PCB电镀铜锡工艺(程师培训资料).ppt

电镀铜/锡工艺,大多数化学品具有,某些化学品具有,当混合某些化学品时,当干燥或混合某些化学品时,“如有疑问需查证”,工业安全,电镀铜工艺,电镀铜工艺,铜的特性铜,元素符号Cu,原子量63.5,密度8.89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.,电镀铜工艺的功能,电镀铜工艺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.,电镀铜工艺的功能,电镀铜层的作用作为孔的化学沉铜层的加厚层,通过全板镀铜达到厚度5-8微米,称为加厚铜.作为图形电镀锡或镍的底层,其厚度可达20-25微米,称为图形镀铜.,电镀铜的原理,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,Cu Cu2+2e-,Cu2+2e-Cu,硫酸鹽酸性鍍銅的機理,電極反應標准電極電位陰極：Cu2+2eCu。Cu2+/Cu=+0.34V副反應 Cu2+eCu。Cu2+/Cu=+0.15V Cu+eCu。Cu+/Cu=+0.51V陽極：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,酸性鍍銅液各成分及特性簡介,酸性鍍銅液成分 硫酸銅（CuSO4.5H2O)硫酸(H2SO4)氯離子（Cl-)添加劑,酸性鍍銅液各成分功能,CuSO4.5H2O：主要作用是提供電鍍所需Cu2及提高導電能力 H2SO4：主要作用是提高鍍液導電性能，提高通孔電鍍的均勻性。Cl-：主要作用是幫助陽極溶解，協助改善銅的析出，結晶。添加劑：主要作用是改善均鍍和深鍍性能，改善鍍層結晶細密性。,酸性鍍銅液中各成分含量對電鍍效果的影響,CuSO4.5H2O：濃度太低，高電流區鍍層易燒焦；濃度太高，鍍液分散能力會降低。H2SO4：濃度太低，溶液導電性差，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，並對銅 鍍層的延伸率不利。Cl-：濃度太低，鍍層出現台階狀的粗糙鍍層，易出現針孔和燒焦；濃度太高，導致陽極鈍化，鍍層失去光澤。添加劑：（後面專題介紹）,操作條件對酸性鍍銅效果的影響,溫度 溫度升高，電極反應速度加快，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增加添加劑消耗，鍍層結 晶粗糙，亮度降低。溫度降低，允許電流密度降低。高電流區容易燒焦。防止鍍 液升溫過高方法：鍍液負荷不大于0.2A/L，選擇導電性能優 良的挂具，減少電能損耗。配合冷水機，控制鍍液溫度。電流密度 提高電流密度，可以提高鍍層沉積速率，但應注意其鍍層 厚度分布變差。攪拌 陰極移動：陰極移動是通過陰極杆的往複運動來實現 工件的移動。移動方向與陽極成一定角度。陰極移動振幅 5075mm，移動頻率1015次/分,空氣攪拌 m3/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。過濾PP濾芯、510m過濾精度、流量25次循環/小時 陽極磷銅陽極、含磷0.04-0.065%,操作條件對酸性鍍銅效果的影響,磷銅陽极的特色,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又稱磷銅陽极膜 磷銅陽极膜的作用 陽极膜本身對(Cu+-eCu2+)反應有催化、加速作用，從而 減少Cu+的積累。陽极膜形成后能抑制Cu+的繼續產生 陽极膜的電導率為1.5X104-1 cm-1具有金屬導電性 磷銅較純銅陽极化小(1A/dm2 P0.04-0.065%磷銅的陽极化 比無氧銅低50mv-80mv)不會導致陽极钝化。陽极膜會使微小晶粒從陽极脫落的現象大大減少 陽极膜在一定程度上阻止了銅陽极的過快溶解,圆形钛篮铜阳极表面积估算方法 dlf/2=3.14 d=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 1.33lwf l=钛篮长度 w=钛篮宽度 f=系数 f与铜球直径有关:直径=12mm f=2.2 直径=15mm f=2.0 直径=25mm f=1.7 直径=28mm f=1.6 直径=38mm f=1.2,电镀铜阳极表面积估算方法,磷铜阳极材料要求规格,主成份Cu:99.9%minP:0.04-0.065%杂质Fe:0.003%max S:0.003%maxPb:0.002%maxSb:0.002%maxNi:0.002%maxAs:0.001%max,影響陽极溶解的因素,陽极面積(即陽极電流密度控制在0.5ASD-1.5ASD之間)陽极袋(聚丙烯)陽极及陽极袋的清洗方法和頻率,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,各添加剂相互制约地起作用.,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,电镀层的光亮度 载体(c)/光亮剂(b)的机理,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,b,b,b,b,b,b,b,cb,cb,c,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,cb,cb,b,电镀的整平性能光亮剂(b),载体(c),整平剂(l)的机理,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,b c c c c c b c c c c,ccb,cc,c c,b,b,b,c c,cbccb,b c b c b c b c b c b,bcb,cb,c b,b,b,b,c b,cbcbc,l b c c c b c c b l l,ccb,ll,l c,b,b,b,l c,cbcbb,光亮剂和载体,光亮剂/载体/整平剂的混合,过量光亮剂,电镀铜镀层厚度估算方法(mil)电镀阴极电流密度(ASD)X 电镀时间(分钟)/114 1 mil=25.4 m,电镀铜镀层厚度估算方法,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)L2/d：（板厚 inch）2/（孔径 inch）搅拌:提高电流密度 表面分布也受分散能力影响.,电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power),电镀铜板面镀层厚度分布评估方法,电镀铜溶液和电镀线的评价,电镀铜溶液和电镀线的评价,电镀铜板面镀层厚度分布评估方法,电镀铜板面镀层厚度分布评价标准:整缸板 CoV 12%为合格,电镀铜溶液和电镀线的评价,Throwing Power 的测定方法,电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power),电镀铜溶液和电镀线的评价,Throwing Power 的测定方法,电镀铜溶液和电镀线的评价,电镀铜溶液和电镀线的评价,延展性,用不锈钢片在镀槽或延展性测试槽镀上2mil 铜片.再以130oC把铜片烘2小时.用延展性测试机进行测试.,测试步骤(1)裁板16x18(2)进行钻孔；(3)经电镀前处理磨刷；(4)Desmear+PTH+电镀；(5)经电镀后处理的板清洗烘干；(6)每片板裁上、中、下3小片100mm x 100mm测试板；,热冲击测试,电镀铜溶液和电镀线的评价,热冲击测试,以120oC烘板4小时.把板浸入288oC铅锡炉10秒.以切片方法检查有否铜断裂.,电镀铜溶液和电镀线的评价,电镀铜溶液的控制,硫酸铜浓度硫酸浓度 氯离子浓度槽液温度用Hull Cell监控添加剂含量镀层的物理特性(延展性/抗张强度),分析项目,上述项目须定期分析,并维持在最佳范围内生产,电镀铜溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test),阴极-,阳极+,电镀铜溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test)参数 电流:2A 时间:10分钟 搅拌:空气搅拌 温度:室温,电镀铜溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test)高电流密度区烧焦,中高电流密度区无光泽-Copper Gleam 125T-2(CH)Additive 非常低改正方法:添加2-3ml/l Copper Gleam 125T-2(CH)Additive,电镀铜溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test)仅高电流密度区烧焦,试片的其它区域仍然正常-Copper Gleam 125T-2(CH)Additive 低改正方法:添加1ml/l Copper Gleam 125T-2(CH)Additive,电镀铜溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test)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,电镀铜溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test)严重污染改正方法:添加3-10ml/l 125T-2(CH)Additive 对抑制此现象可能有帮助.溶液必须安排作活性炭处理,电镀工艺过程,流程说明,流程说明,电镀工艺过程,电镀铜工艺过程,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,Copper Gleam 125T-2(CH)铜添加剂,电镀线配线及设备保养方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线配线方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线药液配制及保养方法,电镀线设备保养方法,电镀线设备保养方法,电镀线设备保养方法,电镀线设备保养方法,问题及解决方法,电镀铜问题及解决方法,问题1.各镀铜层间附着力不良问题2.二次铜(线路镀铜)出现局部漏镀或阶梯镀问题3.板子正反两面镀层厚度不均问题4.镀层过薄问题5.全板面镀铜之厚度分布不均问题6.镀液槽面起泡问题7.通孔铜壁出现破铜问题8.镀铜层烧焦问题9.镀铜层表面长瘤问题10.镀铜层出现凹点问题11.镀层厚度分布不均匀问题12.镀层出现条纹状问题13.镀层脆裂问题14.镀层抗拉强度过低问题15.镀层晶格结构过大问题16.无机物污染问题17.添加剂未能发挥应有功用问题18.添加剂消耗过快,问题1.各镀铜层间附着力不良,问题1.各镀铜层间附着力不良(续),问题2.二次铜(线路镀铜)出现局部漏镀或阶梯镀,问题2.二次铜(线路镀铜)出现局部漏镀或阶梯镀(续),问题3.板子正反两面镀层厚度不均,问题4.镀层过薄,问题5.全板面镀铜之厚度分布不均,问题5.全板面镀铜之厚度分布不均(续),问题6.镀液槽面起泡,问题7.通孔铜壁出现破洞,问题7.通孔铜壁出现破洞(续),问题8.镀铜层烧焦,问题8.镀铜层烧焦(续),问题8.镀铜层烧焦(续),问题9.镀铜层表面长瘤(尤以孔口最易出现铜瘤),问题9.镀铜层表面长瘤(尤以孔口最易出现铜瘤),问题10.镀铜层出现凹点,问题10.镀铜层出现凹点,问题11.镀层厚度分布不均匀,问题11.镀层厚度分布不均匀(续),问题11.镀层厚度分布不均匀(续),问题12.镀层出现条纹状,问题12.镀层出现条纹状(续),问题13.镀层脆裂(Brittle Copper Plating),问题13.镀层脆裂(Brittle Copper Plating)(续),问题14.镀层抗拉强度(Tensile Strength)过低,问题15.镀层晶格结构过大,问题16.无机物污染,问题17.添加剂未能发挥应有功用,问题18.添加剂消耗过快,RHEM 电镀锡工艺,图形电镀铜/锡工艺过程,电镀锡 为碱性蚀刻提供抗蚀层.,电镀锡工艺,锡的特性 锡,元素符号Sn,原子量118.69,密度7.31克/立方厘米,Sn2+的电化当量2.213克/安时.锡具有良好的抗碱性蚀刻性能.锡能够用硝酸基溶液退除而退除时对铜层侵蚀较小.,电镀锡工艺的功能,电镀锡层的作用 作为碱性蚀刻的抗蚀层,形成良好的线路图形,其厚 度控制在5-10微米.,电镀锡的原理,电镀液组成(H2O+SnSO4+H2SO4+添加剂),离子交换,直流整流器,ne-,ne-,电镀上锡层阴极(受镀物件)镀槽,阳极,Sn Sn2+2e-,Sn2+2e-Sn,电镀锡工艺,电镀锡的阳极过程,Sn-2e Sn2+標准電极電位：o Sn/Sn2+=-0.136V,电镀锡工艺,纯锡阳极材料要求规格,主成份 Sn:97.50-99.99%杂质 As:0.030%max Al:0.005%max Sb:0.500%max Cu:0.300%max Au:0.200%max Ag:0.100%max Fe:0.020%max Zn:0.005%max Ni:0.010%max Cd:0.005%max Bi:0.250%max In:0.100%max S:0.005%max P:0.010%max,電錫的陰极過程,錫鍍液中的离子 H+、SO42-、Sn2+、Sn4+電极反應 2 H+2e H2 Sn2+2e Sn,电镀锡工艺,影响阴极过程的因素,硫酸亚锡的浓度:35-45克/升 硫酸的浓度:90-110毫升/升 添加劑的含量:EC Part A 15-25毫升/升 EC Part B 30-50毫升/升 電流密度:1-2安培/平方分米 循環過濾情況:1-5微米PP滤芯,4-8 次循环/小时 鍍液溫度:18-25oC 机械搖擺情況:幅度50-75mm,频率10-15次/分钟,电镀锡溶液的控制,硫酸亚锡浓度 硫酸浓度 槽液温度 赫尔槽测试(Hull Cell Test)添加剂浓度,分析项目,上述项目须定期分析,并维持在最佳范围内生产,电镀锡溶液的控制,铜离子:500ppm镍离子:300ppm铁离子:300ppm氯离子:75ppm需每周安排一次假镀(Dummy)-0.5ASD,时间1小时,电镀锡溶液污染极限,电镀锡溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test)参数 电流:1A 时间:5分钟 搅拌:机械搅拌 温度:23oC,电镀锡溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test)标准Hull Cell 试片,电镀锡溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test)高电流密度区烧焦,而试片的其它区域仍正常-Part A 太低改正方法:添加2-3ml/l Part A,电镀锡溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test)高电流密度区烧焦,试片的其它区域显示不规则条纹-Part A 可能太低改正方法:先添加大约 5 ml/l Part B以活化Part A.当此法不能改善时再添加2-3 ml/l Part A,电镀锡溶液的控制,赫尔槽试验(Hull Cell Test)2ASD区域的沉积物出现不规则条纹-Part B 太低改正方法:先添加大约 5 ml/l Part B,根据再次Hull Cell Test 试片参考上面方法调整,100 X,500 X,1000 X,2000 X,纯锡晶体结构,121,The End,