化學(xué)沉銅工藝知識(shí)講解.ppt

1、化學(xué)沉銅工藝知識(shí),陳克健 2014-11-02,目錄,一、沉銅的目的,沉銅，又稱孔金屬化（PTH)，使雙面或多層印制板層間導(dǎo)線的聯(lián)通，它是利用化學(xué)沉積的方法在鉆孔后的孔壁上沉上一層薄薄的化學(xué)銅，為后續(xù)的電鍍銅提供導(dǎo)電性。,Before PTH,After PTH,After Plating,二、工藝流程,CIRCUPOSIT 253沉銅,MLB 211膨松,Neutralizer 216 中和,Conditioner233調(diào)整,Generic Microetch微蝕,CATAPREP 404預(yù)浸,CATAPOSIT 44活化,Acc19加速,Conditioner1175除油,Promoter

2、 214除膠渣,Desmear 除膠渣,Electroless Copper 化學(xué)沉銅,使孔壁上的膠渣軟化、膨松.,溶解孔壁少量樹(shù)脂及粘附孔壁內(nèi)的膠渣。,將除膠渣后殘留的高錳酸鉀鹽除去.,除掉銅表面輕微的手印、油漬、氧化等,使孔壁呈正電荷后，提高孔壁對(duì)鈀的吸附,防止板子帶雜質(zhì)、水分進(jìn)入昂貴的活化槽,使膠體鈀微粒均勻吸附到板面和孔壁上,剝?nèi)ツz體鈀微粒外層的Sn+4外殼,露出 鈀核, 形成孔化時(shí)的反應(yīng)中心 。,以露出的鈀核為反應(yīng)中心,沉積上微細(xì)顆粒 化學(xué)銅層,實(shí)現(xiàn)孔壁金屬,粗化銅箔表面,增強(qiáng)銅面與孔化之間的結(jié)合,Deburr 去毛刺,等離子處理,磨板,plamsa,特殊板材的除膠渣、表面活化.,去

3、除孔口披風(fēng)、清洗孔內(nèi)粉塵,三、工藝流程簡(jiǎn)介-Deburr,1 去毛刺簡(jiǎn)介 1.1 目的 去除孔口毛刺，清潔孔內(nèi)殘余的鉆屑及粉塵，去除銅面氧化。 1.2 基本流程,酸洗,水磨（針轆磨板）,超聲波水洗,高壓水洗,酸洗：去除銅面的氧化。,熱風(fēng)吹干：將板面吹干。,（+水洗）,（+水洗）,水磨（針轆磨板）：使用水加針轆磨刷來(lái)去除孔口毛刺,高壓水洗：清潔孔內(nèi)鉆屑、粉塵。,熱風(fēng)吹干,超聲波水洗：清潔孔內(nèi)鉆屑、粉塵，主要針對(duì)小 孔或厚板。,三、工藝流程簡(jiǎn)介- Plasma,2 等離子處理簡(jiǎn)介 2.1 等離子體技術(shù)在pcb制造過(guò)程中的應(yīng)用 2.1.1 PTFE、PI材料的表面改性 （親水性）,表面改性包括兩方面

4、的作用：1材料表面物理改性，主要通過(guò)等離子的蝕刻作用使材料表面粗糙，而粗糙的表面具有比光滑的表面大得多的比表面積。2材料表面的化學(xué)改性，通過(guò)等離子體的蝕刻作用使材料表面的化學(xué)建發(fā)生斷裂，再通過(guò)化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)，再斷鍵的部位接枝上親水基團(tuán)（主要包括NH2,-HO）使材料具有親水性。整個(gè)過(guò)程其實(shí)包括兩個(gè)方面的改性，即表面物理結(jié)構(gòu)改性和表面化學(xué)特性改性。,三、工藝流程簡(jiǎn)介- Plasma,2.1.2 去鉆污（針對(duì)特殊板材） 去鉆污主要針對(duì)的是Desmear難以去除的板材類型，包括含碳?xì)浠衔锇宀摹-Tg板材等。,從圖可以清晰的看出，等離子處理后的板材可以做出三面包夾的效果，更好的增強(qiáng)了可靠性。,2.1

5、.3 電鍍夾膜的處理,2.1.4 去除激光鉆孔后的碳膜,三、工藝流程簡(jiǎn)介-Plasma,2.2 等離子設(shè)備 2.2.1 等離子設(shè)備簡(jiǎn)圖 典型的等離子設(shè)備包括：真空室、電 極、射頻發(fā)生器、真空泵。其它輔助設(shè)備 還包括：冰水機(jī)等。如右圖。,2.2.2 參數(shù)控制 在等離子體處理，如下工藝參數(shù)合理選擇起了很重要的作用： 氣體種類和混合比例；功率；加工時(shí)間；工作室真空壓力；氣體流量；溫度。,2.2.3 檢測(cè)項(xiàng)目,三、工藝流程簡(jiǎn)介-Desmear,3 除膠渣工藝 3.1 膠渣的由來(lái),鉆孔時(shí)，玻璃環(huán)氧樹(shù)脂與鉆嘴，在高速旋轉(zhuǎn)劇烈磨擦的過(guò)程中，局部溫度上升至200 oC以上，超過(guò)樹(shù)脂的Tg值（130 oC左右）

6、。致使樹(shù)脂被軟化熔化成為膠糊狀而涂滿孔壁；冷卻后便成了膠渣（Smear). 3.2 膠渣的危害,1.對(duì)多層板而言，內(nèi)層導(dǎo)通是靠平環(huán)與孔壁連接 的，鉆污的存在會(huì)阻止這種連接。出現(xiàn)“互連分離”或“孔壁分離”質(zhì)量問(wèn)題。 2.對(duì)雙面板而言，雖不存在內(nèi)層連接問(wèn)題，但孔壁銅層若建立在不堅(jiān)固的膠渣上，在熱沖擊或機(jī)械沖擊情況下，易出現(xiàn)拉離問(wèn)題。,三、工藝流程簡(jiǎn)介-Desmear,3 除膠渣工藝 3.3 除膠渣方法介紹,三、工藝流程簡(jiǎn)介-Desmear,3.3.1 MLB 膨松劑 211,使孔壁上的膠渣得以軟化，膨松并滲入樹(shù)脂聚合后之交聯(lián)處，從而降低其鍵結(jié)的能量，使易于進(jìn)行樹(shù)脂的溶解。,三、工藝流程簡(jiǎn)介-Des

7、mear,3.3.2 MLB 除鉆污劑 214（主要成分高錳酸鉀+液堿）,作用： 高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，在高溫及強(qiáng)堿的條件下，與樹(shù)脂發(fā)生化學(xué)反應(yīng)使其分解溶去。 反應(yīng)原理： 4MnO4- + 有機(jī)樹(shù)脂 + 4OH- 4 MnO42- + CO2 + 2H2O,附產(chǎn)物的生成： KMnO4 + OH - K2MnO4 + H2O + O2 K2MnO4 + H2O MnO2 + KOH + O2 MnO2 是一種不溶性的泥渣狀沉淀物。,附產(chǎn)物的再生： 由于工作液中存在MnO2 ,將嚴(yán)重影響槽液的壽命，并影響除膠渣的質(zhì)量，故必須抑制其濃度，一般控制在低于25g/L的濃度工作。 維持低濃度錳酸根最有效的

8、辦法是氧化再生成有用的高錳酸根離子。,三、工藝流程簡(jiǎn)介-Desmear,再生電極：,結(jié)構(gòu)截面示意圖,電解再生器外觀圖,再生原理,三、工藝流程簡(jiǎn)介-Desmear,3.3.3 MLB 中和劑216（酸性強(qiáng)還原劑）,作用： 能將殘存在板面或孔壁死角處的二氧化錳或高錳酸鹽中和除去；,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,4. 沉銅工藝 4.1 流程 4.2 設(shè)備要求,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,4.3 各藥水槽功能簡(jiǎn)介 4.3.1 清潔劑1175（堿性除油） 作用：能有效地除去線路板表面及孔壁輕微氧化物及輕微污漬(如手指印等).如果孔壁和銅箔表面有油污，會(huì)影響化學(xué)鍍銅層的結(jié)合力，甚至沉積不上銅。所以必須要進(jìn)行

9、清潔處理。 工藝參數(shù)控制:,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,工藝參數(shù)控制:,4.3.2 調(diào)整劑（233）處理 作用：調(diào)整孔壁表面的靜電荷，通常鉆孔后的板，孔壁帶負(fù)電荷，不利于隨后吸附帶負(fù)電荷的膠體鈀催化劑。實(shí)際上調(diào)整劑是在清潔劑的基礎(chǔ)上中添加陽(yáng)離子型的表面活性劑。調(diào)整劑的控制直接影響沉銅的背光效果.,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,4.3 各藥水槽功能簡(jiǎn)介 4.3.3 微蝕劑（過(guò)硫酸納系列）,作用：除去板子銅面上的氧化物及其它雜質(zhì)。粗化銅表面，增強(qiáng)銅面與電解銅的齒結(jié)能力,微蝕前,微蝕后,微蝕后銅面狀況,反應(yīng)式： Cu+ S2O82- Cu2+ + 2SO42-,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,微蝕中可能出

10、現(xiàn)的問(wèn)題：,微蝕不足：微蝕不足將導(dǎo)致基銅與銅鍍層附著力不良. 微蝕過(guò)度：微蝕過(guò)度將導(dǎo)致在通孔出現(xiàn)反常形狀(見(jiàn)圖點(diǎn)A和點(diǎn)B).這種情況將導(dǎo)致化 學(xué)銅的額外沉積并出現(xiàn)角裂（負(fù)凹蝕）。 槽液污染 ：氯化物和有機(jī)物殘?jiān)膸霑?huì)降低蝕銅量.清潔-調(diào)整劑后需保證良好的 清洗。,工藝參數(shù)控制:,注：各分析項(xiàng)目都是為了控制微蝕量,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,4.3.4 預(yù)浸（c/p404）處理,作用：防止板子帶雜質(zhì)污物進(jìn)入昂貴的鈀槽。 防止板面太多的水量帶入鈀槽而導(dǎo)致局部 解。防止活化液的濃度和PH發(fā)生變化。預(yù)活化槽與活化槽除了無(wú)鈀之外，其它完全一致。,工藝參數(shù)控制:,注：Cu離子含量偏高會(huì)帶到活化槽，造成活

11、化液的分解與沉淀 比重是表征預(yù)浸液含量,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,4.3.5 活化cat44處理（膠體靶）,作用：在絕緣基體上吸附一層具有催化能力的金屬顆粒，使經(jīng)過(guò)活化的基體表面具有催化還原金屬的能力，從而使后續(xù)的化學(xué)鍍銅反應(yīng)在整個(gè)催化處理過(guò)的基體表面順利進(jìn)行。活化的控制直接影響沉銅的背光效果。,膠體鈀：鈀液中的Pd，是以SnPd7Cl16膠團(tuán)存在的。SnPd7Cl16 的產(chǎn)生 是 PdCl2與SnCl2在酸性環(huán)境中經(jīng)一系列的反應(yīng)而最后產(chǎn)生的。 活化后的孔壁：,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,水的帶入 ：膠體Pd由額外的氯離子和Sn2+維持穩(wěn)定.如果有水的帶入,將會(huì)導(dǎo)致膠體Pd的分解.活化液的比

12、重通過(guò)404溶液控制. 氧化 :空氣的氧化作用能導(dǎo)致膠體Pd的分解,因而要注意循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)不能出現(xiàn)漏氣;不要使用溢流循環(huán).;定時(shí)釋放過(guò)濾器里的空氣.,工藝參數(shù)控制:,注：沒(méi)有鼓氣，防止氧化； 鈀含量每月外發(fā)羅門哈斯分析一次，要求90-110ppm,活化槽容易出現(xiàn)的問(wèn)題：,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,4.3.6 加速acc19處理(氟硼酸HFB4系列),作用： 剝?nèi)d外層的Sn+4外殼，露出Pd金屬；清除松散不實(shí)的鈀團(tuán)或鈀離子、原子等。加速槽的控制影響沉銅的背光效果，處理不足或過(guò)度均會(huì)造成背光不良。 反應(yīng)式：,工藝參數(shù)控制:,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,4.3.7 沉銅（253系列）藥水簡(jiǎn)介,

13、作用： 為了使孔壁的樹(shù)脂以及玻璃纖維表面沉上一層銅，為后續(xù)的電鍍加厚銅提供導(dǎo)電性。 分類（按沉積厚度）： . 薄 銅：10 20u“ (0.25 0.5um) （我司采用） 中速銅：40 60u (1 1.5um) 厚化銅：80 100u (2 2.5um) 組成成分（253系列）：,銅鹽：硫酸銅； 還原劑：甲醛； PH值調(diào)節(jié)劑：氫氧化鈉；甲醛在強(qiáng)堿條件下才能具有還原性。 絡(luò)合劑：EDTA(乙二胺四乙酸二鈉)；保證銅離子不會(huì)在堿性條件下沉淀，呈離子態(tài)。 穩(wěn)定劑：保證化學(xué)銅溶液不會(huì)自然分解。,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,反應(yīng)式： 1）主反應(yīng)： 產(chǎn)生反應(yīng)的基本條件： a)甲醛的還原能力取決于溶液中

14、的堿性強(qiáng)弱程度； b）在強(qiáng)堿條件下要保證銅離子不會(huì)沉淀，需要加足夠的絡(luò)合劑（因絡(luò)合劑在反應(yīng)過(guò)程中并不消耗，所以反應(yīng)式中省略了絡(luò)合劑） c）從反應(yīng)式可以看出，每沉積1M的銅要消耗2M的甲醛，4M氫化鈉。要保持化學(xué)鍍銅速率恒定和化學(xué)鍍銅層的質(zhì)量，必須及時(shí)補(bǔ)加相應(yīng)消耗的部分。（使用自動(dòng)添加器） d）只有在催化劑pd的存在條件下才能沉積出金屬銅，新沉積的金屬銅本身就是一種催化劑，所以在活化處理過(guò)的表面，一旦發(fā)生化學(xué)鍍銅反應(yīng)，此反應(yīng)可以在新生 的銅面上繼續(xù)進(jìn)行。利用這一特性可以沉積出任意厚度的銅。,pd,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,2）副反應(yīng)： 加有甲醛的化學(xué)鍍銅液，不管使用與否，都會(huì)產(chǎn)生以下兩個(gè)副反應(yīng)： a)產(chǎn)生Cu2O，進(jìn)而會(huì)形成銅顆粒。 要抑制反應(yīng)2的產(chǎn)生，避免產(chǎn)生銅顆粒，就需要不斷在沉銅溶液中通入氧氣（鼓氣） b）甲醛和NaOH之間的化學(xué)反應(yīng)，稱為康尼查羅反應(yīng)。 化學(xué)銅溶液中一旦加入甲醛，上述反應(yīng)即開(kāi)始了。不管是屬于使用狀態(tài)還是靜置狀態(tài)，都會(huì)一直在反應(yīng)。所以化學(xué)銅溶液停止后重新啟用時(shí)，需重新調(diào)整PH值，補(bǔ)加甲醛。,1,2,三、工藝流程簡(jiǎn)介-沉銅工藝,工藝參數(shù)控制:,注：上述分析項(xiàng)目均影響化學(xué)沉銅沉積速率。其中濃