電鍍銅工藝專業(yè)介紹

1、電鍍銅工藝專業(yè)介紹第1頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍銅工藝電鍍銅工藝n銅的特性銅的特性銅,元素符號(hào)Cu,原子量63.5,密度8.89克/立方厘米,Cu2+的電化當(dāng)量1.186克/安時(shí). 銅具有良好的導(dǎo)電性和良好的機(jī)械性能.銅容易活化,能夠與其他金屬鍍層形成良好的金屬-金屬間鍵合,從而獲得鍍層間的良好結(jié)合力.第2頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍銅工藝的功能電鍍銅工藝的功能n電鍍銅工藝電鍍銅工藝 在化學(xué)沉銅層上通過(guò)電解方法沉積金屬銅,以提供足夠的導(dǎo)電性/厚度及防止導(dǎo)電電路出現(xiàn)發(fā)熱和機(jī)械缺陷.第3頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍銅工藝的功能電鍍銅工藝的功能n電鍍銅層的作用電鍍銅層的作用作為孔的化學(xué)沉銅層的加厚層,通過(guò)全板鍍銅達(dá)到厚度5-8

2、微米,稱為加厚銅. 作為圖形電鍍錫或鎳的底層,其厚度可達(dá)20-25微米,稱為圖形鍍銅.第4頁(yè)，共50頁(yè)。 （1）鍍層均勻、細(xì)致、平整、無(wú)麻點(diǎn)、無(wú)針孔，有良好外 觀的光亮或半光亮鍍層。（2）鍍層厚度均勻，板面鍍層厚度與孔壁鍍層厚度之比接 近1：1。（3）鍍層與銅基體結(jié)合牢固，在鍍後和後續(xù)工序的加工過(guò)程 中，不會(huì)出現(xiàn)起泡、起皮等現(xiàn)象。（4）鍍層導(dǎo)電性好（5）鍍層柔軟性好，延伸率不低于10%，抗張強(qiáng)度20-50Kg/mm2, 以保證在後工序波峰焊和熱風(fēng)整平時(shí)，不至于固環(huán)氧樹脂 基材上銅鍍層的膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致鍍銅層産生縱向斷裂 （環(huán)氧樹脂膨脹系數(shù)12.810-5 / ,銅的膨脹系數(shù)0.68 10-5

3、/)對(duì)銅鍍層的基本要求對(duì)銅鍍層的基本要求第5頁(yè)，共50頁(yè)。（1）有良好的分散能力和深鍍能力，即使在很低的電流 密度下，也能得到均勻細(xì)致的鍍層，以保證在印制 板的板厚孔徑比較大時(shí)，仍能達(dá)Ts:Th接近1：1。（2）電流密度範(fàn)圍寬，如在赫爾槽2A下，全板鍍層均勻 一致。（3）鍍液穩(wěn)定，便于維護(hù)，對(duì)雜質(zhì)的容忍性高，對(duì)溫度 的容忍性高。（4）鍍液對(duì)覆銅箔板無(wú)傷害對(duì)鍍銅液的基本要求對(duì)鍍銅液的基本要求第6頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍銅的原理電鍍銅的原理電鍍液組成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加劑)+-離子交換直流整流器ne-ne-電鍍上銅層陰極(受鍍物件)鍍槽陽(yáng)極Cu Cu2+ + 2e-

4、Cu2+ + 2e- Cu 第7頁(yè)，共50頁(yè)。硫酸鹽酸性鍍銅的機(jī)理硫酸鹽酸性鍍銅的機(jī)理電極反應(yīng)電極反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)電極電位標(biāo)準(zhǔn)電極電位陰極： Cu2+ +2eCu 。 Cu2+ / Cu = +0.34V副反應(yīng) Cu2+ + eCu 。 Cu2+ / Cu = +0.15V Cu+ + eCu 。 Cu+ / Cu = +0.51V陽(yáng)極： Cu -2e Cu2+ Cu - e Cu+ 2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ 2Cu2+ + H2O 2Cu+ + 2 H2O 2CuOH + 2H+ 2Cu+ Cu2+ + Cu Cu2O + H2O副反應(yīng)第8頁(yè)，共50頁(yè)。酸性鍍銅液各成分及特性簡(jiǎn)介酸性鍍銅

5、液各成分及特性簡(jiǎn)介 酸性鍍銅液成分酸性鍍銅液成分 硫酸銅（CuSO4.5H2O) 硫酸 (H2SO4) 氯離子（Cl-) 添加劑第9頁(yè)，共50頁(yè)。酸性鍍銅液各成分功能酸性鍍銅液各成分功能 CuSO4.5H2O：主要作用是提供電鍍所需Cu2及提高導(dǎo)電能力 H2SO4：主要作用是提高鍍液導(dǎo)電性能，提高通孔電鍍的均勻性。 Cl-：主要作用是幫助陽(yáng)極溶解，協(xié)助改善銅的析出，結(jié)晶。 添加劑：主要作用是改善均鍍和深鍍性能，改善鍍層結(jié)晶細(xì)密性。第10頁(yè)，共50頁(yè)。酸性鍍銅液中各成分含量對(duì)電鍍效果的影響酸性鍍銅液中各成分含量對(duì)電鍍效果的影響 CuSO4.5H2O：濃度太低，高電流區(qū)鍍層易燒焦； 濃度太高，鍍液

6、分散能力會(huì)降低。 H2SO4：濃度太低，溶液導(dǎo)電性差，鍍液分散能力差。 濃度太高，降低Cu2+的遷移率，電流效率反而降低，並對(duì)銅 鍍層的延伸率不利。 Cl-：濃度太低，鍍層出現(xiàn)臺(tái)階狀的粗糙鍍層，易出現(xiàn)針孔和燒焦； 濃度太高，導(dǎo)致陽(yáng)極鈍化，鍍層失去光澤。 添加劑：（後面專題介紹）第11頁(yè)，共50頁(yè)。 操作條件對(duì)酸性鍍銅效果的影響操作條件對(duì)酸性鍍銅效果的影響溫度溫度 溫度升高，電極反應(yīng)速度加快，允許電流密度提高，鍍層沉 積速度加快，但加速添加劑分解會(huì)增加添加劑消耗，鍍層結(jié) 晶粗糙，亮度降低。 溫度降低，允許電流密度降低。高電流區(qū)容易燒焦。防止鍍 液升溫過(guò)高方法：鍍液負(fù)荷不大于0.2A/L，選擇導(dǎo)電

7、性能優(yōu) 良的掛具，減少電能損耗。配合冷水機(jī)，控制鍍液溫度。電流密度電流密度 提高電流密度，可以提高鍍層沉積速率，但應(yīng)注意其鍍層 厚度分布變差。攪拌攪拌 陰極移動(dòng)：陰極移動(dòng)是通過(guò)陰極桿的往複運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn) 工件的移動(dòng)。移動(dòng)方向與陽(yáng)極成一定角度。陰極移動(dòng)振幅 5075mm，移動(dòng)頻率1015次/分第12頁(yè)，共50頁(yè)。振動(dòng)與擺動(dòng)振動(dòng)與擺動(dòng)的主要作用是降低diffusion layer的厚度（增大表面張力），趕走孔內(nèi)的氣泡，加速孔內(nèi)鍍液的補(bǔ)充與更新，提升鍍件品質(zhì)。 振幅 200m 振頻 根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)，一般振30s停20s擺幅 56cm 擺頻 1012次/分 第13頁(yè)，共50頁(yè)。 空氣攪拌 無(wú)油壓縮空氣流

8、量0.3-0.8m3 / min.m2 打氣管距槽底38cm，氣孔直徑2 mm孔間距80130 mm。 孔中心線與垂直方向成45o角。過(guò)濾過(guò)濾PP濾芯、510m過(guò)濾精度、流量25次循環(huán)/小時(shí) 陽(yáng)極陽(yáng)極磷銅陽(yáng)極、含磷0.04-0.065%第14頁(yè)，共50頁(yè)。 為何不用電解銅或無(wú)氧銅作陽(yáng)極為何不用電解銅或無(wú)氧銅作陽(yáng)極? 銅粉多，陽(yáng)極泥多。 鍍層易產(chǎn)生毛刺和粗糙。 銅離子濃度逐漸升高，難以控制。 添加劑消耗量大。 陽(yáng)極利用率低。第15頁(yè)，共50頁(yè)。 磷銅陽(yáng)極的特色磷銅陽(yáng)極的特色 通電后磷銅表面形成一層黑色(或棕黑)的薄膜 黑色(或棕黑色)薄膜為Cu3P又稱磷銅陽(yáng)極膜 磷銅陽(yáng)極膜的作用 陽(yáng)極膜本身對(duì)(

9、Cu+-eCu2+)反應(yīng)有催化、加速作用，從而 減少Cu+的積累。 陽(yáng)極膜形成后能抑制Cu+的繼續(xù)產(chǎn)生 陽(yáng)極膜的電導(dǎo)率為1.5X104 -1 cm-1具有金屬導(dǎo)電性 磷銅較純銅陽(yáng)極化小(1A/dm2 P0.04-0.065%磷銅的陽(yáng)極化 比無(wú)氧銅低50mv-80mv)不會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極鈍化。 陽(yáng)極膜會(huì)使微小晶粒從陽(yáng)級(jí)脫落的現(xiàn)象大大減少 陽(yáng)極膜在一定程度上阻止了銅陽(yáng)極的過(guò)快溶解第16頁(yè)，共50頁(yè)。磷銅陽(yáng)極的特色磷銅陽(yáng)極的特色當(dāng)陽(yáng)極電流密度0.4-1.5A/dm2時(shí)，陽(yáng)極含磷量與黑膜生成量成線性關(guān)系，當(dāng)含P0.035%-0.0.75%時(shí)，陽(yáng)極銅的利用率最高，泥渣生成量最少。當(dāng)P含量太低0.005%以下，

10、雖有黑膜生成但是太薄，不足以保護(hù)銅陽(yáng)極，當(dāng)P含量太高時(shí)，黑 膜太厚，陽(yáng)極溶解不好，陽(yáng)極 泥渣多，鍍液中銅濃度下降，添加劑消耗增加。第17頁(yè)，共50頁(yè)。 圓形鈦籃銅陽(yáng)極表面積估算方法 dlf /2F=3.14 d=鈦籃直徑 l=鈦籃長(zhǎng)度 f=系數(shù) 方形鈦籃銅陽(yáng)極表面積估算方法 1.33lwf l=鈦籃長(zhǎng)度 w=鈦籃寬度 f=系數(shù) f與銅球直徑有關(guān): 直徑=12mm f=2.2 直徑=15mm f=2.0 直徑=25mm f=1.7 直徑=28mm f=1.6 直徑=38mm f=1.2電鍍銅陽(yáng)極表面積估算方法電鍍銅陽(yáng)極表面積估算方法第18頁(yè)，共50頁(yè)。磷銅陽(yáng)極材料要求規(guī)格磷銅陽(yáng)極材料要求規(guī)格 主

11、成份主成份 Cu : 99.9% minP : 0.04-0.065% 雜質(zhì)雜質(zhì)Fe : 0.003%max S : 0.003%max Pb : 0.002%maxSb : 0.002%max Ni : 0.002%max As : 0.001%max第19頁(yè)，共50頁(yè)。 影影響陽(yáng)極溶解的因素：響陽(yáng)極溶解的因素： 陽(yáng)極面積(即陽(yáng)極電流密度控制在0.5ASD-2.5ASD之間) 陽(yáng)極袋 (聚丙烯) 陽(yáng)極及陽(yáng)極袋的清洗方法和頻率第20頁(yè)，共50頁(yè)。陽(yáng)極袋與陽(yáng)極膜陽(yáng)極袋 1.陽(yáng)極袋可用PP材質(zhì)，使用之前要用稀硫酸浸泡一段時(shí)間。 2.正常的陽(yáng)極膜是黑色的，若呈棕色時(shí)表示陽(yáng)極含磷不夠，呈銀灰色時(shí)表示槽

12、液中含氯離子太多而生成了氯化銅。但這只是一般判斷，尚須槽液分析輔助。 3.陽(yáng)極袋的功用在于防止陽(yáng)極膜的碎屑、碎銅粒掉落槽中，更換頻率約為半年一次，但只要發(fā)現(xiàn)有破損應(yīng)立即更換第21頁(yè)，共50頁(yè)。添加劑對(duì)電鍍銅工藝的影響添加劑對(duì)電鍍銅工藝的影響 載體載體 -吸附到所有受鍍表面, 增加 表面 阻抗,從而改變分布不 良情況. 抑制沉積速率 整平劑整平劑 -選擇性地吸附到受鍍表面 抑制沉積速率各添加劑相互制約地起作用. 光亮劑光亮劑 - 選擇性地吸附到受鍍表面, 降低表面阻抗,從而惡化分 布不良情況. 提高沉積速率 氯離子氯離子 -增強(qiáng)添加劑的吸附第22頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍層的光亮度電鍍層的光亮度 載體

13、(c) /光亮劑 (b)的機(jī)理n 載體(c)快速地吸附到所有受鍍表面并均一地抑制電沉積n 光亮劑(b)吸附于低電流密度區(qū)并提高沉積速率.n 載體(c)和光亮劑(b)的交互作用導(dǎo)致產(chǎn)生均勻的表面光亮度bbbbbbbcbcbccccbcccbcccbcccbcccbcbcb b第23頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍的整平性能電鍍的整平性能光亮劑(b),載體(c),整平劑(l)的機(jī)理n載體抑制沉積而光亮劑加速沉積n整平劑抑制凸出區(qū)域的沉積n整平劑擴(kuò)展了光亮劑的控制范圍b c c c c c b c c c cccbccc cbbbc ccbccbb c b c b c b c b c bbcbcbc bbbbc

14、bcbcbcl b c c c b c c b l lccblll cbbbl ccbcbb光亮劑和載體光亮劑和載體光亮劑光亮劑/ /載體載體/ /整平劑的混合整平劑的混合過(guò)量光亮劑過(guò)量光亮劑第24頁(yè)，共50頁(yè)。 電鍍銅溶液電鍍銅溶液 電鍍銅溶液的電導(dǎo)率F硫酸的濃度F溫度硫酸銅濃度添加劑 板厚度(L),孔徑(d) 攪拌攪拌: 提高電流密度提高電流密度 表面分布（均勻性）也受分散能力影響表面分布（均勻性）也受分散能力影響.電鍍銅溶液的分散能力電鍍銅溶液的分散能力(Throwing Power)第25頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍銅層的物理特性電鍍銅層的物理特性 延展性延展性 當(dāng)鍍層厚度為50而鍍層延展性減少

15、18-20%時(shí),需要采用活性炭處理以除去雜質(zhì)(有機(jī)分解物) 抗張強(qiáng)度抗張強(qiáng)度 通常 kg/mm2第26頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍銅溶液的控制電鍍銅溶液的控制五水硫酸銅濃度（60-90g/L） 硫酸濃度 （180-220 g/L ） 氯離子濃度（40-80ml/L） 槽液溫度（20-30）用CVS分析添加劑GT-100濃度 鍍層的物理特性(延展性/抗張強(qiáng)度) 分析項(xiàng)目分析項(xiàng)目上述項(xiàng)目須定期分析,并維持在最佳范圍內(nèi)生產(chǎn)第27頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍銅溶液的控制電鍍銅溶液的控制 赫爾槽試驗(yàn)赫爾槽試驗(yàn) (Hull Cell Test)陰極陰極-陽(yáng)極陽(yáng)極+第28頁(yè)，共50頁(yè)。 赫爾槽結(jié)構(gòu)示意圖赫爾槽結(jié)構(gòu)示意圖1升容積

16、267ml容積AB 119mm47.6mmBC 127mm101.7mmCD 213mm127mmDA 86mm 63.5mmDE 81mm63.5mmABCDEF第29頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍銅溶液的控制電鍍銅溶液的控制 赫爾槽試驗(yàn)赫爾槽試驗(yàn)(Hull Cell Test)參數(shù)參數(shù) 電流: 1-2A 時(shí)間: 5分鐘或者10分鐘 攪拌: 空氣攪拌 溫度: 室溫第30頁(yè)，共50頁(yè)。 高電流部有針點(diǎn)，潤(rùn)濕劑(表面活性劑)不足 工作區(qū)（3-4cm）和高電流部發(fā)霧，光澤不足高電流部燒焦的寬度（小于1.5cm）較大，金屬成分不足高電流密度區(qū)呈條紋狀沉積,整個(gè)試片光亮度降低,鹽酸不足+燒焦凹坑模糊電流密度高低圖

17、7.2 霍爾槽的板件例子電鍍銅溶液的控制電鍍銅溶液的控制 赫爾槽試驗(yàn)赫爾槽試驗(yàn)第31頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍銅溶液的控制電鍍銅溶液的控制 延展性延展性 用不銹鋼片在鍍槽或延展性測(cè)試槽鍍上大于2mil 銅片. 再以130oC把銅片烘2小時(shí). 用延展性測(cè)試機(jī)進(jìn)行測(cè)試.第32頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍銅溶液的控制電鍍銅溶液的控制 熱沖擊測(cè)試熱沖擊測(cè)試 以120oC烘板4小時(shí). 把板浸入288oC鉛錫爐10秒. 以金相切片方法檢查有否銅斷裂.第33頁(yè)，共50頁(yè)。 電鍍液維護(hù)電鍍液維護(hù) 電鍍液會(huì)發(fā)生成分變化(變質(zhì))的。爲(wèi)了調(diào)整、恢複原狀，需要補(bǔ)充藥品。如果有雜質(zhì)的沉積，就要除掉雜質(zhì)(再生)，到了不能使用時(shí)就要全量或者

18、部分報(bào)廢，更換新鍍液。鍍液的再生采用(1)活性碳處理；(2)弱電解(拖缸)處理等。補(bǔ)充藥品方法有(1) 分析補(bǔ)充；(2)耗量補(bǔ)充（根據(jù)做板量自動(dòng)添加）兩種。電鍍銅溶液的控制電鍍銅溶液的控制第34頁(yè)，共50頁(yè)。PCB電鍍銅工藝過(guò)程電鍍銅工藝過(guò)程 全板電鍍工藝過(guò)程 注：一次銅制程前板面不臟的話可以不用酸性清潔上 料酸性清潔劑雙水洗浸 酸電鍍銅下 料雙水洗剝掛架雙水洗上 料第35頁(yè)，共50頁(yè)。 各工序功能各工序功能 酸性清潔劑 除去表面污漬 提高銅面親水性能 浸酸 活化待電鍍銅表面并除去銅面氧化 電鍍銅 提高孔內(nèi)及線路銅層厚度，增加導(dǎo)電性能。 剝掛架 剝除掛架上鍍上的銅全板電鍍工藝過(guò)程全板電鍍工藝過(guò)

19、程第36頁(yè)，共50頁(yè)。 鍍銅層的作用鍍銅層的作用 作爲(wèi)化學(xué)鍍銅的加厚鍍層和作爲(wèi)圖形電鍍的底鍍層。 化學(xué)鍍銅層一般0.5m2 m，必須經(jīng)過(guò)電鍍銅後才可進(jìn)行 下一步加工，加厚銅是全板電鍍，厚度一般在58 m。全板電鍍工藝過(guò)程全板電鍍工藝過(guò)程第37頁(yè)，共50頁(yè)。全板電鍍工藝過(guò)程操作條件全板電鍍工藝過(guò)程操作條件 酸性清潔劑酸性清潔劑-210: 酸性清潔劑P20 ：4%-6% 溫度 : 35oC ( 30-40oC) 處理時(shí)間 : 5分鐘 ( 4-6分鐘)第38頁(yè)，共50頁(yè)。全板電鍍工藝過(guò)程操作條件全板電鍍工藝過(guò)程操作條件 浸浸 酸酸 硫酸 (96%) : 5%-10% 溫度 : 室溫 ( 20-40o

20、C) 處理時(shí)間 : 1分鐘 ( 0.5-2分鐘)第39頁(yè)，共50頁(yè)。全板電鍍工藝過(guò)程操作條件全板電鍍工藝過(guò)程操作條件 電鍍銅電鍍銅 五水硫酸銅 : 70g/l (60-90g/l) 硫酸 : 200g/L (180-220g/l) 氯離子 : 60ppm (40-80ppm) 鍍銅添加劑GT -100 : 14ml/l (整平劑8-20ml/l；光澤 劑0. 1-0.8ml/l) 溫度 : 25oC ( 20-30oC) 處理時(shí)間 : 15分鐘以上 ( 根據(jù)所需厚度及電流密度) 第40頁(yè)，共50頁(yè)。電鍍銅鍍層厚度估算方法電鍍銅鍍層厚度估算方法電鍍銅鍍層厚度估算方法(mil)= 0.0087*電鍍陰極電流密度(ASD) X 電鍍時(shí)間(分鐘) 1 mil = 25.4 m第41頁(yè)，共50頁(yè)。PCB電鍍銅工藝過(guò)程電鍍銅工藝過(guò)程 圖形電鍍銅圖形電鍍銅/ /錫工藝過(guò)程錫工藝過(guò)程 酸性除油水洗微蝕水洗浸酸鍍銅水洗鍍錫水洗烘干第42頁(yè)，共50頁(yè)。圖形電鍍銅工藝過(guò)程圖形電鍍銅工藝過(guò)程第43頁(yè)，共50頁(yè)。 流程說(shuō)明流程說(shuō)明 微蝕微蝕 除去較深鍍的氧化、 粗化銅面, 增加電鍍層和底銅的結(jié)合力, 下面是兩種較常 使用的粗化葯水。 葯 水 成 本