沉铜培训材料

1工程培训材料－沉铜一、简介二、磨板机原理及作用三、各药水缸的作用及反应机理四、常见坏点图片五、常见问题分析及处理2一：简介1：沉铜的作用：沉铜也称化学镀铜它的作用是在孔壁非导电体（绝缘体）表面沉积一层铜，以确保内层导体与电路的可靠连接。2：工序流程：磨板挂板膨胀除胶中和条件微蚀预浸活化促化沉铜防氧化烘干下板检查（背光测试）33：流程图：1：工序流程图：否合格是否合格是收板粗磨挂板沉铜生产线检查出货返做检查出货42.生产线流程图2.1粗磨机放板磨板段清洗段超声波水洗段高压水洗段烘干洗段接板53.沉铜线流程图：D01上/下板D27膨胀D28水洗D29水洗D36-37除胶D35水洗D34水洗D33水洗D32中和D31水洗D30水洗D36条件D25水洗D24水洗D23微蚀D22水洗D21水洗D20预浸D19活化D18水洗D17水洗D16促化D15水洗D09-14沉铜D08水洗D07水洗D06防氧化D05水洗D04熱水洗D02-03烘干6磨磨s钢磨钢钢钢磨D01上/下板二：磨板原理及作用：1)磨板的作用：除去板面的氧化，油污，手指印，及其它污物，在板面上形成微观粗糙表面。同时利用靡板机的超音波水洗及高压水洗冲洗孔内起到清洁孔壁，减少孔内披锋的作用。2)磨板的控制：A：磨辘的选择：磨辘按磨料粒度的大小不同，根据磨料粒度的目数区分为不同号数的磨辘。·沉铜粗磨一般选择180-320#刷·外层干菲林精磨一般选择320-600#刷子·磨辘主体是尼龙丝，磨料有：Sic、AI2O3B：磨辘的安装：板要求：·磨辘的转动方向应与磨辘上标识方向一致。·磨辘与钢辘的接触点应其它运输保持在一条不平线上。·安装磨辘人员应戴手套，避免油污污染磨板机。·磨辘安装完成之后清洁磨板机。·磨辘安装完成应作磨痕测试，检查钢辘与磨辘是否水平。C：磨痕测试7目的：磨痕测试结果可以直接反映磨板机工作情况，根据磨痕测试的结果可以分析到：·钢辘与磨辘是否平行·磨辘是否到使用寿命·功率表数据是否有太大偏差·避免磨板过度或磨板不良D：用水喷淋磨辘作用？。洗去磨辘上的铜粉。冷却湿润磨辘，防止尼龙丝过热而熔化。要求：喷淋角度在板与磨辘之间45O处。E：磨板后板面质量检查目检板面是否有氧化、水迹、污物．板面清洁度。水膜测试：测试方法：取板面清洁处理后的板，用水浸湿板面并垂直放置，用秒表测量水腊膜破裂的时间（水磨测试一般在精磨时采用处。板面粗糙度：经板磨板后的板面粗糙程度(2.0µm左右).行业界人员定义一些参数衡量粗糙度如Ra;表面取样长度内基准线上所有距离绝对值的算术平均值;一般0.2-0.4µm.Rt;表面取样长度内最高峰顶和最低谷度之间的距离1.5-3.0µm一般用目视法估计，较少用科学仪器检测。·粗糙度由：磨刷材料，磨料粒度，磨板时的功率等共同决定。F：影响磨板质量的主要因素·磨辘型号及材料·磨轮转速。线速度相对稳定，大约12m/Sec,转速与磨辘的直径有关，125mm直径转速一般在1800-2000min-1。·输送速度·功率或磨痕·磨辘、钢辘及运输轮的水平。·摇摆(3-10mm)摇摆可以减少板面粗糙度的方向性改善板面质量，延长磨辘的使用寿命。8三：各药水缸的作用：沉铜线具体可分为两段，除胶渣段（包括了膨胀．除胶．中和）及沉铜段（包括了条件．微蚀．预浸．活化．促化．沉铜）。1．除胶段作用：因为印制板在钻孔时产生瞬时高温，而环氧玻璃基材为不良热良体，在钻孔时热量高度积累，孔壁表面温度超过环氧树脂玻璃化温度，结果造成环氧树脂沿孔壁表面流动，产生一层溥的环氧树脂油污（EpoxySmear）.如果多层板钻孔之后，不进行除胶将此部分物质处理干净将会造成多层板内层信号线连接不通，或连接不可靠。A：膨胀的作用：膨胀剂是一种有机溶剂它的主要作用是膨松附在孔壁内的环氧树脂，起到一种溶胀作用，增大此部分的面积为下一步更好除胶做准备。B：除胶的作用：目前线路板去除环氧玷污的方法分湿法和干法（不介绍）两种，本公司采用的是湿法“第II“种其中湿法包括：IH2SO4-HF处理法：首先用浓硫酸浸渍处理30秒-1分钟。使环氧基和SO4-2反应，产生溶于水的黄褐色环氧磺化物，从而除去孔壁上的环氧玷污层。然后再用HF水溶液蚀刻露出来的玻璃纤维，使之得到光滑的孔壁表面；以利于化学镀铜。II高锰酸钾氧化法：首先将多层板浸在有机溶液中，使环氧树脂溶胀，然后再用加热至500C－700C的高锰酸钾氧化液除去溶胀的环氧权树脂，然而在水洗时高锰酸根会分解形成二氧化锰沉积在板面上，造成二次污染，为此在高锰酸钾处理后还需要还原处理，整体工艺比较复杂。C：中和作用：去除沉积在板面上二氧化锰及残留在板面上的高锰酸钾溶液同时中和缸还加入了另外一种除玻璃剂叫氢氟酸（NH4HF2））起去除玻璃纤维作用。D：条件作用：条件剂也称除油剂．整孔剂等它的主要作用是由于经H2SO4处理环氧树脂之后，在线路板孔壁上残存有强负电性的磺酸根基团，因为胶体9钯活化剂是负电性的电核基团，磺酸根将影响胶体钯活化剂在孔壁上的吸附从而影响化学沉铜。经过条件缸后环氧树脂表面上淀积用阳离子表面活性剂进行调整处理，对磺酸根的环氧表面有强的中和能力，例负电性的表面变成带有正电性，从而顺利的吸附胶体钯活化剂，得到均匀的化学镀铜层。E：微蚀作用：弱腐蚀又称粗化处理，其作用是利用微蚀剂从铜基体表面上蚀刻掉20-50U“的铜，从而得到一个化学清洁的粗糙表面，使化学镀铜层和底铜结合良好，保证以后图形电镀不分层，以往粗化处理是采用过硫酸盐或酸性氯化铜水溶液进行粗化处理，本公司采用的是NAPS及H2SO4来处理。微蚀速率：控制在30U“－60“／分。F：预浸原理：主要起到保护活化缸的作用，经过粗化处理的印制板带有很多水，如果直接浸入胶体钯活化液进行活化处理，会造成大量清水进入胶体钯活化液中，促使胶体活化液PH发生变化，造成胶体钯活化液过早聚沉，因此在活化之前先在含有Sn+2离子的酸性溶液中进行预浸处理，然后不经水洗直接浸入胶体钯活化液中进行活化处理。G：活化原理：是在绝缘基体上吸附一层非连续的重金属颗粒，这些重金属具有吸附还原剂的能力，使经过活化的基体表面具有催化还原金属的能力，从而使化学镀铜反应在整个催化处理过的基体表面上顺利进行。使塑料基体表面具有活化性能的方法可分为两种，一种是分步活化法，另一种是胶体钯活化法（本公司采用是后者）。1）胶体钯活化液反应机理胶体钯活化液的活性和稳定性取决于A液中Sn2+/Pd2+离子浓度比值，以及溶液的配制方法。Sn2+离子和Pd2+离子浓度比为2：1时，所得到的活化液活化性能最好。这是由于不同浓度的Sn+2/Pd+2比，所产生的化学反应不同。当A组液中Sn2+/Pd2+比值为2：1时，Sn+2和Pd+2在溶液中反应形成不稳定的络合物。Pd2++2Sn2+（PdSn）2+（PdSn）2+Pd0+Sn4++Sn2+在300C条件下（PdSn）2+络合物离子歧化反应12分钟，大约有90％以上的络合物离子被还原成金属钯，它们呈现是极其细小的金属颗粒分散在溶液中，如果此时加入过量的Sn2+和CL-,则这些细小的钯核表面上很快吸附大量的Sn2+离子和CL-离子，形成带负电性的胶体化合物Pd（SnCL3）n-。这些胶体化合物10悬浮在水溶液中。因为它们都是带负电的胶团，在水溶液中互相碰撞呈布朗运动状态，因而不会聚沉。印制板活化处理之后在水洗时由于SnCL2水解形成碱式锡酸盐沉淀。SnCL2+H2Sn(OH)Cl+HCL在SnCL2沉淀的同时，连同Pd0核一起沉积在被活化的基体表面上。胶体钯的活化性和稳定性除了A液中的Sn+2/Pd+2比之外还和配制过程非常有关。如果在300C条件下歧化反应时间太短，（PdSn2）2+络合物分解不充分，此时就加入B液，由于B液中存在大量的CL-和Sn+2，立即和没有完成歧化反应的（PdSn2）2+络合物产生反应形成另一种新的非常稳定的（PdSn6）+10络合物.此络合物为草绿色，它非常稳定，不能还原出金属钯，所以过早加入B液所配制的活化液没有活化性。但是A液中Sn+1和Pd2+离子的混合物时间也不能过长，否则形成的钯核聚集过大，这样的胶体钯虽然活化性能好，但溶液的稳定性太差，胶体颗粒太大易于沉淀。H：促化原理：也称加速处理，它的主要作用是经加速处理活化之后在基体表面上吸附的是以金属钯为核心的胶团，在钯核的周围包围着碱式锡酸盐化合物。在化学镀铜之前应除去一部分，以使钯核完全露出来中，增强胶体钯的活性，称这一处理为加速处理。加速处理不但提高了胶体钯的活化性能，而且去除了多余的碱式锡酸盐化合物，从而显著提高了化学镀铜层与基体间的结合强度。加速处理的实质是使碱式锡酸盐化合物重新溶解。加速加理液可以用酸性处理液也可以用碱性处理液，如用5％NaOH水溶液或1％氟硼酸水溶液，处理1-2分钟。然后水洗，可以进行化学镀铜。I：沉铜的原理：铜盐：主要用CuSO4.5H2O推荐含量5-15g/l.络合剂：最常用的络合剂有酒石酸钾钠，EDTA.2Na,NN'NN'四羟丙基乙二胺。还原剂：虽然文献报导了很多还原剂，但真正能用于生产实际的只有甲醛最理想。这主要是甲醛具有优良的还原性能，可以有选择性的在活化过的基体表面自催化沉积铜。PH值调节剂：甲醛在强碱条件下才具有还原性，为此必须在溶液中加入适量的碱，最常用的是NaOH.添加剂：添加剂的作用是稳定化学镀铜液不产生自然分解，加外可以改善化学镀铜层物理性能，改变化学镀铜速率。11操作条件：温度450C-500C;PH:12.5-12.8;空气搅拌，连续过滤。此溶液稳定性好，铜层外观及机械性能好，溶液可以连续补加调整，溶液使用温低，沉积速率高。3.2化学镀铜反应机理化学镀铜时，Cu2+离子得到电子还原成金属铜Cu2++2eCu.-①电镀时，电子是由电镀电源提供的，而在化学镀铜时，电子是由还原剂甲醛所提供。2H－C＝o－H＋4OH－2H－C＝o－0－＋2H2＋2e----②在化学镀铜过程中反应①和反应②为共扼反应。两反应同时进行，甲醛放出的电子直接给Cu2+，整个得失电子的过程是在短路状下进行的。外部看不出交换电流的流通。结合反应①和②可以得到反应③Cu2++2CH2O+4OH-Pdo/cuCU+2-C＝-o-o-+2H2O+2H2--③反应式③表明化学镀铜反应必须个备以下基本条件:1)化学镀铜液为强碱性，甲醛的还原能力取决于溶液中的碱性强弱程度，即溶液的PH值。2）在强碱条件下，要保证Cu2+离子不形成,Cu(OH)2沉淀，必须加入足够的Cu2+离子结合剂(由于络合剂在化学镀铜反应中不消耗，所以反应③式中省略了络合剂。)。3）从反应可以看出，每沉积1M的铜要消耗2M甲醛，4M氢氧化钠。要保持化学镀铜速率恒定，和化学镀铜层的质量，必须及时补加相应的消耗部分。124）只有在催化剂（Pd或Cu）存在的条件下才能沉积出金属铜，新沉积出的铜本身就是一种催化剂，所以在活化处理过的表面，一旦发生化学镀铜反应，此反应可以继续在新生的铜面上继续进行。利用这一特性可以沉积出任意厚度的铜，加成法制造印制板的关键就在于此。加有甲醛的化学镀铜液，不管使用与否，总是存在以下两个副反应，由于副反应的存在使化学镀铜液产生自然分解。1）Cu20的形成反应2Cu2+H-C＝o－H＋5OH－＝Cu20＋H－C＝o－O－＋3H2O反应④所形成的Cu20在强碱条件下形成溶于碱的Cu+，存在下面的可逆反应。Cu20+H20—2Cu++20H-—⑤在化学镀铜液中反应式④所形成的Cu20数量是极其少的，远小于Cu+和0H-反应的溶度积，所以在碱性条件下存在可逆反应⑤，在溶液中一旦两个Cu+离子相碰在一起，便产生反应式⑥所列的歧化反应。2Cu+—Cu+Cu+2—⑥反应式⑥所形成的铜，是分子量级的铜粉，分散在溶液中，这些小的铜颗粒都具有催化性，在这些小颗粒表面上便开始了反应式（3）所描述的化学镀铜反应。如果溶液中存在着很多这样的铜颗粒，整个化学镀铜溶液会产生沸腾式的化学镀铜反应，导致溶液迅速分解2）甲醛和NaHO之间的化学反应，称为康尼查罗反