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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 :主要作用是提供電鍍所需Cu2+及提高導電能力
— H2SO4 :主要作用是提高鍍液導電性能,提高通孔電鍍的均勻性。
— Cl- :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
— 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2 mm孔間距80-130 mm。
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 -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
F 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
— 1.33lwf
l=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
*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
??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
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) / 114
1 mil = 25.4 μm
?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
??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
—
测试步骤
(1)裁板16''x18'’
(2) 进行钻孔;
(3) 经电镀前处理磨刷;