1、电 镀铜 /锡 工艺1大多数化学品具有 某些化学品具有 当混合某些化学品时 当干燥或混合某些化学品时“如有疑问需查证 ”工业安全工业安全2电镀铜工艺3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 .4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 .5电镀铜工艺的功能n 电镀铜层的作用 作为
2、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 .6电镀铜的原理电 镀液组成 (H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加剂 )+ -离子交换直流整流器ne- ne-电镀上铜层阴 极(受 镀物件 )镀槽阳极Cu Cu2+ + 2e- Cu2+ + 2e- Cu 7硫酸鹽酸性鍍銅的機理電極反應 標准電極電位陰極： Cu2+ +2eCu 。 Cu2+ / Cu = +0.34V副反應 Cu2+ + eCu 。 Cu2+ / Cu = +0.15VCu+ + eCu 。 Cu+ / Cu
3、 = +0.51V陽 極： Cu -2e Cu2+ Cu - e Cu+2Cu+ + 1/2O2 + 2H+ 2Cu2+ + H2O2Cu+ + 2 H2O 2CuOH + 2H+ 2Cu+ Cu2+ + CuCu2O + H2O副反應8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9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
4、：主要作用是改善均鍍和深鍍性能，改善鍍層結晶細密性。10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）11操作條件對酸性鍍銅效果的影響 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
5、，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。 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。 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12 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。孔中心線與垂直方向成 45o角。 過濾PP濾芯、
6、 5 10m過濾精度、流量 2 5次循環 /小時 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13磷銅陽极的特色 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又稱磷銅陽极膜 磷銅陽极膜的作用 陽极膜本身對 (Cu+-eCu 2+)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 1.5X104 -1 cm-1具有金屬導電性 磷銅較純銅陽极化小 (1A/dm2 P0.04-0.065%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
7、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14 圆形钛篮铜阳极表面积估算方法 dlf /2F =3.14 d=钛篮直径 l=钛篮长度 f=系数 方形钛篮铜阳极表面积估算方法 1.33lwfl=钛篮长度 w=钛篮宽度 f=系数 f与铜球直径有关 : 直径 =12mm f=2.2直径 =15mm f=2.0 直径 =25mm f=1.7直径 =28mm f=1.6 直径 =38mm f=1.2电镀铜阳极表面积估算方法15磷铜阳极材料要求规格 主成份 Cu : 99.9% min P : 0.04-0.065% 杂质 Fe : 0.003%max S : 0.003%max Pb :
8、 0.002%max Sb : 0.002%max Ni : 0.002%max As : 0.001%max16影響陽极溶解的因素 陽极面積 (即陽极電流密度控制在 0.5ASD-1.5ASD之間 ) 陽极袋 (聚丙烯 ) 陽极及陽极袋的清洗方法和頻率17添加剂对电镀铜工艺的影响 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 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 . 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 氯离子 - 增强添加剂的吸附18电镀层的光亮度载体
9、(c) /光 亮剂 (b)的机理n 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b b b b b b bcb cbcc ccb c ccb cccb cccb cccbcbcbb19电镀的整平性能光亮剂 (b),载体 (c),整 平剂 (l)的机理n 载体抑制沉积而光亮剂加速沉积n 整平剂抑制凸出区域的沉积n 整平剂扩展了光亮剂的控制范围b c c c c c b c c c cccbccc cbbb c ccbccbb c b c b c b c b c bbc
10、bcbc bbbb c bcbcbcl b c c c b c c b l lccblll cbbb l ccbcbb光亮剂和载体 光亮剂 /载体 /整平剂的混合过量光亮剂20 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 1 mil = 25.4 m电镀铜镀层厚度估算方法21 电镀铜溶液 电镀铜溶液的电导率F 硫酸的浓度F 温度 硫酸铜浓度 添加剂 板厚度 (L),孔径 (d)F 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 .电镀铜溶液的分散能力 (Throwing
11、Power)22电镀铜板面镀层厚度分布评估方法电镀铜溶液和电镀线的评价23xy122550y/4y/25y/83y/4y-50y-25y-1212 2x/5 x/2 4x/5 x-12电镀铜溶液和电镀线的评价24电镀铜板面镀层厚度分布评估方法 电镀铜板面镀层厚度分布评价标准 :整缸板 CoV 12% 为合格电镀铜溶液和电镀线的评价25 Throwing Power 的测定方法电镀铜溶液的分散能力 (Throwing Power)电镀铜溶液和电镀线的评价26 Throwing Power 的测定方法电镀铜溶液和电镀线的评价27电镀铜溶液和电镀线的评价 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 .28测试步骤(1)裁板 16x18(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 100mm x 100mm测试板； 热冲击测试电镀铜溶液和电镀线的评价29 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 .电镀铜溶液和电镀线的评价30
