電鍍銅工藝專業(yè)介紹演示文檔

電鍍銅工藝專業(yè)介紹電鍍銅工藝銅的特性銅,元素符號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.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.電鍍銅工藝的功能電鍍銅工藝在化學(xué)沉銅層上通過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.電鍍銅工藝的功能電鍍銅層的作用作為孔的化學(xué)沉銅層的加厚層,通過全板鍍銅達(dá)到厚度5-8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.

（1）鍍層均勻、細(xì)致、平整、無麻點(diǎn)、無針孔，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)工序的加工過程中，不會出現(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，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/℃)對銅鍍層的基本要求

（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，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)，對雜質(zhì)的容忍性高，對溫度

的容忍性高。

（4）鍍液對覆銅箔板無傷害對鍍銅液的基本要求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)鍍槽陽極CuCu2++2e-Cu2++2e-Cu硫酸鹽酸性鍍銅的機(jī)理電極反應(yīng)

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陽極：Cu-2eCu2+

Cu-eCu+

2Cu++1/2O2+2H+2Cu2++H2O

2Cu++2H2O

2CuOH

+2H+

2Cu+

Cu2++Cu

Cu2O+H2O副反應(yīng)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(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-：主要作用是幫助陽極溶解，協(xié)助改善銅的析出，結(jié)晶?！?/p>

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。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(qū)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(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，並對銅 鍍層的延伸率不利。—Cl-：濃度太低，鍍層出現(xiàn)臺階狀的粗糙鍍層，易出現(xiàn)針孔和燒焦；濃度太高，導(dǎo)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(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。防止鍍液升溫過高方法：鍍液負(fù)荷不大于0.2A/L，選擇導(dǎo)電性能優(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

—

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

—

陰極移動：陰極移動是通過陰極桿的往複運(yùn)動來實現(xiàn)工件的移動。移動方向與陽極成一定角度。陰極移動振幅

50－75mm，移動頻率10－15次/分

振動與擺動振動與擺動的主要作用是降低diffusionlayer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>200μm

振頻根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)，一般振30s停20s擺幅5~6cm

擺頻10~12次/分

—空氣攪拌無油壓縮空氣流量0.3-0.8m3/min.m2

打氣管距槽底3－8cm，氣孔直徑2

mm孔間距80－130

mm?？字行木€與垂直方向成45o角。

過濾

PP濾芯、5－10m過濾精度、流量2－5次循環(huán)/小時

陽極磷銅陽極、含磷0.04-0.065%

為何不用電解銅或無氧銅作陽極???

銅粉多，陽極泥多。

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。

陽極利用率低。

磷銅陽極的特色

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又稱磷銅陽極膜

磷銅陽極膜的作用

—陽極膜本身對(Cu+--e→Cu2+)反應(yīng)有催化、加速作用，從而減少Cu+的積累。

—

陽極膜形成后能抑制Cu+的繼續(xù)產(chǎn)生

—陽極膜的電導(dǎo)率為1.5X104

-1

cm-1具有金屬導(dǎo)電性

—磷銅較純銅陽極化小(1A/dm2P0.04-0.065%磷銅的陽極化比無氧銅低50mv-80mv)不會導(dǎo)致陽極鈍化。

—陽極膜會使微小晶粒從陽級脫落的現(xiàn)象大大減少

—陽極膜在一定程度上阻止了銅陽極的過快溶解磷銅陽極的特色當(dāng)陽極電流密度0.4-1.5A/dm2時，陽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，陽極銅的利用率最高，泥渣生成量最少。當(dāng)P含量太低0.005%以下，雖有黑膜生成但是太薄，不足以保護(hù)銅陽極，當(dāng)P含量太高時，黑膜太厚，陽極溶解不好，陽極泥渣多，鍍液中銅濃度下降，添加劑消耗增加。

圓形鈦籃銅陽極表面積估算方法—dlf/2=3.14d=鈦籃直徑l=鈦籃長度f=系數(shù)

方形鈦籃銅陽極表面積估算方法

—1.33lwfl=鈦籃長度w=鈦籃寬度f=系數(shù)

f與銅球直徑有關(guān):

直徑=12mmf=2.2

直徑=15mmf=2.0直徑=25mmf=1.7

直徑=28mmf=1.6直徑=38mmf=1.2電鍍銅陽極表面積估算方法磷銅陽極材料要求規(guī)格

主成份Cu:99.9%minP:0.04-0.065%

雜質(zhì)Fe:0.003%maxS:0.003%maxPb:0.002%maxSb:0.002%maxNi:0.002%maxAs:0.001%max

影響陽極溶解的因素：

陽極面積(即陽極電流密度控制在0.5ASD-2.5ASD之間)

陽極袋(聚丙烯)

陽極及陽極袋的清洗方法和頻率陽極袋與陽極膜陽極袋

1.陽極袋可用PP材質(zhì)，使用之前要用稀硫酸浸泡一段時間。

2.正常的陽極膜是黑色的，若呈棕色時表示陽極含磷不夠，呈銀灰色時表示槽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.陽極袋的功用在于防止陽極膜的碎屑、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)立即更換添加劑對電鍍銅工藝的影響

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-

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-

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-

增強(qiáng)添加劑的吸附—處理時間:15分鐘以上—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。Cu+/Cu=+0.—用延展性測試機(jī)進(jìn)行測試.(2)耗量補(bǔ)充（根據(jù)做板量自動添加）兩種。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—溫度:室溫BC127mm 101.—陽極膜會使微小晶粒從陽級脫落的現(xiàn)象大大減少陽極利用率低。14d=鈦籃直徑l=鈦籃長度f=系數(shù)—化學(xué)鍍銅層一般0.5μm－2μm，必須經(jīng)過電鍍銅後才可進(jìn)行移動方向與陽極成一定角度。整平劑抑制凸出區(qū)域的沉積電鍍層的光亮度

載體(c)/光亮劑(b)的機(jī)理

載體(c)快速地吸附到所有受鍍表面并均一地抑制電沉積

光亮劑(b)吸附于低電流密度區(qū)并提高沉積速率.

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電鍍的整平性能

光亮劑(b),載體(c),整平劑(l)的機(jī)理載體抑制沉積而光亮劑加速沉積整平劑抑制凸出區(qū)域的沉積整平劑擴(kuò)展了光亮劑的控制范圍bcccccbccccccbccccbbbcccbccbbcbcbcbcbcbbcbcbcbbbbcbcbcbclbcccbccbllccblllcbbblccbcbb光亮劑和載體光亮劑/載體/整平劑的混合過量光亮劑

電鍍銅溶液電鍍銅溶液的電導(dǎo)率硫酸的濃度溫度硫酸銅濃度添加劑板厚度(L),孔徑(d)

攪拌:提高電流密度

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(ThrowingPower)電鍍銅層的物理特性

延展性當(dāng)鍍層厚度為50μｍ而鍍層延展性減少18-20%時,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)度通常３０～３５kg/mm2電鍍銅溶液的控制五水硫酸銅濃度（60-90g/L）硫酸濃度

（180-220g/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)

分析項目上述項目須定期分析,并維持在最佳范圍內(nèi)生產(chǎn)電鍍銅溶液的控制

赫爾槽試驗(HullCellTest)陰極-陽極+

赫爾槽結(jié)構(gòu)示意圖1升容積 267ml容積AB119mm 47.6mmBC127mm 101.7mmCD213mm 127mmDA86mm 63.5mmDE81mm 63.5mmABCDEF電鍍銅溶液的控制

赫爾槽試驗(HullCellTest)參數(shù)—電流:1-2A—時間:5分鐘或者10分鐘—攪拌:空氣攪拌—溫度:室溫

高電流部有針點(diǎn)，潤濕劑(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,整個試片光亮度降低,鹽酸不足++++++++燒焦凹坑模糊電流密度高低圖7.2霍爾槽的板件例子電鍍銅溶液的控制

赫爾槽試驗電鍍銅溶液的控制

延展性—用不銹鋼片在鍍槽或延展性測試槽鍍上大于2mil銅片.—再以130oC把銅片烘2小時.—用延展性測試機(jī)進(jìn)行測試.電鍍銅溶液的控制

熱沖擊測試—以120oC烘板4小時.—把板浸入288oC鉛錫爐10秒.—以金相切片方法檢查有否銅斷裂.

電鍍液維護(hù)

電鍍液會發(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)，到了不能使用時就要全量或者部分報廢，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)做板量自動添加）兩種。

電鍍銅溶液的控制PCB電鍍銅工藝過程

全板電鍍工藝過程

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—酸性清潔劑P20:4%-6%5cm）較大，金屬成分不足—再以130oC把銅片烘2小時.赫爾槽試驗(HullCellTest)參數(shù)無油壓縮空氣流量0.—硫酸(H2SO4)降低表面阻抗,從而惡化分—陰極移動：陰極移動是通過陰極桿的往複運(yùn)動來實現(xiàn)2.2.移動方向與陽極成一定角度。光亮劑/載體/整平劑的混合吸附到所有受鍍表面,增加6直徑=38mmf=1.（3）鍍層與銅基體結(jié)合牢固，在鍍後和後續(xù)工序的加工過程

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?！?/p>

剝掛架

剝除掛架上鍍上的銅

全板電鍍工藝過程—處理時間:5分鐘(4-6分鐘)陽極及陽極袋的清洗方法和頻率酸性清潔劑—P20剝除掛架上鍍上的銅高電流密度區(qū)呈條紋狀沉積,整個試片光亮度降低,鹽酸不足1.—Cl-：濃度太低，鍍層出現(xiàn)臺階狀的粗糙鍍層，易出現(xiàn)針孔和燒焦；黑色(或棕黑色)薄膜為Cu3P又稱磷銅陽極膜陰極：Cu2++2eCu。光亮劑(b)吸附于低電流密度區(qū)并提高沉積速率.5cm）較大，金屬成分不足—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。當(dāng)鍍層厚度為50μｍ而鍍層延展性減少18-20%時,需要采用活性炭處理以除去雜質(zhì)(有機(jī)分解物)Cu2++2e-Cu全板電鍍工藝過程操作條件

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0.5μm－2μm，必須經(jīng)過電鍍銅後才可進(jìn)行下一步加工，加厚銅是全板電鍍，厚度一般在5－8μm。全板電鍍工藝過程全板電鍍工藝過程操作條件

酸性清潔劑--210—:酸性清潔劑P20：4%-6%—溫度:35oC(30-40oC)—處理時間:5分鐘(4-6分鐘)全板電鍍工藝過程操作條件

浸

酸—硫酸(96%):5%-10%—溫度:室溫(20-40oC)—處理時間:1分鐘(0.5-2分鐘)全板電鍍工藝過程操作條件

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)—處理時間:15分鐘以上(根據(jù)所需厚度及電流密度)

電鍍銅鍍層厚度估算方法