电镀铜工艺专业资料.doc

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,可以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,通过全板镀铜达成厚度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 ：重要作用是提供電鍍所需Cu2及提高導電能力 H2SO4 ：重要作用是提高鍍液導電性能，提高通孔電鍍的均勻性。 Cl- ：重要作用是幫助陽極溶解，協助改善銅的析出，結晶。 添加劑：重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 CuSO4.5H2O ：濃度太低，高電流區鍍層易燒焦；濃度太高，鍍液分散能力會减少。 H2SO4 ：濃度太低，溶液導電性差，鍍液分散能力差。濃度太高，减少Cu2+的遷移率，電流效率反而减少，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长添加劑消耗，鍍層結晶粗糙，亮度减少。 溫度减少，允許電流密度减少。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5075mm，移動頻率1015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38cm，氣孔直徑2 mm孔間距80130 mm。孔中心線與垂直方向成45o角。g過濾PP濾芯、510mm過濾精度、流量25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又稱磷銅陽极膜g 磷銅陽极膜的作用 陽极膜自身對(Cu+-eCu2+)反應有催化、加速作用，從而減少Cu+的積累。 陽极膜形成后能克制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落的現象大大減少 陽极膜在一定限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 /2F p=3.14 d=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 1.33lwfl=钛篮长度w=钛篮宽度f=系数g 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磷铜阳极材料规定规格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影响g 载体-吸附到所有受镀表面, 增长表面阻抗,从而改变分布不良情况.克制沉积速率g 整平剂-选择性地吸附到受镀表面克制沉积速率各添加剂互相制约地起作用g 光亮剂-选择性地吸附到受镀表面,减少表面阻抗,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克制电沉积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电镀的整平性能光亮剂(b),载体(c),整平剂(l)的机理n 载体克制沉积而光亮剂加速沉积n 整平剂克制凸出区域的沉积n 整平剂扩展了光亮剂的控制范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) / 1141 mil = 25.4 mg电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power)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）g 搅拌: 提高电流密度g 表面分布也受分散能力影响.g 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g电镀铜溶液和电镀线的评价Throwing Power 的测定方法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 热冲击测试测试环节(1)裁板16x18(2) 进行钻孔；(3) 经电镀前解决磨刷；(4) Desmear + PTH + 电镀；(5) 经电镀后解决的板清洗烘干；(6) 每片板裁上、中、下3小片100mm x 100mm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Hull Cell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,并维持在最佳范围内生产电镀铜溶液的控制g 赫尔槽实验(Hull Cell Test)电镀铜溶液的控制g 赫尔槽实验(Hull Cell Test)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 赫尔槽实验(Hull Cell Test)高电流密度区烧焦,中高电流密度区无光泽-Copper Gleam 125T-2(CH)Additive 非常低改正方法:添加2-3ml/l Copper Gleam 125T-2(CH) Additive电镀铜溶液的控制g 赫尔槽实验(Hull Cell Test)仅高电流密度区烧焦,试片的其它区域仍然正常-Copper Gleam 125T-2(CH)Additive 低改正方法:添加1ml/l Copper Gleam 125T-2(CH) Additive电镀铜溶液的控制g 赫尔槽实验(Hull Cell Test)高电流密度区呈不适当氯离子含量条纹沉积,整个试片光亮度减少改正方法: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重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Copper Gleam 125T-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.易于分派及控制镀层特性导电性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 10秒) 可抵受5次而镀层无裂痕Copper Gleam 125T-2(CH)之镀液于投入生产前需作假镀解决,促使铜阳极上能形成一均匀之阳极膜, 以保证能镀出品质优良之镀层。假镀之程序为先以假镀板, 用1420 ASF (约0.2安培/公升) 电镀24小时直至达成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24小时更换。当完毕假镀程序后, 镀液便可作生产之用。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启动清洗(无需加滤芯)C.排走废水D.加入清洁液(NaOH 20-50g/l)到槽内,浸洗8 小时以上,并启动所有打气及过滤泵。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(H2SO4 20-50ml/l)到槽内,浸洗8 小时以上,并启动所有打气及过滤泵。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,启动打气及过滤泵,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100 ml/l 硫酸浸泡F.用纯水彻底冲洗干净即可使用Copper Gleam 125T-2(CH)配槽环节a. 计算配槽所需的已碳解决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局限性的AR 硫酸，启动循环泵。c. 加入DI 水至标准液位d. 分析硫酸铜、硫酸含量并补加局限性量。e.分析氯离子含量并用AR 级盐酸补至50ppmf.在温度降至27以下，添加5ml/l Copper Gleam 125T-2(CH)Additive 和10 ml/l Copper Gleam 125T-2(CH) Carrer。g.分别以如下电流密度及时间进行拖缸5ASF 6 小时15ASF 4 小时20ASF 2 小时h.根据Hull Cell 实验及CVS 分析，补加光剂至正常范围。电镀铜缸维护方法旧磷铜球解决a. 将旧磷铜球用10%(V/V) CP H2SO4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) CP H2SO4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) CP H2SO4和10%(V/V) H2O2(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Hull Cell 实验或CVS 分析，判断镀液有机物污染限度，4-6 个月时进行一次活性炭解决。铜镀液活性炭解决环节i将需进行碳解决之溶液移至碳解决缸，以DI 水补至液位并调整成份至正常范围。i将溶液加热到40-50，按5ml/l 加入H2O2(30%)，搅拌4-6 小时i继续加热至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5-10m 滤芯及助滤粉，将镀液过滤至缓冲缸内。i再用5-10m 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，调整至工艺范围内。i用10ASF，20ASF 电流密度各拖缸4 小时。