工艺技术电镀铜工艺.docx

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工艺技术电镀铜工艺

电镀铜工艺

n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

n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

n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.

硫酸鹽酸性鍍銅的機理

酸性鍍銅液各成分及特性簡介

g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g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。

g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。

g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

50－75mm，移動頻率10－15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2mm孔間距80－130mm。

孔中心線與垂直方向成45o角。

g過濾

PP濾芯、5－10mm過濾精度、流量2－5次循環/小時

g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

g通電后磷銅表面形成一層黑色（或棕黑）的薄膜

g黑色（或棕黑色）薄膜為Cu3P又稱磷銅陽极膜

g磷銅陽极膜的作用

—陽极膜本身對（Cu+--e→Cu2+）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1.5X104ê-1cm-1具有金屬導電性

—磷銅較純銅陽极化小（1A/dm2P0.04-0.065%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

电镀铜阳极表面积估算方法

g圆形钛篮铜阳极表面积估算方法

—pdlf/2

Fp=3.14d=钛篮直径l=钛篮长度f=系数

g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

gf与铜球直径有关:

直径=12mmf=2.2

直径=15mmf=2.0直径=25mmf=1.7

直径=28mmf=1.6直径=38mmf=1.2

磷铜阳极材料要求规格

g主成份

–Cu:

99.9%min

–P:

0.04-0.065%

g杂质

–Fe:

0.003%max

–S:

0.003%max

–Pb:

0.002%max

–Sb:

0.002%max

–Ni:

0.002%max

–As:

0.001%max

影響陽极溶解的因素

g陽极面積（即陽极電流密度控制在0.5ASD-1.5ASD之間）

g陽极袋（聚丙烯）

g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

g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

g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

g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

g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

n光亮剂（b）吸附于低电流密度区并提高沉积速率.

n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

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

电镀铜镀层厚度估算方法

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

1mil=25.4μm

电镀铜溶液的分散能力（ThrowingPower）

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.

gThrowingPower的测定方法

电镀铜溶液的分散能力（ThrowingPower）

电镀铜溶液和电镀线的评价

g电镀铜溶液和电镀线的评价

ThrowingPower的测定方法

电镀铜溶液和电镀线的评价

g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.

g热冲击测试

—

测试步骤

（1）裁板16''x18'’

（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100mmx100mm测试板；

电镀铜溶液和电镀线的评价

g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.

电镀铜溶液的控制

–硫酸铜浓度

–硫酸浓度

–氯离子浓度

–槽液温度

–用HullCell监控添加剂含量

–镀层的物理特性（延展性/抗张强度）

g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

g赫尔槽试验（HullCellTest）

电镀铜溶液的控制

g赫尔槽试验（HullCellTest）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

g赫尔槽试验（HullCellTest）

高电流密度区烧焦,中高电流密度区无光泽----CopperGleam125T-2（CH）

Additive非常低

改正方法:

添加2-3ml/lCopperGleam125T-2（CH）Additive

电镀铜溶液的控制

g赫尔槽试验（HullCellTest）

仅高电流密度区烧焦,试片的其它区域仍然正常----CopperGleam125T-2（CH）

Additive低

改正方法:

添加1ml/lCopperGleam125T-2（CH）Additive

电镀铜溶液的控制

g赫尔槽试验（HullCellTest）

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

—电镀工艺过程

酸性除油

酸性除油的主要作用為除去輕度氧化及輕度污漬和手印。

流程说明

—浸酸（10%硫酸）

除去經過水洗后板面產生的輕微氧化,此酸通常為10%。

电镀铜

CopperGleam125T-2（CH）特性及优点:

1.镀层有光泽而平均

2.特佳孔内覆盖能力

3.特佳的分布能力

4.优良的镀层物理特性

5.易于分配及控制

镀层特性

导电性0.59微姆欧/厘米

延展性16-20%

密度8.9克/立方厘米

抗拉强度30-35Kg/mm2

可焊性非常好

结构高纯细致等轴晶粒

热冲击（288℃10秒）可抵受5次而镀层无裂痕CopperGleam125T-2（CH）之镀液于投入生产前需作假镀处理,促使铜阳极上能形成一均匀之阳极膜,以确保能镀出品质优良之镀层。

假镀之程序为先以假镀板,用14~20ASF（约0.2安培/公升）电镀24小时直至达到5安培小时每公升溶液。

为避免过厚镀层剥落在电镀槽液,假镀板每2~4小时更换。

当完成假镀程序后,镀液便可作生产之用。

电镀线配线方法

设备准备程序

槽子的清洗

在配槽之前,工艺槽及附属设备必须彻底清洁,并随后用硫酸溶液中和。

对于新设备或先前使用其它工艺的设备,本清洗程序更显得重要。

清洁液──氢氧化钠20-50g/l中和液──硫酸20-50ml/l

程序

A.用清水清洗各缸及其附属设备

B.各缸注满清水浸洗,如有打气及过滤系统则开启

清洗（无需加滤芯）

C.排走废水

D.加入清洁液（NaOH20-50g/l）到槽内,浸洗8小时

以上,并开启所有打气及过滤泵。

E.排走氢氧化钠清洁液

F.注入清水,清洗干净。

G.排走废水

H.加入中和液（H2SO420-50ml/l）到槽内,浸洗8小时以

上,并开启所有打气及过滤泵。

I.排走硫酸溶液

J.再以清水清洗,排走废水。

K.各槽注满清水浸洗,开启打气及过滤泵,清洗整套设备。

L.排走废水,槽子已清洗完毕。

新阳极袋的清洗

A.用50g/l氢氧化钠溶液加热至50℃左右将阳极袋放入该溶液

中浸泡8小时。

B.取出阳极袋用清水清洗干净。

C.用100ml/l硫酸溶液浸泡8小时以上。

D.用纯水彻底清洗干净。

阳极篮的清洗

A.用50g/l氢氧化钠溶液加热至50℃左右，将阳极篮放入

该溶液中浸泡8小时。

B.取出阳极篮用清水清洗干净。

C.用100ml/l硫酸溶液浸泡8小时以上

D.用纯水彻底清洗干净

聚丙烯过滤芯的清洗

A.以热纯水清洗

B.以100ml/l硫酸浸泡8小时以上

C.用纯水彻底清洗干净

新铜阳极的清洗

A.用50g/l氢氧化钠溶液浸泡8小时以上

B.用清水冲洗干净

C.再以50ml/l硫酸+50ml/l双氧水浸泡,阳极呈鲜红色即可。

D.用清水清洗干净

E.用100ml/l硫酸浸泡

F.用纯水彻底冲洗干净即可使用

CopperGleam125T-2（CH）配槽步骤

a.计算配槽所需的已碳处理好的硫酸铜浓缩液的

体积并加入至槽中