印刷線路板電鍍與化學鍍.ppt

化學鍍與電鍍技術(shù),現(xiàn)代印制電路原理和工藝,,Company Logo,化學鍍與電鍍技術(shù),,Company Logo,電鍍的目的在于為制造中的印制電路板提供其本身欠缺及并非固有的表面特性。 印制電路板的電鍍相對比較簡單，鍍種也較少，但電鍍本身，其基本原理是相同的。在當前印制電路板制造工藝上采取鍍硬金方法或以鎳打底的鍍金或浸金工藝技術(shù)。 印制電路板化學鍍和電鍍的主要目的是確保印制電路板的可焊性、防護性、導(dǎo)電性和耐磨性。,,Company Logo,本章主要介紹在印制板生產(chǎn)工藝中必須用到的 化學鍍銅、化學鍍鎳金、化學鍍鎳/浸金、激光化學鍍金、化學鍍錫、化學鍍銀、化學鍍銠、化學鍍鈀、 電鍍銅、激光鍍銅、電鍍錫鉛、電鍍鎳金、脈沖鍍金、電鍍銀及其它金屬的技術(shù)。,,Company Logo,6.1 電鍍銅,銅 元素符號Cu, 具有良好的導(dǎo)電性和良好的機械性能，并且銅容易活化，能夠與其它金屬鍍層形成良好的金屬一金屬間鍵合，從而獲得鍍層間的良好的結(jié)合力。,電鍍廠,,Company Logo,6.1.1 銅鍍層的作用及對鍍層，鍍液的基本要求 1. 鍍銅層的作用 （1）是作為孔的化學鍍銅層（一般0.5-2微米）的加厚層，通過全板鍍銅達到厚度5-8微米，一般稱為加厚銅； （2）是作為圖形電鍍Sn-Pb或低應(yīng)力鎳的底層，其厚度可達20-25微米，一般稱為圖形鍍銅。,,Company Logo,2. 對銅鍍層的基本要求 (1). 良好的機械性能 (2). 鍍液有良好的分散能力和深鍍能力 (3).鍍層與基體結(jié)合牢固，結(jié)合力好。 (4).鍍層有良好的導(dǎo)電性 (5).鍍層均勻，細致，有良好的外觀。,,Company Logo,3. 對鍍銅液的基本要求 (1).鍍液具有良好的分散能力和深鍍能力，以保證在印制板比較厚和孔徑比較小時，仍能達到Ts:Th接近1：1. (2).鍍液在寬的電流密度范圍內(nèi)，都能得到均勻，細致，平整的鍍層。 (3).鍍液穩(wěn)定，便于維護，對雜質(zhì)的容忍度高。,,Company Logo,6.1.2 鍍銅液的選擇,鍍銅溶液有多種類型如：硫酸鹽型，焦磷酸鹽型，氟硼酸鹽型以及氰化物型。 硫酸鹽型鍍液獲得均勻，細致，柔軟的鍍層，并且鍍液成分簡單，分散能力和深鍍能力好，電流效率高，沉積速度快，污水治理簡單，所以，印制板鍍銅主要使用硫酸鹽鍍銅。,,Company Logo,一種是用于零件電鍍的普通硫酸鹽鍍銅液 一種是用于印制板電鍍的高分散能力的鍍銅液，這種鍍液具有“高酸低銅”的特點，因而有很高的導(dǎo)電性和很好的分散能力與深鍍能力。,電鍍液,,Company Logo,表6-1 硫酸鹽型鍍液,,Company Logo,沒有添加劑的硫酸鹽鍍銅液，不可能達到使用的要求。 我國對光亮酸性鍍銅添加劑的研制始于七十年代，具有代表性的添加劑產(chǎn)品有電子部15所的LC153和SH-110等。 改革開放以來，從國外引進了大量印制板生產(chǎn)線，同時也引進了很多先進的電鍍添加劑，用于高分散能力的鍍銅液的添加劑及其工藝見表6-3,,Company Logo,表6-2 國產(chǎn)鍍銅添加劑及其工藝,,Company Logo,表6-3 各種鍍銅添加劑及其工藝,,Company Logo,1. 電鍍銅機理 鍍銅溶液的主要成分是硫酸銅和硫酸，在直流電壓的作用下，在陰，陽極上發(fā)生如下反應(yīng)： 陰極：Cu2+2e Cu 陽極： Cu-2e Cu2+ 在直流情況下電流效率可達98以上。,,Company Logo,2. 鍍銅液的配制 1）以10NaOH溶液注入鍍槽，開啟過濾機和空氣攪拌。將此液加溫到60C，保持4-8小時，然后用清水沖洗。再注入5硫酸，同樣浸洗然后用清水沖洗。 2）在備用槽內(nèi)，注入所配溶液1/4體積的蒸餾水或去離子水，在攪拌下緩慢加入計量的硫酸，借助于溶解所放出的熱量，加入計量的硫酸銅，攪拌使全部溶解。 3）加入1-1.5毫升/升雙氧水,攪拌1小時，升溫至650C，保溫1小時，以趕走多余的雙氧水。,,Company Logo,4）加入3克/升活性炭，攪拌1小時，靜止半小時后過濾，直至沒有炭粒為止。將溶液轉(zhuǎn)入鍍槽。 5）加入計量的鹽酸，加入計量的添加劑，加蒸餾水或去離子水至所需體積。放入予先準備好的陽極。 6）以1-1.5安培/分米2陽極電流密度進行電解處理，使陽極形成一層致密的黑色薄膜。大約3-4小時以后，可以投入使用。,,Company Logo,(1). 硫酸銅 硫酸銅是鍍液中主鹽，它在水溶液中電離出銅離子，銅離子在陰極上獲得電子沉積出銅鍍層。硫酸銅濃度控制在60-100克/升。 (2). 硫酸 硫酸的主要作用是增加溶液的導(dǎo)電性。硫酸的濃度對鍍液的分散能力和鍍層的機械性能均有影響,鍍液中各成份的作用,,Company Logo,3. 操作條件的影響 (1). 溫度 (2). 電流密度 (3). 攪拌 (4). 陽極 (5). 鍍液的維護,,Company Logo,(1). 溫度 溫度對鍍液性能影響很大，溫度提高，會導(dǎo)致允許的電流密度提高，加快電極反應(yīng)速度，一般以20-300C為佳。,,Company Logo,(2). 電流密度 為了提高生產(chǎn)效率，在保證鍍層質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量使用高的電流密度。電流密度不同，沉積速度也不同。,,Company Logo,(3). 攪拌 攪拌可以消除濃差極化，提高允許電流密度，從而提高生產(chǎn)效率。攪拌可以通過使工件移動或使溶液流動，或兩者兼有來實現(xiàn)。,,Company Logo,1). 陰極移動： 陰極移動是通過陰極桿的運動來實現(xiàn)工件的移動。 2). 壓縮空氣攪拌：對鍍銅液而言，它能提供足夠的氧氣，促進溶液中的Cu+氧化成Cu2+，協(xié)助消除Cu+的干擾。 3). 過濾：過濾可以凈化溶液，使溶液中的機械雜質(zhì)及時地除去，防止或減少了毛刺出現(xiàn)的機會,攪拌的方式,,Company Logo,4. 陽極 硫酸鹽光亮鍍銅，要使用含磷陽極，其磷含量0.04-0.065，銅含量不小于99.9。 其它雜質(zhì)的允許含量見表6-4。,,Company Logo,為什么使用含磷銅陽極？ 使用優(yōu)質(zhì)含磷銅陽極，能在陽極表面形成一層黑色保護膜，它象柵欄一樣，能控制銅的溶解速度并大大減少了陽極泥。,,Company Logo,5鍍液的維護 (1). 定期分析調(diào)整鍍液中硫酸銅，硫酸和氯離子的濃度，使之經(jīng)常處于最佳狀態(tài)。 (2). 添加劑的補充：在電鍍過程中，添加劑不斷消耗，可以根據(jù)安時數(shù)，按供應(yīng)商提供的添加量進行補充，但還要考慮鍍件攜帶的損失，適當增加5-10。,,Company Logo,(3). 定期用活性碳處理： 在電鍍過程中，添加劑要分解，同時干膜或抗電鍍油墨分解物及板材溶出物等都會對鍍液構(gòu)成污染，因此要定期用活性炭凈化。一般每年至少用活性炭處理一次,,Company Logo,表6-5 電鍍銅故障原因及排除方法,6. 常見故障及處理,,Company Logo,6.1.4 半光亮酸性鍍銅 半光亮酸性鍍銅的特點在于它所用光亮劑不含硫，因而添加劑的分解產(chǎn)物少，鍍層的純度高，延性好。 同時鍍液具有極好的深鍍能力，鍍層外觀為均勻，細致，整平的半光亮鍍層。,,Company Logo,表6-6 半光亮酸性鍍銅Cu-200*的配方及操作條件,,Company Logo,6.1.5 印制板鍍銅的工藝過程 鍍銅用于全板電鍍和圖形電鍍，其中全板鍍銅是緊跟在化學鍍銅之后進行，而圖形電鍍是在圖相轉(zhuǎn)移之后進行的。,,Company Logo,全板電族的工藝流程如下： 化學鍍銅 活化 電鍍銅 防氧化處理 水沖洗 干燥 刷板 印制負相抗蝕圖象 修版 電鍍抗蝕金屬 水沖洗 去除抗蝕劑 水沖 蝕刻,,Company Logo,圖形電鍍銅與電鍍錫鉛合金（或錫）連在一條生產(chǎn)線上工藝過程如下：,,Company Logo,6.1.6 脈沖鍍銅 脈沖電鍍（也稱為PC電鍍）與傳統(tǒng)的直流電鍍（也成為DC電鍍）相比，可提高鍍層純度，降低鍍層空隙率，改善鍍層厚度的均勻性。 脈沖電鍍的實現(xiàn)不僅需要一個工藝參數(shù)與鍍液相匹配的脈沖電源，還必須加強溶液的傳遞過程，如加強過濾、振動、甚至使用超聲攪拌等等。,,Company Logo,脈沖電鍍基本參數(shù)： 脈沖導(dǎo)通時間（即脈寬） Ton 脈沖關(guān)斷時間 Toff 脈沖周期 Ton+Toff 脈沖頻率 f=1/ 脈沖占空比 r=Ton/*100% 脈沖電鍍平均電流密度 I（Ion*Ton-Ioff*Toff）/(Ton+Toff),,Company Logo,6.2電鍍Sn/Pb合金,電鍍Sn/Pb合金大多是與電鍍銅組成的自動生產(chǎn)線上來進行的。20世紀70年代開始， 電鍍SnPb合金層除了作耐堿抗蝕劑外，還用作可焊層(經(jīng)熱油熱熔或紅外熱熔后)。,化學鍍膜處理層,,Company Logo,6.2.1 Sn/Pb合金鍍配方與工藝規(guī)范,,Company Logo,6.2.2 主要成分的作用 1. 金屬離子的作用 在SnPb合金鍍中，總金屬離子濃度提高將有利于提高陰極電流密度的上限值和提高鍍層的沉積速率。 2.氟硼酸的作用 氟硼酸能與鍍液中的Sn2+和Sn2+pb2+形成穩(wěn)定的絡(luò)離子，以提供電沉積時所需求的金屬離子。,,Company Logo,3.硼酸作用 硼酸的作用主要在于穩(wěn)定鍍液中的氟硼酸，使之不水解。從下式可看出。 HBF4+3H2OH3BO3+4HF 4.添加劑的作用 蛋白胨添加劑和非胨體系添加劑有結(jié)晶細化劑，能提高分散能力和深鍍能力,,Company Logo,6.2.3 工藝參數(shù)的影響 1.電流密度的影響 2.溫度 3.循環(huán)過濾與陰極移動 4.陽極,,Company Logo,表69 60/40的Sn/Pb合金陽極技術(shù)條件,,Company Logo,6.3 電鍍鎳和電鍍金,電鍍鎳/金是指在PCB表面導(dǎo)體先鍍上一層鎳后再鍍上一層金而言的 一般要采用工藝導(dǎo)線法或圖形電鍍鍍法 常用的電鍍鎳可分為光亮鍍鎳和半光亮鍍鎳。其所用的配方體有硫酸鹽體系和氨基磺酸鹽體系等。,,Company Logo,6.3.1插頭電鍍鎳與金。 其工藝流程如下： 上板清洗微蝕刷洗活化漂洗電鍍低應(yīng)力鎳漂洗活化漂洗電鍍金金回收(用)漂洗烘干下板,,Company Logo,表614 低應(yīng)力鎳液組成、配方及工藝條件,,Company Logo,6.3.2電鍍鎳/閃鍍金或電鍍鎳/電鍍厚金 1. 電鍍鎳/閃鍍金 它是在電鍍鎳（35m厚）上再閃鍍0.050.15m厚度的金層。薄金層主要是用來保護和保證鎳層的可焊性能。,采用電鍍的金手指部位,,Company Logo,表616 鍍閃金、厚金液組成配方,,Company Logo,2.電鍍鎳/電鍍厚金 工藝流程如下： 圖形鍍銅水洗微蝕雙逆水漂洗酸洗水洗電鍍鎳雙逆水漂洗鎳活化雙逆水漂洗電鍍金金回收（用）酸洗水洗烘干,,Company Logo,6.3.3電鍍鎳和電鍍金的維護,,Company Logo,6.4 化學鍍鎳/浸金,6.4.1化學鍍鎳/金發(fā)展的背景 表面封裝技術(shù)SMD的興起，要求PCB本身不能彎曲，以避免潛在的應(yīng)力、滑位、塌坍和短路的危險?；瘜WNi/Au表面鍍層等可以滿足SMD焊裝要求。,電鍍生廠線,,Company Logo,化學Ni/Au鍍層原則上可以完全滿足上述所有要求。但是，一般所講的化學Ni/Au，指的是鎳厚度大約為5m，是用自催化鍍鎳溶液制備的。而化學Au，實際上是化學浸Au，是通過Au置換Ni而產(chǎn)生的，厚度通常只能在0.030.1m之間，最大也不超過0.15m，只能滿足熔焊和金線搭接焊的要求。在搭接焊中，要求化學Ni/Au中Au層厚度在0.30.5m。為此，Au層只好用自催化還原的Au的方法來制作。這樣，成本將是很高而難于接受的。,,Company Logo,ATO公司在開發(fā)了化學Ni/Au表面鍍層后，又開發(fā)了化學Ni/Pd/Au（厚度：5m/0.5m/0.02m）全功能的表面復(fù)合鍍層，可以代替0.3m以上的Au層，進行任何形式的焊接和搭接。,,Company Logo,2.各種因素對鍍鎳速度的影響 (1). 溫度 (2). pH值 (3). 鎳鹽的濃度 (4). 添加劑 (5). 反應(yīng)產(chǎn)物,,Company Logo,6.4.4化學浸金 浸鍍金的置換反應(yīng)為： 2Au(CN)2Ni - 2Au Ni(CN)42 原則上講，當鎳面上完全覆蓋上一層Au之后，金的析出便停止。但由于金層表面孔隙很多，故多孔的金屬下的鎳仍可溶解，而金還會繼續(xù)析出在鎳上，只不過速率愈來愈低，直至終止。,,Company Logo,表6-22浸金溶液配方,,Company Logo,Aurotech是ATO公司開發(fā)的化學Ni/Au制程的商品名稱。適用于制作阻礙膜之后的印制電路板的裸露區(qū)域（一般是焊腳或連接盤的導(dǎo)通孔）進行選擇性鍍覆的化學法。 Aurotech工藝能在裸露的Cu表面和金屬化孔內(nèi)沉積均勻的化學Ni/Au鍍層，即便是高厚徑比的小孔也如此。,,Company Logo,3. Aurotech工藝步驟說明,,Company Logo,6.5脈沖鍍金、化學鍍金及激光化學鍍金,6.5.1脈沖鍍金 脈沖鍍金工藝是應(yīng)用脈沖技術(shù)最早，最多和最有成效的鍍種之一，它比直流鍍金具有更優(yōu)異的鍍層性能，如鍍金層結(jié)晶致密光亮、純度高、可焊性好、孔隙少和耐蝕性高等。,,Company Logo,表623 酸性脈沖鍍金工藝規(guī)范,,Company Logo,6.5.2化學鍍金 化學鍍與浸鍍其機理完全不同，化學鍍是指在沒有外電流的作用下，利用溶液中的還原劑將金屬離子還原為金屬并沉積在基體表面，而形成金屬鍍層的表面加工方法，又成為自催化電鍍和無電電鍍。,,Company Logo,表6-24化學鍍薄金工藝配方,,Company Logo,2化學鍍厚金工藝 化學鍍厚金是在化學浸金的鍍層上進行，鍍液中加入特殊的還原劑，使在置換與自催化作用下鍍金。鍍層厚度達0.51m，是金線壓焊的理想鍍層。有特殊要求也可鍍2m。,電鍍生長,,Company Logo,表625 化學鍍厚金工藝,,Company Logo,1. 化學鍍錫機理 銅基體上的化學鍍錫原則上屬于化學浸錫，是銅與鍍液中絡(luò)合錫離子發(fā)生置換反應(yīng)的結(jié)果。當錫層形成后，反應(yīng)立即停止。 普通酸性溶液中，銅的標準電極電位0Cu+/Cu=0.51V，錫的標準電極電位0Sn2+/Sn=0.136V，故金屬銅不可能置換溶液中的錫離子而生成金屬錫。,,Company Logo,1. 化學鍍錫 在有絡(luò)合物（如硫脲）存在的條件下，使銅置換溶液的錫離子成為可能。此時的化學反應(yīng)如下： 4(NH2)2CS + 2Cu2+-2e 2Cu(NH2)2CS4+ Sn2+-2e Sn 4(NH2)2CS + 2Cu2+ + Sn2 + 2Cu(NH2)2CS4+ + Sn2+ (1),6.6化學鍍錫、鍍銀、鍍鈀和鍍銠,,Company Logo,2、化學鍍銀的工藝方法仍以浸鍍?yōu)橹?，其化學反應(yīng)式如下： 2Ag+CuCu+2+2Ag 3、工藝流程：酸性除油水沖洗微蝕水洗刷光預(yù)浸化學鍍