电镀铜工艺.docx
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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--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显现热和机械缺陷.
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:
要紧作用是提供電鍍所需Cu2+及提高導電能力
—H2SO4:
要紧作用是提高鍍液導電性能,提高通孔電鍍的均勻性。
—Cl-:
要紧作用是幫助陽極溶解,協助改善銅的析出,結晶。
—添加劑:
要紧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
鍍成效的影響
—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成效的影
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,操纵鍍液溫度。
g電流密度
—提高電流密度,能够提高鍍層沉積速率,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成效的影
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(即陽极電流密度操纵在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阻碍
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
良情形.
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
布不良情形.
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平均的表面光亮度
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操纵范畴
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电镀时刻(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阻碍.
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判
g电镀铜溶液和电镀线的评判
ThrowingPower的测定方法
电镀铜溶液和电镀线的评判
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判
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.
电镀铜溶液的操纵
–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,并坚持在最佳范畴内生产
电镀铜溶液的操纵
g赫尔槽试验(HullCellTest)
电镀铜溶液的操纵
g赫尔槽试验(HullCellTest)参数
—电流:
2A
—时刻:
10分钟
—搅拌:
空气搅拌
—温度:
室温
电镀铜溶液的操纵
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专门低
改正方法:
添加2-3ml/lCopperGleam125T-2(CH)Additive
电镀铜溶液的操纵
g赫尔槽试验(HullCellTest)
仅高电流密度区烧焦,试片的其它区域仍旧正常----CopperGleam125T-2(CH)
Additive低
改正方法:
添加1ml/lCopperGleam125T-2(CH)Additive
电镀铜溶液的操纵
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
酸性除油的要紧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.易于分配及操纵
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
可焊性专门好
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平均之阳极膜,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。
为幸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
设备预备程序
槽子的清洗
在配槽之前,工艺槽及附属设备必须完全清洁,并随后用硫酸溶液中和。
关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,清洗洁净。
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洁净。
C.用100ml/l硫酸溶液浸泡8小时以上。
D.用纯水完全清洗洁净。
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洁净。
C.用100ml/l硫酸溶液浸泡8小时以上
D.用纯水完全清洗洁净
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.用纯水完全清洗洁净
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.用清水冲洗洁净
C.再以50ml/l硫酸+50ml/l双氧水浸泡,阳极呈鲜红色即可。
D.用清水清洗洁净
E.用100ml/l硫酸浸泡
F.用纯水完全冲洗洁净即可使用
CopperGleam125T-2(CH)配槽步骤
a.运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.依照运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℃以下,添加5ml/lCopperGleam125T-2(CH)
Additive和10ml/lCopperGleam125T-2(CH)Carrer。
g.分别以如下电流密度及时刻进行拖缸
5ASF6小时
15ASF4小时
20ASF2小时
h.依照HullCell试验及CVS分析,补加光剂至正常范畴。
电镀铜缸爱护方法
旧磷铜球处理
a.将旧磷铜球用10%(V/V)CPH2SO4和10%(V/V)H2O2(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水完全清洗洁净
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)H2O2(30%)混合
溶液浸泡2小时
c.用DI水完全清洗洁净
电镀铜溶液爱护
a.每月以碳芯过滤镀液1次
b.依照HullCell试验或CVS分析,判定镀液有机物
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
范畴。
i将溶液加热到40-50℃,按5ml/l加入H2O2(30%),搅拌4-6小时
i连续加热至60-80℃,缓慢加入4-5g/l活性炭粉,于60℃搅拌2-4小时。
i停止加热及搅拌,静置8-12小时。
i用5-10μm滤芯及助滤粉,将镀液过滤至缓冲缸内。
i再用5-10μm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,调整至工艺范畴内。
i用10ASF,20ASF电流密度各拖缸4小时。
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