电镀铜

工程培训材料 - 电镀铜

铜具有良好的导电性和良好的机械性能，能与其它金属形成良好的金属键，获得镀层间良好的结合力。因此，印制析制作过程中采用镀铜工艺。
1 电镀铜的机理
镀液的主要成分是硫酸铜和硫酸。在直流电的作用下，阴阳极发生电解反应，阳极铜失去子变成Cu2+溶于溶液中，阴极Cu2+获得电子还原成Cu原子。具体反应如下：
1.1 阴极反应
Cu2++ 2e-? Cu
副反应 Cu+ + e-? Cu
Cu2+ + e-? Cu+
由于铜的还原电位比H+高得多，所以一般不会有H2析出。
1.2 阳极反应
Cu ? 2e-? Cu2+
副反应 Cu ? e-? Cu+
在足够硫酸环境下，亦有如下反应
2 Cu+ + 1/2O2 + 2H+? 2 Cu2+ + H2O
当硫酸含量较低时，有如下反应
2 Cu+ + 2H2O ? 2 Cu(OH)2 + 2H+
2 Cu(OH)2 ? Cu2O + H2O
Cu2O即成 “铜粉”，有Cu2O出现时镀层会变得疏松粗糙。
2 电镀锡机理
电镀锡与电镀铜机理一样利用电 解作用获得金属镀层。
阴极反应Sn2+ + 2e- ? Sn
阳极反应Sn - 2e- ? Sn2+
镀锡溶液主要成分是硫酸亚锡与硫酸。

3 电镀线各药水缸成份及作用
3.1 除油缸
主要成份为酸性除油剂，它可以清除板面污渍，指纹及菲林碎等杂质，获得清洁的基铜表面。
3.2 微蚀缸
主要成份硫酸钠和硫酸溶液，如本公司所用的也有硫酸和双氧水型。
微蚀作用可以除待镀线路与孔内镀层的氧化层，增加其表面的粗糙度，从而提高与镀层有结合力。
3.3 浸酸缸
主要成份 H2SO4
浸酸缸可以去除铜表面轻微的氧化层，同时防止污物污染铜缸。
3.4 镀铜缸
进行电化学反应的场所，主要成份硫酸铜，硫酸，盐酸以及电镀铜添加剂。
3.4.1 硫酸铜
是镀浴液中的主盐，它在水溶液中电离出铜离子，铜离子阴极上获得电子沉积出镀铜层。控制浓度50-90g/L提高其浓度可以提高允许电流密度， 避免 烧板，但含量过高，会降低镀液的分散能力。
3.4.2 硫酸
主要作用是增加溶液的导电性。浓度低则镀液分散能力下降；浓度高则镀液分散力较好，但镀层的延展性会降低，控制浓度8-14%
3.4.3 氯离子
氯离子是阳极活化剂，可以使阳极正常溶解。浓度过低时，易出现烧板和针孔；当浓度过高时，会使镀层亮度下降，低电流区发暗甚至在阳极表面出现一层白色膜，使阳极钝化。
3.4.4 添加剂
电镀添加剂可以帮助获得良好镀层，主要含有光亮剂，整平剂，润湿剂，分散剂等。它可以使镀液获得良好的分散能力和深镀能力，使镀层有足够的强度和导电性，延展性，同时使板面镀层厚度和孔壁镀铜厚度之比接近1:1。
镀液中Cl-与添加剂协同作用将使我们获得满意的镀层。
添加剂的消耗根据电量来补加。添加剂消耗速度

大小受槽液配制，缸温，
空气搅拌，电流密度等多种因素的影响。另采用赫尔槽分析办法来进行调整。
添加剂分解后的副产物是铜缸中污染物的主要来源。
3.4.5 镀锡缸
硫酸亚锡是槽液中的主盐。硫酸提供酸性环境，另有有机添加剂，其作用与铜缸基本一致，但与镀铜缸相比，可不用补加Cl-及不需要空气搅拌。

4 操作条件对镀铜品质的影响
4.1 温度
温度对镀铜影响很大。提高温度则加快添加剂的分解，增加其消耗量，镀层光亮度降低甚至镀层粗糙。温度太低，则消耗量降低，但在高电流区易烧板。温度控在20-300C。
4.2 搅拌
空气搅拌:使用无油的空气泵，空气最好要经过滤净化。其作用可使镀液强烈翻动，增加电镀的均匀性，同时提供足够氧气，从而使溶液中的Cu+氧化成 Cu2+，消除Cu+的影响。
打气管的布置:
1” 管子平行阴极布置在缸底，打气孔径2-3mm，孔距80-120mm孔中心线 与 垂直方向成450角。






打气布置的位置亦直接影响电镀的品质。空气搅拌的剧烈程度亦直接影响添加剂的消耗量。同时空气搅拌亦要求镀液清洁，一般都与溶液的连续过滤配合使用。
4.3 过滤
过滤可以净化溶液，及时去除机械杂质，防止铜粒出现，同时使槽液流动，将滤槽中经冷却的镀液循环入镀槽，达到控制温度的作用。
过滤要求使用5-10mm的棉芯，每小时至少过滤一次浴液。加碳芯过滤可进 一步清除缸中有机质及污染物。
4.4 摇摆
机械摇摆通过机械作用使阴极产生移动，有利于增强电镀均匀性。移动方向与阳极呈一定的角度，可促进孔内溶液的流动性，亦可及时赶去吸附有板面的小气泡。移动幅度20-30mm，频率5-25次/分钟。


5 溶液的维护
1. 定期分析调整镀液各组分的浓度，使之保持在最佳状态。一般铜缸每两天做一次赫尔槽，分析一次氯离子，每周分析一次硫酸铜，硫酸。
2. 添加剂的补需及时:因添加剂的不断消耗，补充不及时会产生板面粗糙等问题。根据电量损耗自动补加或经计算后手动补加。另根据赫尔槽显示调整添加剂的含量。
3. 碳处理：
电镀槽液中添加剂分解的副产物，同时干膜及板材等溶出物均会对槽液构成污染。因此要定期做活性碳处理，处理步骤如下：
1) 将镀槽液抽至碳处理缸中
2) 开启加热器升温
3) 450C左右时，边搅拌边加入4ml/L的H2O2，并充分搅拌两小时
4) 升温至60?50C保温，继续搅拌3小时。
5) 冷却至400C，加入3-5g/L活性碳细粉，搅拌两小时。
6) 关闭搅拌器，让溶沉淀
7) 将槽液过滤至贮备缸
8) 贮备缸自滤，充分滤去碳粉
9) 抽入镀铜缸中，经分析补料调整光剂，补加添

加剂，以低电流10-15ASF电解3-4小时后试板。

6 电流控制
当其它
操作条件(温度，摇摆，搅拌等)一定时，镀液所允许的电流密度范围就一定了。不同的电镀添加剂所允许的电流密度范围有所不同，但通常在8-35ASF。 电流密度不同，析铜的沉积速率也不同。实验显示，电流密度与沉积速率仅在 10-28ASF范围内大致呈线性关系。






本公司测算以22.5ASF电流密度电镀60分钟可得到 1mil厚度的镀铜


有了以上的关系式，则可计算电镀时电流的大小，如需获得N mil厚度之镀铜， 则计算电镀时间如下：

在计算时，最重要的是估算电镀面积，用计算机CAM辅助制造可较精确地计算其面积(包括孔壁面积)

电镀FA制作过程
1. 什么叫“FA”？
“FA”是英文(First Article)缩写，意为“首部(件)制作指示”
2. 为什么要做“FA”？
线路板的线路分布及镀铜要求(客户要求)各有不同所以电流大小也不同，为达到客户的要求，同时避免产品大批量的坏点(镀薄/镀厚)，新板都要经过小批量的试验，经检查合格后，方可批量生产，目的是降低报废降低成本。
3. 电流纸计算方法：
板面积*镀铜面积*电流密度*每巴块数
1) 镀铜面积：线路图形及孔壁的面积(由CAD/CAM房提供)
2) 电流密度：在单位面积上通过电流的大小，目前我们用的电流密度 为22.5ASF；意为：22.5A的电流通过1ft2 60分钟，可沉积，铜厚1MIL。
4. FA试作过程：
1) 根据MI要求，计算电流值
2) 将数据输入PP电脑ALT+2程序中
3) 按正常生产条件试做一巴
4) 取2块试板做切片，(由4/F IPQC负责)
5) 蚀板后检查线宽、线间，线距pad 板厚，孔径等
6) 根据切片报告(合格)和FA检查报告(合格)填写正本电流纸，由高工审批，复印副本并盖合格章发送生产部，
5. FA常见问题及改善方法：
常见问题 原因 影响 改善方法
镀厚 1) 线间小
2) 独立位(线)
3) 电流过大 ? 退膜不清
? 短路 ? 移线间
? 加电镀块
? 加板电镀工序
? 减小电流
镀薄 1) 电流过小
2) 大铜面位 ? 爆孔
? 镀铜不均匀
? 敷锡不良 ? 加大电流
? 加板电镀工序



7 常见问题处理
坏点 可能原因 改善方法
离层 1. 镀前微蚀不足
2. 镀前板面油污
3. 镀前板面因存放太久而氧化 1. 调整或更改微蚀液
2. 加强板面清洁保持操作时板面洁
3. 存放板时要保持干燥，清洁，且放时间不能久








坏点 可能原因 改善方法
烧板
1. 含铜量太低
2. 电流密度过大
3. 液温低
4. 光亮剂失调
5. 搅拌差
6. 阴阳极距离太短 1. 补充硫酸铜到规定值
2. 适当降低电流密度
3. 调整液温
4. 补充光剂
5. 检查打气状态，并调整
6. 检查阴阳极，排除

故障




坏点 可能原因 改善方法
溶蚀(线路缺口开路) 1. 线路或孔壁电镀后未上锡
2. 夹具上残留酸液
而深锡
3. 镀锡偏薄，蚀板时产生蚀铜
4. 线路胶迹未除尽 1. 检查电镀夹具，保持其完整性
2. 加强夹具清洗，保持水洗液位
3. 检查镀锡浓度
4. 光剂补充(侯氏槽分析)
5. 检查火牛工作状况，保证其正常工作
6. 电镀前检查板面







坏点 可能原因 改善方法
针孔 1. 氯离子含量偏低
2. 缸温偏低
3. 光剂失调
4. 搅拌不足
5. 过滤不足或循环泵漏气，产生气泡
6. 缸液污染严重 1. 补加HCl
2. 调整缸温
3. 赫氏槽分析补料或CVS分析调整
4. 检查打气，保证其均匀性
检查摇摆，保证摆幅，频率均匀正常
5. 检查过滤泵是否漏气
6. 活性碳处理
孔开 1. 微蚀时间过长
2. 微蚀速率过高
3. 孔壁镀锡厚度不足 1. 控制微蚀时间
2. 调整微蚀速率
3. 镀锡缸调整参数
铜粒或塞孔 1. 缸中铜粒或其它杂物
2. 前工序杂质入孔 1. 拖缸板进行电解
2. 改善循环系统
3. 清洗缸底杂物
4. 前工序(DR，PTH) 改善





电镀铜培训测试
一。电镀铜的机理是什么?

二。电镀锡的作用是什么?电镀锡不良会出现什么问题?

三。电镀铜缸中有哪些成分?请简要分析添加剂的作用。

四。电镀常见的问题有哪 些?请试举一例说明其解决方案。

五。电镀为什么要做FA?FA作用是什么?

六。影响电镀品质的操作条件有哪些?试举例说明。

七。微蚀缸的作用是什么?微蚀缸易发生什么问题?如何对此进行控制?