1電鍍銅技術(shù)Date:10.29,2002Presentedby:唐治宇（P&D）2

為電鍍銅工程師提供一份基礎(chǔ)教材；

集中電鍍銅工藝難點，使之得到更多成員經(jīng)驗，以便解決問題；

提高電鍍銅工程師的整體技術(shù)水平。目的3

一、制作流程：---------------------------------------------4

二、工藝原理：---------------------------------------------5

三、物料：---------------------------------------------------6

四、操作條件：--------------------------------------------18

五、機器設(shè)備：--------------------------------------------23

六、制程控制及接受標準：-----------------------------31

七、能力研究：--------------------------------------------33

八、案例及缺陷分析：-----------------------------------49內(nèi)容簡介4

內(nèi)層制作→鉆孔→除膠渣→沉銅→全板電鍍

→圖形轉(zhuǎn)移→圖形電鍍

→褪膜、蝕刻、褪錫→

綠油→表面處理一、制作流程5

鍍銅在PCB制造過程中，主要用于加厚孔內(nèi)化學銅層和線路銅層。

陰極：

Cu2++2e→Cu°Cu2+/Cu=+0.34VCu2++e→Cu+

Cu++e→Cu°Cu+/Cu=+0.51V

陽極：

Cu-2e→Cu2+Cu-e→Cu+

2Cu+→Cu2++Cu2Cu++1/2O2+2H+→Cu2++H2O二、工藝原理6

磷銅陽極：鍍液中Cu2+的來源。

硫酸銅：鍍液主鹽。

硫酸：增加鍍液導電性。

氯離子：活化陽極并協(xié)同添加劑改良鍍層品質(zhì)。

添加劑：改良鍍層品質(zhì)。三、電鍍物料7磷銅陽極

銅陽極中為什么要含磷？

陽極反應(yīng)機理：陽極反應(yīng)：Cu-e→Cu+（快反應(yīng)）

Cu+-e→Cu2+（慢反應(yīng)）上述反應(yīng)原因表明：陽極溶解過程中伴隨有Cu+生成，且Cu+存在下述反應(yīng)：

2Cu+→Cu2++Cu8磷銅陽極Cu+的危害：

2Cu++H2SO4→Cu2SO4Cu2SO4+H2O→Cu2O（銅粉）+H2SO4*Cu2O以電泳方式沉積在陰極表面；

*Cu2O分布在陰極表面，Cu2+在其疏松晶體表面沉積，造成鍍層不光亮、整平性差。9磷銅陽極Cu+的防止與處理方法：采用磷銅陽極。磷銅陽極拖缸后，1Ah/L可在表面產(chǎn)生一層磷膜(主要成份為Cu3P)。

Cu3P的作用：

1）催化下述反應(yīng)Cu+-e→Cu2+，減少Cu+的含量；

2）阻止Cu+進入溶液，促使它進一步形成Cu2+；

3）減少微小銅晶體從陽極表面脫落。10磷銅陽極

銅陽極中含量應(yīng)該是多少呢？

含磷量高的影響：

黑色磷膜過厚，銅的溶解性差，添加劑消耗多，磷膜易脫落；

電阻增加，電壓升高，有利H+放電，容易形成針孔。11磷銅陽極

含磷量適中（0.035%~0.070%）：

黑色磷膜較適中，且結(jié)構(gòu)緊密，結(jié)合牢，不易脫落；

陽極泥較少。含磷量太低（<0.005%）時，雖有黑膜生成，但太薄，效果不理想。12硫酸銅/硫酸

電鍍液中的主鹽，提供陽極反應(yīng)時的Cu2+，并通過陽極溶解獲得

Cu2+的補充。

硫酸銅的濃度過低，易導致高電流區(qū)燒焦，電鍍時可采用的電流密度須減小；

硫酸銅的濃度過高，鍍液分散能力下降；

硫酸的濃度過低，溶液導電性差，鍍液分散能力差；

硫酸的濃度過高，降低Cu2+的遷移率，效率降低，鍍層延展性下降。13氯離子

陽極活化劑，幫助陽極正常溶解。

協(xié)同添加劑使鍍層光亮、平整；

降低鍍層的應(yīng)力；

氯離子濃度太低，鍍層出現(xiàn)臺階狀粗糙，易出現(xiàn)針孔和燒焦；

氯離子濃度太高，陽極鈍化，鍍層失去光澤。14氯離子過高如何處理

沉淀法：

Ag2CO3+2Cl-+2H+→2AgCl↓+H2O+CO2↑

先分析Cl-濃度，按3gAg2CO3：1gCl-添加，然后用1um過濾芯除去AgCl沉淀。

電解法：以鈦為陽極，以瓦楞形不銹鋼板為陰極，40~50℃下，陽極電流3~4A/dm2電解，2Cl--2e→Cl2↑。15添加劑

添加劑一般分為光澤劑與輔助劑。

輔助劑一般抑制銅沉積速率，增加極化電阻，提高分布均勻性；

光澤劑則加速銅沉積速率，減少極化電阻，提高延展性與導電性。

*光澤：當金屬晶體均勻致密，規(guī)則排列時，所反射出的光線具有金屬的光澤。16添加劑

光澤劑過低的影響：鍍層不光亮，易出現(xiàn)燒板現(xiàn)象。

光澤劑過高的影響：深鍍能力下降，產(chǎn)生Fold缺陷，表面變光亮。

副產(chǎn)物的生產(chǎn)機理：

RS-SR′（光劑）→RSH+R′SH（副產(chǎn)物）副產(chǎn)物具有更強的光劑特性，其在電鍍過程中逐漸積累，產(chǎn)生較大的負面影響。Cu+17添加劑

光澤劑副產(chǎn)物過高的影響：產(chǎn)生Folds缺陷，深鍍能力下降，出現(xiàn)狗骨現(xiàn)象。鍍層表面變光亮，硬度增加，鍍層變脆，可靠性下降。

副產(chǎn)物的除去方法：通過碳處理，先用H2O2將副產(chǎn)物氧化，再用活性碳將其吸附后過濾除去。18

較為通用的藥水濃度控制范圍：

CuSO460~120g/LH2SO490~140ml/LCl-40~100ppm

添加劑適量（按供應(yīng)商要求）陽極含0.035~0.07%磷的銅球/銅條上述參數(shù)亦需依不同供應(yīng)商光劑系列作適當調(diào)整。四、操作條件19

其他操作條件：溫度與添加劑相適應(yīng)攪拌連續(xù)過濾，空氣攪拌加陰極移動。

S陽:S陰2:1或更高陰極電流密度1~3A/dm2

（與缸體設(shè)計、介質(zhì)濃度及添加劑的選擇有關(guān)）操作條件（續(xù)）20操作條件的影響

溫度：提高溫度，電極反應(yīng)速度加快，允許電流密度提高。溫度過高，加速添加劑分解，鍍層結(jié)晶粗糙，亮度降低。溫度太低，允許電流密度降低，高電流區(qū)易燒焦。21操作條件的影響

電流密度：電鍍液組成，添加劑、溫度、攪拌等因素確定電流密度允許范圍。提高電流密度可以提高沉積速度，保證鍍層質(zhì)量條件下應(yīng)盡量提高電流密度，以提高生產(chǎn)效率。鍍層厚度（25um）≈17.8ASF·h（效率以100%計）電流密度過高時，會使鍍層結(jié)晶粗大，甚至燒焦。22操作條件的影響

攪拌：消除濃差極化，提高允許電流密度，提高生產(chǎn)效率。通常采用空氣攪拌加搖擺（陰極移動）來實現(xiàn)。目前尚有采用Eductor或液下噴射等方法。23

電鍍銅的主要設(shè)備為：（以龍門式垂直掛鍍線為例）鍍槽：包含陽極桿、陽極鈦籃、陰極銅座、搖擺、陽極擋板、陰極浮夾、空氣攪拌管道、循環(huán)管道。整流機：包含整流機到鍍槽導線，控制電路。輔助設(shè)備：循環(huán)過濾系統(tǒng)，包含循環(huán)泵浦、過濾桶、連接管道、自動添加系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)。五、機器設(shè)備24設(shè)備對電鍍銅品質(zhì)影響

鍍槽：陰陽極距離：通常為10~12″，距離較遠時對電鍍分散能力較好，但所占空間及藥品開缸用量較大。陽極擋板/陰極浮夾：需設(shè)計出合適尺寸，改善電鍍均勻性。攪拌：攪拌方式通常有搖擺、振動、空氣攪拌、噴射系統(tǒng)、

Eductor、超聲波等，攪拌的主要目的是提供藥水的快速交換，減小濃差極化，提高分散能力，攪拌的強度當然是愈強愈好，但其所付出的成本自然是越高。25攪拌方式的介紹

傳統(tǒng)方法：垂直板面或斜向15~45°，1″~3″擺幅，總擺幅據(jù)孔內(nèi)銅離子交換來計算，通常采用1m/min，配合空氣攪拌有時會加上振蕩或超聲波振蕩。26攪拌方式的介紹

改進方法：

采用噴射系統(tǒng)（如GZPhaseIV），利用高壓泵浦在缸內(nèi)靠近板面位置（距離約為2″），以1~2kg/cm2壓力噴出鍍液，攪動鍍液，同時配合沿板面方向搖擺，使噴射均勻。此法對于電鍍厚板及盲孔很有幫助；

采用Eductor，此法是在缸底加裝喇叭形噴咀，利用噴射的鍍液帶動缸內(nèi)鍍液，流量約增加3~4倍，可使攪拌強度成倍增加。27整流機

提供電鍍的電源一般有兩種整流機：

傳統(tǒng)的直流整流機；

周期反向脈沖整流機。此種整流機配合專用添加劑可大大改善電鍍的分散能力。28脈沖整流機

脈沖波形：

IF:IR一般1:1.5~1:3TF:TR一般10:0.5~40:2ms

反向脈沖可使高電流區(qū)域更快溶解而低電流密度區(qū)域不受影響，從而使孔內(nèi)鍍層分布均勻，深鍍能力提高。TFTRIRIFTI波形示意圖29脈沖整流機

脈沖電鍍應(yīng)用時應(yīng)注意的問題：

脈沖整流機比較嬌貴，需注意日常保養(yǎng)，各接觸點清潔，整流機內(nèi)部溫度控制，以便獲得良好、穩(wěn)定波形；

脈沖電鍍需配合以特種添加劑，對不同系列添加劑有不同注意事項；

不同的脈沖波形對通孔、盲孔電鍍深鍍能力不同；

有時深鍍能力過高時會產(chǎn)生孔角銅薄等缺陷。30脈沖整流機

以ShideyPPR系列為例：電鍍/停機狀態(tài)下，該光劑均與銅陽極產(chǎn)生分解副反應(yīng)。該副反應(yīng)嚴重影響鍍層可靠性，需通過與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)后，以活性碳過濾除去。31

鍍液組分測試：

硫酸、硫酸銅、氯離子分析方法參見實驗室工作指示。

添加劑一般采用CVS分析或哈氏槽法（IPC-TM-650.2.3.21），不同系列添加劑由供應(yīng)商提供相關(guān)應(yīng)用程序。六、測試方法32

鍍層品質(zhì)測試項目：

鍍層均勻性；

深鍍能力（分散能力）；

鍍層延展性（IPC-TM-650、2、4、18.1）；

鍍層可靠性；

Soldershock（IPC-TM-650.2.6.8D、冷熱循環(huán)沖擊（參見Lab工作指示）、熱油測試（IPC-TM-650.2.4.6）。

抗拉強度。測試方法（續(xù)）33

在電鍍銅中研究的主要課題是：

鍍層均勻性：

深鍍能力（ThrowingPower）：

鍍層可靠性：以下介紹鍍層均勻性及深鍍能力。

討論：如何提高鍍層可靠性？七、能力研究34鍍層均勻性

影響鍍層均勻性主要有如下因素：

陽極板去度應(yīng)比陰極短約2~3″，防止電鍍窗底部鍍層過厚；

陽極上部應(yīng)增加適當高度陽極擋板，防止電鍍窗頂部鍍層過厚；

陽極排布要均勻分布，鍍槽兩邊比陰極應(yīng)略縮進，防止邊緣過厚；

陰極底部應(yīng)裝有合適尺寸之浮夾，當生產(chǎn)不同尺寸之板時遮擋底部電流，防止局部過厚；

陰極夾應(yīng)均勻排布，接觸良好。35深鍍能力

影響深鍍能力的因素：

質(zhì)量傳遞；

電勢差；

濃度超電勢；

鍍液極化。36硫酸銅含量越高，鍍液粘度越大。深鍍能力

質(zhì)量傳遞：

鍍液粘度，粘度越大，流動性越小，孔內(nèi)質(zhì)量交換能力越差；

不同硫酸銅含量的鍍液粘度：37深鍍能力

孔內(nèi)流動狀態(tài)分布：

管進口段沿截面的流速分布：38

管兩端壓力差與流速關(guān)系：ΔPN/m26×1031×1030.21.01.8u(m/s)L=2cmd=0.5mmΔPN/m26×1031×1030.21.01.8u(m/s)L=6cmL=3cmL=1.5cm流速u，管兩端壓力差ΔP管長度增加流速迅速減小深鍍能力39

濃度超電勢（ηm）：

定義：電極表面附近溶液反應(yīng)物濃度與主體溶液中反應(yīng)物濃度差引起。

Ηm=（RT/Nf）Ln（Cs/Cb）深鍍能力40

電極表面附近銅離子濃度分布：Cs—電極表面銅離子濃度。Cb—本體溶液濃度。Δ—擴散層厚度。CbXCCs電板Oδ深鍍能力41

工作電流密度與極限電流密度：

i=nFDiL=nFDD—銅離子擴散系數(shù)（cm2/s）Cb-CsδCbδ深鍍能力42

濃度超電勢的上升使反應(yīng)速率減慢：

攪拌可降低擴散層厚度，降低板面的濃度超電勢，但孔內(nèi)的濃度超電勢并沒有得到下降；

降低孔內(nèi)的濃度超電勢主要通過增加陰極移動距離及頻率，使孔內(nèi)鍍液流動加強。深鍍能力43

電勢差：

電流通過鍍液時產(chǎn)生電勢差；

電勢差的影響因素：

a.難度因子L2/d：L2/d與電勢差成正比。深鍍能力44b.