pcb图形电镀实用工艺教材文档格式.docx
《pcb图形电镀实用工艺教材文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《pcb图形电镀实用工艺教材文档格式.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
4.镀铜：
4.1基本原理
镀铜是通过电压的作用下，使阳极的铜氧化成为铜离子，铜缸的铜离子在阴极获得电子还原成铜：
阳极：
Cu-2e→Cu2+
阴极：
Cu2++2e→Cu
这是镀缸里的最主要的反应，在酸度不足的情况下，还可能出现还原不完全而产生一价铜，即所谓的“铜粉”，会导致镀层粗糙或呈海绵状，这种情况应该避免在电镀过程中出现。
4.2主要成分及作用：
镀铜缸主要成分为硫酸铜、硫酸、微量氯离子、供应商提供的镀铜添加剂。
硫酸铜是镀液中主盐，它在水溶液中电离出铜离子，铜离子在阴极上获得电子沉积出铜镀层。
较高硫酸铜浓度可以提高允许电流密度，避免高电流区烧焦，硫酸铜浓度过高，则会降低镀液分散能力。
一般控制在50-80g/l之间，折合成铜离子约为12-20g/l。
硫酸的主要作用是增加溶液的导电性，硫酸的浓度对镀液的分散能力和镀层的机械性能均有影响，硫酸浓度太低，镀液分散能力下降，镀层光亮度下降；
硫酸浓度太高，虽然镀液分散能力较好，但镀层的延展性降低。
一般控制在100-150ml/l（98%）。
氯离子主要作用是使阳极溶解均匀，镀层平滑有光泽。
氯离子正常时阳极膜呈黑色，过量则变成灰白色。
氯离子不足容易使镀层出现发花，光泽低，而过高的氯离子容易使阳极钝化无法继续溶解。
配槽以及补加水都要纯水，不可用自来水，因为里面加有氯气或漂白粉，会带入大量的氯离子。
一般控制在40-80ppm间。
通常补充氯离子采用36.5%盐酸加入。
镀铜添加剂主要有两个组分：
光亮剂、整平剂（调整剂），均为商品化产品，一般是一些含S或N的有机物。
添加剂的作用为加速铜的沉积，改善其晶粒排布，以提高铜层的延展性等品质。
光亮剂主要作用在电镀界面上，控制铜堆积的速率以保证沉积出来的铜层均匀光滑，从而使镀层光亮。
整平剂（调整剂）主要吸附在阴极表面,尤其是电流密度较高的位置（例如孔的拐角部位和板件的边缘）,从而对电沉积起到抑制作用,使镀层平整。
没有添加剂或添加剂不足，铜将在板件上做无规律的堆积，产生凹凸不平和烧焦的铜层，从而无法保证镀层的物理性能。
添加剂的补充主要是通过自动统计的电镀安培小时数按比例添加。
4.3电镀条件及影响
电镀铜一般有以下几个重要的因素：
温度、搅拌、过滤、电流、时间
温度：
对镀液性能影响很大，温度提高，会导致允许的电流密度提高，加快电极反应速度，但温度过高，会加快添加剂的分解，使添加剂的消耗增加，同时镀层光亮度降低，镀层结晶粗糙。
温度太低，虽然添加剂的消耗降低，但允许电流密度降低，高电流区容易烧焦。
一般控制在20-30℃，最佳控制22-28℃。
搅拌：
可以消除浓差极化，使镀液提高允许电流密度。
搅拌一般通过使阴极（板件）移动（摇摆）和使溶液流动（打气或喷流循环）共同进行。
1）摇摆：
通过摇摆轮带动摇摆杆的运动来实现阴极板件的移动。
可以促进孔的溶液流动，也能及时被赶出出现的气泡
2）打气：
通过压缩空气搅拌对镀液进行的中度到强烈的翻动，对镀铜液而言，不仅使镀液能够充分地搅拌均匀，还能提供足够的氧气，促进溶液中的Cu+氧化成Cu2+，协助消除Cu+的干扰。
3）喷流循环：
也叫喷射式搅拌，通过镀缸底部不同角度的喷射管经过加压把镀液做一定速度的喷射，以加速镀液的交换，同样也起到使镀液浓度保持均匀，从而提高孔镀层均匀性的作用。
喷流循环和打气搅拌两者只能选其一，如果两种方式同时使用，则容易出现气泡夹杂在镀液进入喷射管再通过喷射作用在板面上从而引起针孔等缺陷。
过滤：
主要是通过循环过滤泵安装一定数量的过滤芯来净化镀缸镀液，使镀液中的杂质及时地除去，避免板面镀层问题，同时镀液的循环流动（一般镀缸均配置有体积不等的副槽）也使镀缸各位置药水浓度保持均匀一致。
过滤芯使用5-10微米的棉芯或PP滤芯，一般镀缸镀液每小时过滤4-8个循环。
电流密度和电镀时间：
电流密度指的是单位面积上分配到的电流大小，通常用安培/平方分米（ASD）作单位，电流密度可以衡量铜层沉积的速度，电流密度大，则沉积速率快。
在保证板件质量的条件下，高电流密度能提高生产效率。
但电流密度不能随意升高，由设备能力（整流机和阳极面积及排布）和板件特性（线路情况和板件质量要求）决定。
电镀时间则根据铜厚要求和电镀线自身能力限定的最大电流密度来安排。
在图形电镀中，由于图形分布均不一致，不同板件的电流密度和电镀时间一般都要经过试镀，测定孔壁铜厚后再调整为正式生产，以避免孔铜不足或过高带来的质量问题。
4.4主要物品：
为含磷0.04-0.06%的铜球，含磷阳极可以维持合适的溶出速度，避免阳极溶解过快产生的铜粉，而过高的磷含量会使阳极钝化影响其溶解。
铜含量一般要求在99.9%以上，过多的金属杂质会导致镀层的物理性能降低。
阳极篮、阳极袋：
阳极篮是盛放含磷铜球的器具，一般为金属钛制成，钛金属不溶出，不影响镀液。
阳极袋套在阳极篮上，可避免含磷阳极泥进入镀缸污染镀液。
阳极袋一般比阳极高3-4厘米，避免因镀液搅动而从阳极篮上方带出阳极泥。
5.镀（铅）锡：
镀完铜后经过氟硼酸缸后进入铅锡缸。
镀铅锡主要是对保留线路进行保护。
在碱蚀流程中，蚀刻液对铅锡层无明显的作用，在要保留线路上菲林开窗镀上铜并镀上铅锡，铅锡可以作为蚀刻时要求保留的铜面的蚀刻阻剂，来保护其不受蚀刻液的攻击。
一般来说，铅锡层作为保护层，厚度没有过高的要求，在120-150μ”已经可以保证保护效果。
镀铅锡主要采用的是氟硼酸体系，则其药水主要成分是氟硼酸铅、氟硼酸锡和氟硼酸。
氟硼酸铅和氟硼酸锡是主盐，氟硼酸起增加导电性作用。
同样镀铅锡也需要相应的一些添加剂来确保铅锡层的质量，添加剂包括校正液、精细剂等，有的则是将完成功能都放在一起组成单一组分，铅锡添加剂的添加也是通过安培小时数的自动统计来控制自动添加的。
镀铅锡所用阳极为铅锡比例为37/63的商品化产品。
6.退铅锡：
镀完铅锡后板件就走完整个图形电镀流程，回到入板位置开始卸板。
板件卸完后不是立刻上板，而要经过退铅锡流程。
退铅锡是为了使夹具夹点镀上的铅锡（包括包在里面的铜）不会逐渐累积而影响板件和夹点的接触，避免夹点上铜导致电镀面积的变化影响铜厚。
退铅锡缸的成分为硝酸，浓度为50%左右。
三.工艺要点：
1.电流指示的制作：
制作电流指示时一定要先查看MI资料，确认客户类型、板厚、最小孔径、板厚孔径比、要求的最小孔壁铜厚、图形分布情况、是否有平板加厚、孔径公差要求及后处理方式（沉镍金板、OSP板、无铅喷锡和沉锡等）。
一般括号四种后处理方式的板件由于后处理时蚀铜量大，通常要加大0.1-0.15mil。
图形电镀主要是对孔铜进行加厚，考虑不同板厚孔径比（板厚与孔径的比值），以上公式应该再除以深镀能力（镀液由于在表面交换比在孔交换频繁，孔的镀层厚度与表面的镀层厚度为一个小于1的比值，板件厚度越大，孔径越小，比值越小，而且不同的镀液成分和比例也有所不同），然后按不同电镀线的电镀周期及其相应的特点，设定其电流密度和电镀时间。
试镀电流参数可以通过以下估算来确定：
根据法拉第定律，可以推导出电镀铜层的沉积速率约为：
v（mil/min）=0.0087*D*η（D：
电流密度/ASD；
η：
电流效率/%）
一般电流效率按95%计算，则理论电镀铜厚度（mil）=电流密度（ASD）*电镀时间（min）/120/深镀能力
深镀能力大致可参考下表代入以上公式（图形分布差异未考虑）：
罗门哈斯125体系：
电流密度厚径比
<
4:
1
4-6:
6-7:
>
7:
1.0-1.5ASD
90%
80%
75%
按60%
1.5-2.0ASD
65%
按55%
2.0ASD
60%
按50%
安美特TP体系：
95%
85%
按65-70%
按65%
70%
对于平板加厚板件，若板厚超过3mm板件，即使平板加厚至0.5mil，但实际上只有0.3mil左右，电流指示设计时要充分考虑厚板的深镀能力较差，适当提高电流密度或延长电镀时间，防止出现多次试镀孔壁铜厚不足。
对图形分布情况的影响：
电镀面积超过50%的板件可能存在大铜面，电流指示设计时也要考虑进去，板边较大但板图形孤立、线路稀疏的板件一般要使用较低的电流密度防止镀层过厚夹膜。
电镀面积的估算：
通常以板面面积估算为主，电镀面积为拼板总面积*电镀面积所占比例，孔面积一般约占10%，但可不考虑，试镀后再做调整。
当孔径大小等于板厚时，孔壁展开面积对真实电镀面积的影响很大，当厚板板面有很多较大的插件孔时，真实电镀面积增加量很大，电镀时必须进行考虑，则应该把孔面积计算进去。
当估算的电镀面积与电脑上提供的面积进行比较，若误差较小时按电脑上提供的面积为准，若相差较大时要求事业部拼板组重算确认。
目前各图形电镀线的电流指示制作参考经验值（板厚孔径比为5：
1，超过可略提高0.1-0.2ASD，表中乘号前后单位分别为ASD、min）：
孔壁铜厚
1.6mm
2.0mm
B
C
BII
脉冲
0.6mil
1.8*45
1.1*70
2.5*35
2.0*45
1.2*70
2.6*35
0.8mil
2.3*45
1.3*70
3*35
2.2*45
1.4*70
2.9*35
1.0mil
2.5*451.9*60
1.5*70
3.4*35
2.7*45
2.5*45
1.9*60
1.7*70
3.2*35
1.2mil
根据具体板件及平板加厚进行计算
2.5mm
3.0mm
/
1.6*70
2.6*45
2.8*45
2.1*60
1.8*70
3.0*45
1.4*90
2.2*60
1.5*90
3.2*45
2.试镀板件确认：
（1）孔铜确认：
一般以物理室孔电阻数据进行确认，根据板件结果和经验判断对试镀的电流指示做确认，在系统里注明。
而薄板、厚板孔铜无法用孔电阻测试法测定，只能通过切片判断，不能做切片的，一般以经验值和理论值进行推断。
当测定值与理论值差距大时，则先按以下步骤处理：
Ø
用手摸板面线路、感觉镀层厚度
用测厚仪测量表面铜厚：
镀层厚度=总铜厚度—基铜厚度
没有发现异常可要求重测或切片确认。
一般A类客户华为、朗讯、捷普等，包括汽车板件，都需要经过切片值进行确认，切片值大于0.9mil以上才可正式生产。
（2）孔径确认：
客户板件孔径都存在一定的公差要求，试镀板件除孔壁铜厚要求外还需要对孔径公差进行确认，防止出现超差问题，特别是孤立孔出现孔径小的情况。
一般由QE确认，没有出现超差即可。
若出现孔小而孔铜偏大，可降低电流再试镀，如果孔小而孔铜正常，则需要确认是否为图形分布不均匀，考虑改大平板电镀电流降低图形电镀电流。
（3）线路确认：
对于设计电流值过大时，有可能出现细密线路夹膜的情况，QE对线路检查合格后方可正式生产。
如果试镀夹膜，在保证铜厚的基础上适当降低电流密度再试，如果孔铜正常，则同样检查图形分布，考虑提高平板电镀电流而降低图形电镀电流。
当试镀后孔壁铜厚、孔径和线路确认后，在电脑系统将试镀的电流指示改为正式生产。
3.定期生产线能力和性能验证项目：
（1）均镀能力验证：
采用光板整板电镀方式，镀前镀后用铜厚测试仪直接测板面铜厚，测量位
置如附图所示（每块板测完后，检查数据，如发现特别的数据允许重测）。
用CoV
（CoefficientofVariance）值评估铜厚均匀性。
电镀铜板面镀层厚度分布评价标准：
板面镀铜厚度均匀性：
在镀铜厚度为25μm的前提下，不小于85%，Cpk≥1.33。
（2）深镀能力测试
采用专用互连测试板编号为GY-010，经过图形转移后电镀，通过同样板厚不同孔径的孔的设计，来测定不同板厚孔径比的深镀能力，其钻孔方式如下（仅供参考，具体孔径的设计可自行安排，只需在钻嘴表上修改）：
电镀条件可自行设定，固定下来可供对比即可，一般可高中低电流密度分别试板。
蚀刻后取样做切片按下述测量方式并用显微镜测量孔及板面镀层铜厚度:
深镀能力计算可分别采用十点法和六点法：
（点1+点2+点3+点4+点5+点6）/6
十点法：
深镀能力（ThrowingPower）=X100%
（点A+点B+点C+点D）/4
（点2+点5）/2
六点法：
（3）热应力测试（漂锡热冲击试验）：
采用GY-BGATEST板件，采用平板电镀方式即可，电镀后取样方式如下：
每片板裁上、中、下3小片100mmx100mm测试板进行漂锡试验：
用镊子夾住测试板涂上FLUX后放入288°
C锡炉漂锡10Sec;
然后拿出冷却至室温，再涂上FLUX后又放入288°
C锡炉漂锡10Sec.，然后拿出冷却至室温，如此重复3-6次。
将经漂锡试验之100mmx100mm测试板中间切片、分析是否有Cracks现象。
评价标准：
热应力测试经288°
C5Cycle未发现有裂痕
（4）镀铜层延展性和抗强度测试
采用表面光亮无划痕之不锈钢片，电镀后撕下送交药水供应商测定，注意镀铜层厚度要在2mil以上。
镀铜层延展性和抗强度评价标准：
镀铜层延展性（Elongation）必须≧18%
抗强度（TensileStrength）必须≧248Mpa（36000PSI）
（5）高低温冷热循环测试
使用高低温冷热循环专用测试板（P00727R）、指定使用生益板材FR-4，电镀后酸蚀锣好外形送样品质部，由品质部做测定。
高低温冷热循环测试标准：
高低温热循环（125±
3℃30min,－65±
3℃30min）＞500次。
四.不同电镀线的特点：
1.图形B线：
为夹棍式夹板，可生产的板件为板厚0.4–2.0mm的板件，厚板因缸体因素深镀能力不佳一般不生产，孔径小于等于0.3mm的板件也一般不在该线生产。
图形B线对薄板生产比较适合，因板件容易夹紧不掉板。
因均匀性方面问题，孔径要求严（公差为2mil）或线宽/间距≤4mil的板件也不在该线生产。
图形B线生产图形电镀时电镀周期为45分钟或60分钟，其他周期一般不生产，电流密度最大可调至2.5ASD，但由于整流机的最大电流限制，一般电镀面积超过50%的板件只能够用长周期60分钟来生产。
铜缸镀液采用安美特TP系列的添加剂，在生产以上类型板件和控制电流密度的围里可以达到80％的深镀能力。
2.图形C线：
为均匀性和适应性最好一条图形电镀线，可以生产现时所有板厚的板件，薄板配置专门的薄板辅助夹具，因其各方面的稳定性，孔铜、孔径等要求严格的板件一般安排在这里生产。
图形C线生产图形电镀时电镀周期为45分钟和60分钟，其他周期如90分钟、120分钟等通过停机处理，电流密度最大可设至2.6ASD，铜缸镀液同为安美特TP体系添加剂，因此对要求通过高次数冷热循环的板件一般不生产。
3.脉冲电镀线：
采用脉冲方式镀铜，深镀能力较好。
电镀周期为35分钟和45分钟，其他周期一般不采用。
35分钟周期程序中镀锡时间稍短，容易造成抗蚀方面的问题，比较少采用。
电流密度最大可至3.5ASD，但一般高电流容易造成铜层粗糙，影响铜层和锡层间的结合力，引起焊盘过蚀的问题，所以尽量避免采用超过3.2ASD以上的电流密度。
生产板件板厚一般在1.0mm-3.0mm之间，因均匀性不好，厚板、孔径要求严（公差为2mil）、线宽/间距≤4mil（包括图形分布不均匀）的板件也不生产。
因脉冲镀铜存在反向电流的问题，因此通常设计电流要比直流镀铜要稍大0.2ASD。
4.图形B（II）线：
为最新的一条图形电镀线，基本上可以生产所有的板件，包括图形C线不能生产的部分要求高的汽车板件。
镀铜周期为70分钟与90分钟，跳缸生产可按以上镀铜周期的任意倍数生产，对孔铜要求高需要长周期镀铜的板件最适合在该线生产。
该线采用罗门哈斯125系列添加剂，镀层耐冷热循环次数高，适合生产高物理性能的板件。
除薄板由于容易掉板和擦花，一般可调整到图形C线生产外，其他板件均可在该线生产。
各线的能力一览表：
图形B线
脉冲电镀
图形C线
图形BII线
整流器输出电流
300A
600A
500A
800A
建议最大电流密度
2.6ASD
3.5ASD
备注
板厚孔径比少于4.6:
1，孔径公差±
2mil板件及板厚超过2.5mm板件一般不生产，面积超过50%的板件要求使用长周期电镀。
线宽/间距大于4mil,孤立线容易出现夹膜，板厚<
0.8mm的薄板不生产。
无限制，但板厚<
0.8mm的薄板需使用专用夹具或加支撑。
无限制，但板厚小于0.8mm的板件不建议生产
五.常见问题分析处理：
1.孔铜不足：
按以下次序检查问题所在：
通过切片确认是否为图形层镀不足，会否出现漏平板加厚
检查电流值是否设计错误，对照前面最小孔壁铜厚设定方式重新计算，如果设计正常，检查孔面积，展开计算确认其对真实电镀面积的影响
查看当时电流参数有无按照电流指示进行输入，包括每挂板件数、电流密度、电镀时间等，查看是否有操作出错可能，也查看是否为不满缸的散板，估算边条的添加对电镀面积的影响
查看当时有无设备故障记录，并查询电脑界面实际输入的电流与设计值有否异常，是否因突发事故引起电流异常
检查各整流器输出是否正常，阴阳极电流与理论相差在10%以
检查夹具是否上铜、上锡
当通过以上确认无误，而仍有个别板件孔铜不足时，则可能是夹点未能上紧或个别阳极钝化导致该处电力线偏弱造成，应进一步测试确认
已镀好板件未蚀刻可退锡补镀处理，已蚀刻好由QE确认或报废
2.夹膜：
试镀蚀刻后出现夹膜的未镀板件处理：
轻微夹膜：
进一步确认孔壁铜厚，若孔铜过厚可通过降低电流密度或延长电镀时间来解决，因脉冲电镀容易出现夹膜可改为直流电镀。
夹膜较严重板件处理如下：
●出特殊菲林进行试产，如采用增加平衡铜点、平衡铜条、移线或增大孤立线间距，拼板外可直接修改，拼板的修改资料应征得客户同意
●采用平板加厚进行生产（一般适用于线宽/间距大于5mil的板件，同时需考虑线宽补偿量）
●钻孔前采用减铜后进行平板加厚（防止蚀刻出现蚀不净或线细）
●修改生产资料采用酸性蚀刻制程
已镀好夹膜板件试放慢速度退膜后，由QE确认修理或报废。
3.镀层不良：
（1）铜面铜点铜粒：
检查是否为手印手迹引起的团状突起，检查上板方式和手套洁净程度
检查是否为杂物引起，检查过滤棉芯情况和阳极袋有无破损，液位是否高于阳极袋开口位置
检查铜缸各组分是否在控制围，重点检查光亮剂、整平剂和氯离子
检查是否电流过大出现板面烧焦，检查铜缸液位和夹具有无上铜，如有可做中高电流密度的适当拖缸，必要时进行倒缸洗缸处理
板面出现铜点，可在蚀刻后于去毛刺磨板处磨板，局部铜点可以通过砂纸小
心磨去，并在感光工序试印绿油观察外观是否允收。
（2）镀层凹陷：
通过切片确认是否为图形层凹陷
检查是否为发花状大片凹陷，如是，检查除油和除油后的水洗是否正常，检查当板件在除油后进入水洗时有无吊车故障而水洗不足
检查铜缸各组分是否在控制围，重点检查整平剂和氯离子
检查显影线状况，确认其显影情况是否良好
出现镀层凹陷的板件试走去毛刺磨板，严重的未能磨平则由QE确认或报废，
线路简单板件可试外协砂带磨板，物理室确认孔口磨损情况。
4.镀层烧焦：
确认烧焦部位为板角、板边、孔边或整板，板件图形分布是否极不均匀，是否为满缸生产，不满缸有否按正常条件添加边条
检查电流设
升级会员 