电镀铜工艺.docx

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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一金属间键合，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.

-作为图形电镀锡或線的底层，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

電極反應標准電極電位

Cu24-卜2e

u

qr

Ci®/

Cu

0.34V

副反應

Cu2+

卜e

qr

Cu24/

Cu+

=*0.15V

Cu+

+e

cp°

Cu+/

Cu

-0.5IV

陽極：

Cu

2e<3Cu24

rCu

e<3Cu+

2Cu+tl/202

+2ir

刖反應<

2Cu++21I2O

2H+

Cu90H20

<2Cu+cu2+♦ch「

酸性鍍銅液各成分及特性簡介

g酸性鍍銅液成分

—硫酸銅（CuS04

.5H20）

一硫酸（H2S04）

—氯離子（C1-）

一添加劑

酸性鍍銅液各成分

功能

—CuS04

.5H20:

主要作用是提供電鍍所需Cu2+及提高導電能力

-H2S04:

主要作用是提高鍍液導電性能，提高通孔電鍍的均勻性。

-C1-:

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

—CuS04

.5H20:

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。

-H2S04:

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，业對銅鍍層的延伸率不利。

-C1-:

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—3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乂稱磷銅陽极膜

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1.5X104e-1cm-1具有金屬導電性

—磷銅較純銅陽极化小（lA/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二3.14d二钛篮直径1二钛篮长度f二系数

g方形钛篮铜阳极表面积估算方法

—1.331wf

1二钛篮长度沪钛篮宽度f二系数

gf与铜球直径有关：

直径二12mmf二2・2

直径二］5mmf=2.0直径二25mmf=l.7

直径二28mmf=l.6直径二38mmf=l.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o・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

才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）和光壳剂（b）的交互作用导致产生均匀的表面光壳度

电镀的整平性能

光亮剂（b）,载体（c）,整平剂

（1）的机理

过fit光亮剂

光亮剂和载体

bcccccbcccc

h

ccb

光亮剂/载体/整平剂的混合

IbcccbccbI1

b

I）

载体抑制沉积而光壳剂加速沉积

整平剂抑制凸出区域的沉积

整平剂扩展了光壳剂的控制X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）/1141mil=25・4um

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Jrinch）2/（孔径inch）

搅拌：

提高电流密度

表面分布也受分散能力影响.

电镀铜溶液和电镀线的评价

电镀铜板面镀层厚度分布评估方法

CoefficientofVariance:

（Cof）—x1（）0%

平均值

for/=12・

n（i>~no.ofpoinrs）

（7

/=!

标准偏斧

X产单个取样点值（电镀制层厚度不含基材制）

电镀铜溶液和电镀线的评价

ooo

08

dddd

x-12

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

1

1

i

■

2T

■

■

33*

■

斗4'

■

■

5

5*

g电镀铜溶液和电镀线的评价

ThrowingPower的测定方法

Throwingpower=

I'ccird?

+pcir）t3十片pQjQt?

'十pcint3'+X100%

（pointl+point54point1+points1）/4

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2niil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

⑴裁板16‘‘xl8"

（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X强度）

g分析项目

上述项H须定期分析,并维持在最佳X围内生产

电镀铜溶液的控制

g赫尔槽试验（HullCellTest）

阳极+

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----CopperGleam123T-2（CH）Additive低

改正方法:

添加lml/1CopperGleam125T-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,整个试片光壳度降低改正方法:

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

CooperGimm125T・2（CH）铜添力川剂

ThrowingPowerPhitin}*currentdensitYat20<\SF

6

—IsolateCircuit

-Ground

10%

0%H1111IIi11

00.51L522.533.54+.55

HoleDiameter^iiiui

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°C10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。

操作条件

化学品名

■范围■

最佳值

硫酸舸

60^0克/公升

75.0克/公升

硫酸

100-120毫升/公升

110.0电升/公升

氮离子

40.0-60.0ppm

45.0ppm

CopperGleam

125T-2Additive

2.5-10卷升/公升

5毫升/公升

CopperG】earn

125T-2Carrier

i卜40亳升/公升

10亳升/公升

温度

22-27伫

24乜

阴概电流密度

1.0-3.0安培/平方分米

1.5-1.8安培/平方分米

沉积速率

以2安培/平方分米电钱1小时可沉积出25锻米

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/1）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（H2S0420-50ml/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。

新阳极袋的淸洗

A.用50g/l氢氧化钠溶液加热至50°C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50C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

新铜阳极的淸洗

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/1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，补加DI水至60%液位。

b.根据计算在打气搅拌下补充不足的AR硫酸，开启循环泵。

c.加入DI水至标准液位

d.分析硫酸铜、硫酸含量并补加不足量。

e.分析氯离子含量并用AR级盐酸补至50ppm

f・在温度降至27°C以下，添加5ml/lCopperGleam125T-2（CH）

Additive和10ml/1CopperGleam125T-2（CH）Carrero

g.分别以如下电流密度及时间进行拖缸

5ASF6小时

15ASF4小时

20ASF2小时

h•根据HullCell试验及CVS分析，补加光剂至正常X围。

电镀线药液配制及保养方法

工序

维护项目

维护频率

方法

电镀铜

1251-2■dditive

AH调桧

白动添加

200-300ml/10CiOAH

HullCell及

CVS调整

1次/周

按HullCellCVS结果补加

1251-2

Carrcr

CVS调整

11

按CVS结果补力II

磷铜球补加及拖缶］.

:

■

l&ilil.5ASE,lOASb各4小吋

1次/2月

见后1111

滤芯更换

1次/周

见后面

阳极袋消洗

1次/2川

见后面

碳处理

1次H・6个川

见后面

电镀铜缸维护方法

旧磷铜球处理

a.将旧磷铜球用10%（V/V）CPH2S04和10%（V/V）H202（30%）混合浸泡至黑膜退除尽。

b.以DI水冲洗后，用5%（V/V）CPH2SO4浸泡10-15分钟。

每次补加铜球后，须以5ASF,10ASF电流密度拖缸各4小时。

滤芯更换

新滤芯的清洗

a.以热DI水清洗

b.以100ml/l硫酸浸泡8小时以上

c.用DI水彻底清洗干净

阳极袋清洗

a.用毛刷擦去表面脏物

b.在10%（V/V）CPH2SO4和10%（V/V）H202（30%）混合

溶液浸泡2小时

C.用DI水彻底清洗干净

电镀铜溶液维护

a.每月以碳芯过滤镀液1次

b.根据HullCell试验或CVS分析，判断镀液有机物

污染程度，4-6个月时进行一次活性炭处理。

铜镀液活性炭处理步骤

i将需进行碳处理之溶液移至碳处理缸，以DI水补至液位并调整成份至正常X围。

i将溶液加热到40-50°C,按5ml/l加入H202（30%）,搅拌4-6小时

i继续加热至60-80°C,缓慢加入4-5g/l活性炭粉，于60°C搅拌2-4小时。

i停止加热及搅拌，静置8-12小时。

i用5-10um滤芯及助滤粉，将镀液过滤至缓冲缸内。

i再用5-10um滤芯及助滤粉，将镀液过滤至铜点。

i以DI水补加镀液至正常液位，并分析镀液成份，调整至工艺X围内。

i用10ASF,20ASF电流密度各拖缸4小时。