀层铜厚度相等时，深镀能力=100%深镀能力－厚径比深镀能力－困难度深镀能力测量深镀能力的正确测量和报告会因不同的人而出现差异深镀能力－测量方法选择依你的测量习惯，计算和报告TP值将因你的测量方法而不同。平均TP平均TP最小值TP最小值TP平均TP测量孔中多点或结合来自不同因素的数据从而得出更高的TP数值绝对最小值TP深镀能力最小测量值平均最小值TP在业界记录和报告TP值，最小二个点的平均值或单个最小点，是最典型的方法测定方法S1S2S3S4ADBECFT/P(IPC)=(A+B+C+D+E+F)/6(S1+S2+S3+S4)/4T/P(Min.)=(B+E)/2(S1+S2+S3+S4)/4*孔內量测点须取均勻的树脂部分比较客观ThrowingPower计算1/22/201332HighestConfidential提高深镀能力－降低硫酸铜浓度－通过改善打气在板面的分布增加搅拌的均匀性。减低板面与孔内之间的搅动差别。降低板面的打气搅拌并加大摇摆距离和/或频率。－通过提高硫酸浓度至高于200g/l，增加溶液的导电性。这种方法仅在硫酸含量低于150g/l时有显著效果。－降低电流密度整平效果整平性是在电镀期间使孔和表面不规则处变平滑的能力。整平性－无机物的影响硫酸铜浓度—越高越好搅动水平—在孔内溶液移动越大越好电镀速度—越慢越好板面镀层厚度分布板面镀层厚度分布的主要影响因素电流密度阳极形状及长度阳极－阳极之间的距离阴极－阳极之间的距离阳极遮板/阴极遮板板面镀层厚度分布－测量方法步骤1：在一个电铜槽使用光覆铜板进行测试；步骤2：在板的两面各分别测量50个点；步骤3：通过Excel分析数据；步骤4：调整槽体可变物至最佳的板面分布。板面镀层厚度分布－分析板面镀层厚度分布－槽体调整板面镀层厚度分布－实例板面镀层厚度分布－实例AnodePositionPPdiaphragmSmallPanelOptimizedSolutionLevel板面镀层厚度分布－实例SolutionLevelAdjustment：MaximumSolutionLevelofSumpTank=460mmfromtanktopedge板面镀层厚度分布－实例电镀铜阳极电镀铜阳极阳极面积—使用挂篮阳极面积—使用挂篮•最佳电流密度(CD)范围：10-20ASF，最高电流密度：30ASF•高阳极面积/低阳极电流密度导致槽液铜含量升高•低阳极面积导致阳极极化，板烧焦或铜粒铜丝•实际阳极面积按阳极工作面面积计算(即铜球总表面积的一半)电镀铜阳极表面积估算方法圆形钛篮铜阳极表面积估算方法—πdlf/2π=3.14d=钛篮直径l=钛篮长度f=系数f与铜球直径有关:直径=12mmf=2.2直径=15mmf=2.0直径=25mmf=1.7直径=28mmf=1.6直径=38mmf=1.2电镀铜阳极——钛蓝不合要求的钛篮磷銅陽极的特色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磷銅陽极膜的作用—阳极膜本身对(Cu+—e→Cu2+)反应有催化、加速作用，从而減少Cu+的积累。—阳极膜形成后能抑制Cu+的继续产生—阳极膜的电导率为1.5X104-1cm-1具有金属导电性—磷铜较纯铜阳极化小(1A/dm2P0.04－0.065%磷铜的阳极化比无氧铜低50mv-80mv)不会导致阳极钝化。—阳极膜会使微小晶粒从阳极脱落的现象大大減少—阳极膜在一定程度上阻止了铜阳极的过快溶解磷铜阳极材料要求规格主成份–Cu：99.9%min–P：0.03-0.08%杂质–Fe：0.003%max–S：0.003%max–Pb：0.002%max–Sb：0.002%max–Ni：0.002%max–As：0.001%max电镀铜阳极0.03—0.08%含磷量阳极袋—有绒毛的阳极袋可以减少潜在的板面粗糙圆柱形阳极篮优于矩形阳极篮阳极膜问题—正常阳极膜为黑色•棕色—磷含量低•微红色—没有磷或磷含量非常低•棕黑色—磷分布不均匀•粘稠黑色—最佳磷含量电镀铜镀层厚度估算方法电镀铜镀层厚度估算方法(mil)—电镀阴极电流密度(ASD)×电镀时间(分钟)/114注：1mil=25.4微米电镀工艺过程电镀工艺过程—酸性除油酸性除油的主要作用为除去轻度氧化及轻度污渍和手印。—浸酸(10%硫酸)除去经过水洗后板面产生的轻微氧化，此酸通常为10%。铜光泽剂特性及优点：1.镀层有光泽而均匀2.特佳孔内深镀能力3.特佳的延展性4.优良的镀层物理特性5.易于分析及控制电镀线配线及设备保养方法电镀线配线方法1、设备准备程序槽子的清洗在配槽之前，工艺槽及附属设备必须彻底清洁，并随后用H2SO4溶液中和。