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一文读懂电镀工艺一、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.3 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.二、电镀铜的功能2.1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；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.2.3 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.三、电镀铜层的基本要求3.1 镀层均匀、细致、平整、无麻点、无针孔，有良好外观的光亮或半光亮镀层。3.2 镀层厚度均匀，板面镀层厚度与孔壁镀层厚度之比接近1：1。3.3 镀层与铜基体结合牢固，在镀后和后续工序的加工过程中，不会出现起泡、起皮等现象。3.4 镀层导电性好3.5 镀层柔软性好，延伸率不低于10%，抗张强度20-50Kg/mm2,以保证在后工序波峰焊和热风整平时，不至于固环氧树脂基材上铜镀层的膨胀系数不同导致镀铜层产生纵向断裂环氧树脂膨胀系数12.810-5 /℃ ,铜的膨胀系数0.68 10-5 /℃)四、电镀铜液的基本要求4.1 有良好的分散能力和深镀能力，即使在很低的电流密度下，也能得到均匀细致的镀层，以保证在印制板的板厚孔径比较大时，仍能达Ts:Th接近1：1。4.2 电流密度范围宽，如在赫尔槽2A下，全板镀层均匀一致。4.3 镀液稳定，便于维护，对杂质的容忍性高，对温度的容忍性高。4.4 镀液对覆铜箔板无伤害五、电镀铜基本原理5.1 法拉第第一定律：电镀是一个电沉积过程,沉积量遵守法拉第电解定律,即电解时电极上析出的金属量与通过电量成正比.m=K·Q=K· I· TK:金属物质的电化当量,电解时通过一库伦的电量,或1安培·小时的电量,在电极上所析出的物质重量:单位：毫克/库伦,或克/安培·小时.铜的电化当量 K=1.186克/安培·小时Q:电解时通过的电解库伦I: 电镀时通过的电流强度，安培T :电镀时间，小时m:析出的金属重量，g5.2 法拉第第二定律：电解时在电极上析出（或溶解）的物质的量与通过的电量及该物质的M/n的乘积成正比。即析出(或溶解)1mol的任何物质所需的电荷量为n.96500C或n.26.8Ah.这一常数称为法拉第常数﹐用F表示。第一定律的公式可以写成：m=M*Q/(F*n)M：金属分子量n： 转移的电子个数5.3 电镀铜液各成分的功能硫酸铜：提供电镀所需Cu2+及提高导电能力硫酸: 提高镀液导电性能，提高通孔电镀的均匀性氯离子：帮助阳极的溶解，协助改善铜的结晶添加剂：改善深镀性能，改善镀层结晶细密性CuSO4：浓度太低，高电流区镀层易烧焦； 浓度太高，镀液分散能力会降低。H2SO4：浓度太低，溶液导电性差，镀液分散能力差。浓度太高，降低Cu2+的迁移率，电流效率反而降低，对铜镀层的延伸率不利。Cl-： 浓度太低，镀层出现台阶状的粗糙镀层，易出现针孔和烧焦；浓度太高，导致阳极钝化，镀层失去光泽。5.4 酸性镀铜的影响因素温度　温度升高，电极反应速度加快，允许电流密度提高，镀层沉积速度加快，但加速添加剂分解会增加添加剂消耗，镀层结晶粗糙，亮度降低。温度降低，允许电流密度降低。高电流区容易烧焦。电流密度提高电流密度，可以提高镀层沉积速率，但应注意其镀层厚度分布变差。搅拌阴极移动：阴极移动是通过阴极杆的往复运动来实现工件的移动。移动方向与阳极成一定角度。阴极移动振幅50－75mm，移动频率10－15次/分空气搅拌：过滤：PP滤芯、5－10m过滤精度、流量2－5次循环/小时阳极：磷铜阳极、含磷0.03-0.06%5.5 磷阳极特点通电后磷铜表面形成一层黑色(或棕黑)的薄膜黑色(或棕黑色)薄膜为Cu3P又称磷铜阳极膜磷铜阳极膜的作用— 阳极膜本身对(Cu+--e→Cu2+)反应有催化、加速作用，从而减少Cu+的积累。— 阳极膜形成后能抑制Cu+的继续产生— 阳极膜具有金属导电性— 磷铜较纯铜阳极化小P0.04-0.065%磷铜的阳极化比无氧铜低50mv-80mv不会导致阳极纯化。— 阳极膜会使微小晶粒从阳级脱落的现象大大减少— 阳极膜在一定程度上阻止了铜阳极的过快溶解5.6 电镀铜阳极表面积估算方法圆形钛篮铜阳极表面积估算方法— dlf /2= 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 = 1.25.7 磷铜阳极材料要求规格主成份Cu : 99.9% minP : 0.04-0.065%杂质Fe : 0.003%maxS : 0.003%maxPb : 0.002%maxSb : 0.002%maxNi : 0.002%maxAs : 0.001%max5.8 阳极溶解因素5.8.1 阳极面积(即阳极电流密度控制在0.5ASD-1.5ASD之间)5.8.2 阳极袋 (聚丙烯)5.8.3 阳极及阳极袋的清洗方法和频率5.9 添加剂对电镀铜工艺的影响5.9.1 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。5.9.2 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。5.9.3 整平剂选择性地吸附到受镀表面抑制沉积速率。5.9.4 氯离子增强添加剂的吸附＊各添加剂相互制约地起作用.5.10 电镀层的光亮度载体(c)快速地吸附到所有受镀表面并均一地抑制电沉积光亮剂(b)吸附于低电流密度区并提高沉积速率.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5.11 电镀的整平性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5.12 深镀能力5.13 电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power)5.14 镀液的深镀能力(Throwing Power)5.14.1 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）5.14.2 搅拌: 提高电流密度5.14.3 表面分布也受分散能力影响.5.15 电镀铜层的物理特性5.15.1 延展性当镀层厚度为50μｍ而镀层延展性减少18-20%时,需要采用活性炭处理以除去杂质(有机分解物)5.15.2 抗张强度通常 ３０～３５kg/mm25.16 电镀铜溶液的控制5.16.1 控制因子硫酸铜浓度硫酸浓度氯离子浓度槽液温度用CVS分析添加剂浓度镀层的物理特性(延展性/抗张强度)5.16.2 赫尔槽试验赫尔槽试验(Hull Cell Test)参数：— 电流: 2A— 时间: 10分钟— 搅拌: 空气搅拌— 温度: 室温5.16.3 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.IPC要求大于12﹪5.16.4 热冲击测试— 以120oC烘板4小时.— 铜厚在1mil以上— 把板浸入288oC铅锡炉10秒×3次— 以切片方法检查有否铜断裂.5.16.5 电镀液维护电镀液会发生成分变化(变质)的。为了调整、恢复原状，需要补充药品。如果有杂质的沉积，就要除掉杂质(再生)，到了不能使用时就要全量或者部分报废，更换新镀液镀液的再生采用﹕(1)活性碳处理；(2)弱电解(拖缸)处理等。补充药品方法﹕(1) 分析补充；(2)生产安培时补充。5.17 电镀层厚度均匀性测量方法步骤1:在一个电铜槽使用光覆铜板进行测试步骤2:在板的两面各分别测量50个点步骤3:通过Excel分析数据步骤4:调整槽体可变物至最佳的板面分布评估方法:Coefficient of Variance: CoV =σ/µ × 100%平均值for i = 1,2, … n (n= no. of points)标准偏差Xi= 单个取样点值 (电镀铜层厚度不含基材铜 )电镀铜板面镀铜厚度评价标准：板面镀铜厚度均匀性:在镀铜厚度为25um 的前提下,CoV≤8% 。5.18 电镀铜异常5.19 图镀异常5.19.1 电镀夹膜现象电镀夹膜是图镀过程中的图镀的厚度大于干膜抗蚀层厚度导致抗蚀层被包围，使得在退膜过程中该被退的抗蚀层没有退去。往往容易造成线路连接而短路。电镀夹膜故障排除方法输入正确的参数（面积/电流计算准确)。电流小的情况下加分流条。测量输出的电流，核对与整流器显示是否在工艺规定偏差内。对于孤立线板，原则上采用小电流长时间电镀，生产时根据首板铜厚微 调电流密度。适当增大板电铜厚，降低图镀铜厚。选择较厚干膜，防止夹膜。夹膜板处理方式：用退膜水浸泡，然后过机退膜。5.20 电镀均匀性改善5.20.1 电镀均匀性状况：在电镀缸中，板的周边2Inch是引起电镀不均匀的主要区域。5.20.2 均匀性改善方法:板左右两边(水平方向)的不均匀，我们强调通过加分流条来改善。板子上下部(垂直方向)的不均匀，主要采用遮蔽部分电力线来改善。在缸体上部加深入液面2Inch的挡板。生产过程中经常用钳形电流表校准电流；生产时必须加分流条来改善水平方向的均匀性；电镀缸每边均匀排布铜阳极;间隔10~15cm左右;每周检查挡板是否完好；钛篮每周抖动一次，每周添加铜阳极；5.21 电镀铜粉故障排除5.21.1电镀铜粉危害铜粉是一价铜离子所形成的，会引发铜镀层粗糙、毛刺和铜粉脱落形成的针孔现象。5.21.2 铜粉的产生途径及解决办法：检查磷铜阳极的表面是否有黑膜；如果磷铜阳极的含磷低，则无法控制一价铜离子的产生，形成铜粉，造成铜镀层粗糙。需更换磷铜阳极。磷铜阳极不能超出铜镀液液面。需控制磷铜阳极的添加量。电镀槽上导电棒或板上不能有铜结晶粘附。氯离子太低，氯离子就不能充分与一价铜离子结合，形成铜粉；氯离子的减少主要是来自大阳极面积与小阴极面积而造成的。即在大镀液槽中长期或次数过多地电镀小面积样板和小尺寸板。阴极小所需的二价铜离子也较少，而阳极上相对较多的氯化亚铜沉积在阳极，容易脱落而沉淀或被连续过滤除去而造成镀液中的氯离子减少。氯离子太高时，会形成过量的氯化亚铜，这些过量的氯化亚铜离子就会产生歧化反应，形成铜粉，造成铜镀层粗糙。氯离子的控制中点为50ppm，控制范围为40~60ppm，当低于40ppm时，就要开始添加氯离子；当氯离子高75ppm时，就要做好降低氯离子的准备工作5.22 铜阳极钝化故障排除5.22.1 磷铜阳极表面阳极膜的剖析：正常阳极膜正常情况下，磷铜阳极的表面有一层黑色氧化膜，简称“黑膜”； 理想的“黑膜”应是晶粒细小，易更生代谢，用手搡擦，会露出铜的本色，手感细滑。不正常的“黑膜”有四种：1）磷铜阳极表面的阳极膜呈“灰白色的膜层”；2）磷铜阳极表面的阳极膜呈“黄色或绿黄色的膜层”；3）磷铜阳极表面的黑膜厚，难以更生代谢；4）磷铜阳极表面的黑膜下还存在一层棕色的膜，此膜用手难以擦拭；此四种现象都称为“磷铜阳极钝化”现象5.22.2 产生磷铜阳极钝化现象原因分析与处理：磷铜阳极表面的阳极膜呈“灰白色的膜层”现象：原因:一般情况下，铜镀槽如长时间停镀，槽内的磷铜阳极表面的“黑膜”，容易转成“灰白色”的阳极膜，产生磷铜阳极钝化.解决办法:一般停镀2小时以上需进行拖缸处理.B.磷铜阳极表面的阳极膜呈“黄色或绿黄色的膜层”现象：序号 原因 处理办法 判断常识1 磷铜阳极的含磷量低 应更换磷铜阳极 如是磷铜阳极的含磷量低，则阳极膜薄而少，铜镀液中会有一价铜离子的产生，铜离子急剧上升2 光亮剂的加入量 做哈氏槽分析处理 光亮剂太低会造成板面边缘烧焦;光亮剂太高板面的低电流密度区无光泽3 有机污染 镀液做碳芯过滤或碳处理 如是有机污染，铜镀层会出现麻点或针孔现象C. 磷铜阳极表面的黑膜太厚现象：原因:如果磷铜阳极表面的黑膜太厚，说明磷铜阳极的磷量太高，属于屏蔽性钝 化.处理办法:应更换磷铜阳极.D. 磷铜阳极表面的黑膜下，还有一层棕色的膜：原因:此现象说明磷铜阳极中的杂质含量超标，一般是用杂铜生产的磷铜阳极才 会出现此类钝化现象.处理办法:应更换磷铜阳极.5.22.3 钝化的磷铜阳极清洗方法：除因磷铜阳极本身质量引起的磷铜阳极钝化外，其它原因引起钝化的磷铜阳极，可通过清洗处理重新使用。清洗的方法：用低浓度的硫酸与双氧水混合液浸洗至钝化膜消失,再用稀硫酸浸泡后使用。