PCB电镀铜培训

电镀铜培训教材1铜的特性铜,元素符号Cu,原子量63.5,密度8.94克/立方厘米,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,能够与其它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。2电镀铜工艺的功能电镀铜工艺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.。3电镀示意图电镀液组成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加剂)++--离子交换直流整流器ne-ne-电镀上铜层阴极(受镀物件)镀槽阳极CuCu2++2e-Cu2++2e-Cu4硫酸盐酸性镀铜的机理电极反应阴极：Cu2++2e----Cu副反应Cu2++e-----Cu＋Cu++e------Cu阳极：Cu-2e-----Cu2+Cu-e-----Cu+2Cu++1/2O2+2H+------2Cu2++H2O副反应2Cu++2H2O-----2CuOH+2H+Cu2O+H2O2Cu+----Cu2++Cu5酸性镀铜液各成分及特性简介酸性镀铜液成分硫酸铜（CuSO4.5H2O)硫酸(H2SO4)氯离子（Cl-）电镀添加剂6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。7酸性镀铜液中各成分含量对电镀效果的影响CuSO4.5H2O：浓度太低，高电流区镀层易烧焦；浓度太高，镀液分散能力会降低。H2SO4：浓度太低，溶液导电性差，镀液分散能力差。浓度太高，降低Cu2＋的迁移率，电流效率反而降低，并对铜镀层的延伸率不利。Cl-：浓度太低，镀层出现台阶状的粗糙镀层，易出现针孔和烧焦；浓度太高，导致阳极钝化，镀层失去光泽添加剂：（后面专题介绍）8操作条件对酸性镀铜效果的影响温度温度升高，电极反应速度加快，允许电流密度提高，镀层沉积速度加快，但加速添加剂分解会增加添加剂消耗，镀层结晶粗糙，亮度降低。温度降低，允许电流密度降低。高电流区容易烧焦。防止镀液升温过高方法：镀液负荷不大于0.2A/L，选择导电性能优良的挂具，减少电能损耗。配合冷水机，控制镀液温度。9操作条件对酸性镀铜效果的影响电流密度提高电流密度，可以提高镀层沉积速率，但应注意其镀层厚度分布变差。搅拌阴极移动：阴极移动是通过阴极杆的往复运动来实现工件的移动。移动方向与阳极成一定角度。阴极移动振幅50－75mm，移动频率10－15次/分10操作条件对酸性镀铜效果的影响空气搅拌无油压缩空气流量0.3-0.8m3/min.m2打气管距槽底3－8cm，气孔直径2mm孔间距80－130mm。孔中心线与垂直方向成45°角。过滤PP滤芯、1－5μm过滤精度、流量2－6次循环/小时阳极磷铜阳极、含磷0.04-0.065%11磷铜阳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又称磷铜阳极膜磷铜阳极膜的作用阳极膜本身对(Cu+--e→Cu2+)反应有催化、加速作用，从而减少Cu+的积累。阳极膜形成后能抑制Cu+的继续产生阳极膜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减少阳极膜在一定程度上阻止了铜阳极的过快溶解12电镀铜阳极表面积估算方法圆形钛篮阳极表面积估算方法:Fdlf/2F=3.14d=钛篮直径l=钛篮长度f=系数方形钛篮铜阳极表面积估算方法—1.33lwfl=钛篮长度w=钛篮宽度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=1.213磷铜阳极材料要求规格主成份–Cu:99.9%min–P:0.04-0.065%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影响阳极溶解的因素阳极面积(即阳极电流密度控制在0.5ASD-1.5ASD之间)阳极袋(聚丙烯)阳极及阳极袋的清洗方法和频率14添加剂对电镀铜工艺的影响载体-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.抑制沉积速率整平剂-选择性地吸附到受镀表面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.提高沉积速率氯离子-增强添加剂的吸附,各添加剂相互制约地起作用.15电镀层的光亮度载体(c)/光亮剂(b)的机理bbbbbbbcbcbccccbcccbcccbcccbcccbcbcbb16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bbbbbbbcbcbccccbcccbcccbcccbcccbcbcbb电镀的整平性能光亮剂(b),载体(c),整平剂(l)的机理bcccccbccccccbccccbbbcccbccbbcbcbcbcbcbbcbcbcbbbbcbcbcbclbcccbccbllccblllcbbblccbcbb光亮剂和载体光亮剂/载体/整平剂的混合过量光亮剂17bcccccbccccccbccccbbbcccbccbbcbcbcbcbcbbcbcbcbbbbcbcbcbclbcccbccbllccblllcbbblccbcbb光亮剂和载体光亮剂/载体/整平剂的混合过量光亮剂镀铜添加剂的作用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18电镀铜镀层厚度估算方法电镀铜镀层厚度估算方法(mil)=0.0087*电镀阴极电流密度(ASD)X电镀时间(分钟)1mil=25.4µm19电镀铜板面镀层厚度分布评估方法CoefficientofVariance:%100)(CoV平均值niiXn11fori=1,2,…..,n(n=no.ofpoints)标准偏差niiiXn12)(11XI=单个取样点值(电镀铜层厚度不含基材铜)20电镀铜板面镀层厚度分布评估方法xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-12122x/5x/24x/5x-12xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-12xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-12122x/5x/24x/5x-1221xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-12122x/5x/24x/5x-12xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-12xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-12122x/5x/24x/5x-12电镀铜板面镀层厚度分布评估方法22电镀铜板面镀层厚度分布评价标准:整缸板CoV≤12%为合格.电镀铜溶液的分散能力(ThrowingPower)电镀铜溶液电镀铜溶液的电导率硫酸的浓度温度硫酸铜浓度添加剂板厚度(L),孔径(d)纵横比：（板厚inch）/（孔径inch）搅拌:提高电流密度表面分布也受分散能力影响.23电镀铜溶液的分散能力(ThrowingPower)2411’22’33’44’55’电镀铜溶液的分散能力(ThrowingPower)ThrowingPower25Throwingpower=(point2+point3+point4+point2’+point3’+point4’)/6X100%(point1+point5+point1’+point5’)/4电镀铜溶液的控制分析项目–硫酸铜浓度–硫酸浓度–氯离子浓度–槽液温度–用CVS分析添加剂浓度–镀层的物理特性(延展性/抗张强度)上述项目须定期分析,并维持在最佳范围内生产26电镀铜溶液的控制赫尔槽试验(HullCellTest)参数电流:2A时间:10分钟搅拌:空气搅拌温度:室温27电镀铜溶液的控制赫尔槽试验(HullCellTest)高电流密度区烧焦,中高电流密度区无光泽酸铜光泽剂含量非常低改正方法:添加0.2---0.3ml/l的酸铜光泽剂HULLCELL图样如下页图28赫尔槽试验(HullCellTest)29赫尔槽试验(HullCellTest)仅高电流密度区烧焦,试片的其它区域仍然正常,仅酸铜光泽剂低改正方法:添加0.1—0.2ml/l酸铜光泽剂HULLCELL图样如下页图30赫尔槽试验(HullCellTest)31赫尔槽试验(HullCellTest)赫尔槽试验(HullCellTest)高电流密度区呈不适当氯离子含量条纹沉积,整个试片光亮度降低.改正方法:分析氯离子含量,如有需要请作调整.HULLCELL图样如下页图32赫尔槽试验(HullCellTest)33赫尔槽试验(HullCellTest)赫尔槽试验(HullCellTest)严重污染改正方法:添加平整剂对抑制此现象可能有帮助.溶液必须安排作活性炭处理HULLCELL图样如下页图34赫尔槽试验(HullCellTest)35电镀液维护电镀液维护电镀液会发生成分变化(变质)的。为了调整、恢复原状，需要补充药品。如果有杂质的沉积，就要除掉杂质(再生)，到了不能使用时就要全量或者部分报废，更换新镀液。镀液的再生采用:(1)活性碳处理；(2)弱电解(拖缸)处理等。补充药品方法有:(1)分析补充；(2)定量补充两种。36电镀槽液的维护37镀液在投入生产前需作DUMMY处理,促使铜阳极上能形成一均匀的阳极膜,以确保能镀出品质优良的镀层。DUMMY的程序为先以假镀板,用14~20ASF(约0.2安培/升)电镀24小时直至达到5安培小时每公升溶液。为避免过厚镀层剥落在电镀槽液,DUMMY板每2~4小时更换。当完成DUMMY程序后,通过调整镀液便可作生产之用。问题1.板子正反两面镀层厚度不均可能原因1.板子两面的电镀面积不一致，尤其当一面是接地层面而另一面是线路面时以正反排板方式将板子两面的待镀面积加以调整或适当增加DUMMYPAD.2.可能是某一边阳极之线缆系统导电不良所致检查及改善38问题2.镀层过薄可能原因1.电镀过程中，电流或时间不足确认板子面积以决定总电流的大小，并确认电流密度及时间之无误。2.板子与挂架或挂架与阴极杆的接触导电不良检查整流器，板子等所有的电路接点。39问题3.全板面镀铜之厚度分布不均可能原因1．阳极篮与阴极板面的相对位置不当⑴以非破坏性的厚度量测法详细了解其全面厚度之差异。⑵根据镀层厚度量测的结果重新安排阳极的位置。2．阳极接点导电不良⑴使用钳形表定期检查每一支阳极与阳极杆是否接触良好。⑵清洁所有接点，并确保阳极杆所有接点的电位降落(VoltageDrop)都要相同。3．镀液中硫酸浓度不足，导电不良.检查硫酸浓度并调整至最佳值40问题4.镀铜层烧焦1．电流密度过高或电镀面积不均匀，导致板面上局部电流密度超过局限电流⑴降低所用之电流⑶在高电流密度区增加辅助阴极板，以吸收多余的电流2．镀液搅拌不当或板架往复搅拌不足⑴利用循环过滤及低压空气进行搅拌⑵配合阴极杆往复摆动(与板面垂直)搅拌⑶检查阴极之间的距离，在电流密度为30ASF的情况下，其距离至少应为15公分。3．在操作电流密度下的铜离子浓度过低维持铜离子的应有浓度或降低电流密度4．硫酸浓度过高稀释槽液维持一定的酸浓度5．槽液温度过低冬天须加热槽液，最佳的操作温度通常介于22-26℃之间。41问题5.镀铜层烧焦6．各添加剂含量已失去平衡⑴添加适用于高CD之添加剂，以减少烧焦⑵添加适用于低电流密度这之添加剂，以减少板面烧焦(线路)⑶在正式添加大槽前应先于小槽内试验添加剂的性能。7．阳极过长或数量过多⑴阳极长度应比板架略短2-3英寸⑵将阳极袋绑紧⑶自槽液中移走部分阳极棒⑷阳极对阴极的面积比