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1、竞华远程教育课程,PCB流程图形电镀篇,课程大纲,1.图形电镀制作流程概述 2.主物料/治工具简介 3.设备/流程操作介绍 4.环境/安全介绍 5.思考题,图形电镀制作流程概述,图形电镀目的: 此制程为负片制程,在D/F后线路及所需部分电镀加厚铜层,以符合线路通需要,保证整体电器性能规范.,流程:,PCB制造工业中,酸性镀铜采用优质的磷铜阳极,以得到高质量的镀层,并满足快速,高效,稳定的电镀要求.其纯度量为99.90%且金属杂质含量低,其它杂质少,含磷量在0.04%-0.065%之间.,主物料/治工具介绍,一磷铜球,阳极的长度须要比阴极的挂架短,以减少挂架下端高电流区烧焦,至于短多少要视阴阳极
2、距,槽深,挂架,搅拌方式等实施状况而定. 其材质要求:a.优越耐蚀,如锆与钛.b.良好的导电能力.,二阳极篮,主物料/治工具介绍,阳极袋是用来收集阳极不溶解金属与杂质阳极泥,以防止镀槽污染,阻止粗糙镀层发生.,三.阳极袋,主物料/治工具介绍,4.硫酸铜: 硫酸铜是镀液中主盐，它在水溶液中电离出铜离子，铜离子在阴极上获得电子沉积出铜镀层。提高硫酸铜浓度可以提高允许电流密度，避免高电流区烧焦，硫酸铜浓度过高，会降低镀液分散能力。 5.硫酸: 硫酸的主要作用是增加溶液的导电性，硫酸的浓度对镀液的分散能力和镀层的机械性能均有影响，硫酸浓度太低，镀液分散能力下降，镀层光范围缩小；硫酸浓度太高，虽然镀液分
3、散能力较好，但镀层的延性分降低,主物料/治工具介绍,6.氯离子： 氯离子与载运剂合并吸附于阴极表面，可以抑制高电流区铜的沉积速率， 改善电镀的均匀性，另外氯离子也帮助阳极腐蚀、产生均匀的阳极膜，有助阳极的溶解，使铜离子均匀析出.,主物料/治工具介绍,7.有机添加剂:(光泽剂,载运剂,平整剂) 在自然析镀下所获得的镀层表面是粗糙且无光泽的,需要添加适当的添加剂以修饰镀层的表面形态;利用“有机物在阴极表面的吸附反应形成薄膜”及“有机物的加速度与抑制性的平衡反应”,造成极化曲线偏移,使镀层之结晶细致,藉以增加铜延展性和电镀效率;同时可调整高低电流区之沉积效率,达到增加灌孔、均匀性及平整性之目的.其在
4、电镀过程中扮演非常重要的角色.,主物料/治工具介绍,目的:除板面有机油污,手印,氧化物等有机性污染,提高板面亲水性. 温度:一般温度36-40OC 浓度:3%-10%(不同品种不同浓度之有机界面活性剂),除油后水洗须加强, 保证后槽不受污染,设备/流程操作介绍,除油槽,一除油脱脂,目的:咬蚀铜面,增加粗糙度以增加镀层的结合力,同时除去表层之有机物及无机物之脏污 温度:一般23-27左右之SPS(APS) Cu+S2O82-+2SO42-+Cu2+,微蚀槽,二微蚀,设备/流程操作介绍,目的:去除板面氧化物,活化板面,且保证铜槽浓度平衡. 操作:室温下之10% H2SO4洗.,酸洗槽,三酸洗,设备
5、/流程操作介绍,镀铜槽,四镀铜,设备/流程操作介绍,电镀原理: 通过整流机将交流电变成直流电,电解液受外加电压影响下铜离子从阳极逐步向阴极转移的过程,1.法拉第定律. 第一定律-电镀时,阴极上所沉积(deposit)的金属与所通过的电量成正比. 第二定律-在不同镀液中以相同的电量进行电镀时,其各自附出来的重量与其化学当量成正比. 法拉第定律指出化学反应之物质守恒定律.,设备/流程操作介绍,2.电极电位. 当金属浸于其盐类之溶液中时,其表面那发生金属溶成离子或离子沉积成金属之置换可逆反应,直到某一电位下达到平衡,以常温常压下,以电解稀酸 液时 白金阴极表面之氢气泡做为任意零值。将各种金属对”零值
6、极” 连通作对比时,可知各种金属对氢标准电极之电位值。(NHE: normal hydrogen electrode) 金属NHE值越大,越易由离子还原成金属,如: Zn2+ 2e Zn -0.762V Cu2+ 2e Cu +0.34V 因NHE值:CuZn,故相同条件下,在同一镀液中,Cu金属先沉积出来.,设备/流程操作介绍,设备/流程操作介绍,3.过电压(Overpotential) 过电压系指当该物质产生一反应不论化学(氧化还原)或物理反应(扩散)时,都必须赋予额外能量,这种能量在电化学领域体现在此反应发生时的电压升高,这种比平衡电位升高的电位差叫”过电压(位)” 即 = V-EO :
7、 过电位,设备/流程操作介绍,cathode,Diffusion layer,P,V,P,V,阴极膜(Diffusion layer)指以至槽液金属离子浓度下降1%处起,一直到达阴极表面为止的浓度渐低的液膜,在阴极的部(P)载运剂多聚集而增加电阻,而光泽剂会协助铜离子在谷部(V)登陆,逐渐达到全面整平的目的.,阳极膜示意图,设备/流程操作介绍,电镀铜机理 镀铜溶液的主要成分是硫酸铜和硫酸,在直流电压的作用下,在阴/阳极上发生如下反应： 阴极: Cu2+获得电子被还原成金属铜,在直流情况下电流效率可达98以上. Cu2+2e Cu 某些情况下镀液中存在少量 Cu+,将发生如下反Cu+e Cu 还
8、可能出现Cu2+的不完全还原: Cu2+e Cu+ 按标准电极电位0Cu2+/ Cu=+0.34伏,Cu+/ Cu=+0.51伏,应尽量避免溶液中Cu+的出现.由于铜的还原电位比H+正得多,所以一般不会有氢气析出.,设备/流程操作介绍,阳极： 阳极反应是溶液中Cu2+的来源： Cu-2e Cu2+ 在少数情况下，阳极也可能发生如下反应： Cu-e Cu+ 溶液中的Cu+在足够量硫酸的存在下，可能被空气中的氧气氧化成Cu2+： 2 Cu+1/2O2+2H+ 2 Cu2+H2O 当溶液中酸度不足时，Cu+会水解形成Cu20，形成所谓铜粉： 2 Cu+2 H2O 2 Cu(OH)2+2H+C+u20
9、+ H2O 氧化亚铜的生成会使镀层粗糙或呈海绵状，因此在电镀过程中应尽量避免一价铜的出现。,设备/流程操作介绍,铜槽操作条件: 温度 温度对镀液性能影响很大，温度提高，会导致允许的电流密度提高，加快电极反应速度，但温度过高，会加快添加剂的分解，使添加剂的消耗增加，同时镀层光亮度降低，镀层结晶粗糙。温度太低，虽然添加剂的消耗降低，但允许电流密度降低，高电流区容易烧焦。一般以20-300C为佳。 电流密度 当镀液组成，添加剂，温度，搅拌等因素一定时，镀液所允许的电流密度范围也就一定了，为了提高生产效率，在保证镀层质量的前提下，应尽量使用高的电流密度。 电流密度不同，沉积速度也不同。,设备/流程操作
10、介绍,搅拌 搅拌可以消除浓差极化，提高允许电流密度，从而提高生产效率。搅拌可以通过使工件移动或使溶液流动，或两者兼有来实现。 1.是通过阴极杆的运动来实现工件的移动。阴极移动方向应该是与阳极表面垂直，最好能呈角度，如450，这样能促进孔内的溶液流动，如果有气泡也能及时被赶出去。阴极移动幅度为20-25毫米，移动速度5-45次/分。 2.压缩空气搅拌：压缩空气不仅带给镀液的中度到强烈的翻动，对镀铜液而言，它能提供足够的氧气，促进溶液中的Cu+氧化成Cu2+，协助消除Cu+的干扰。,设备/流程操作介绍,由于空气搅拌对溶液的翻动较大因而对溶液的清洁程度要求较高，所以一般空气搅拌都与溶液的连续过滤配合
11、使用。 3.过滤：可以净化溶液，使溶液中的机械杂质及时地除去，防止或减少了毛刺出现的机会，同时又可以做到使溶液流动，尤其是有回流槽的镀槽使用连续过滤，其溶液流动的效果更明显。过滤机应使用5-10微米的PP滤芯.,目的为蚀刻阻剂,保护共所覆盖的铜导体不会在碱性蚀铜时受到攻击. 各成份及其功能. -SnSO4,提供Sn离子主剂,槽内勿用吹气,防止把Sn2+氧化成Sn4+. -H2SO4,起导电及溶解阳极作用. -添加剂,光泽系统可用的有多种,可蛋白质(peptone).白明胶(gelatin),B-Naphthol,邻苯二酚等.,电镀锡槽,五镀锡,设备/流程操作介绍,目的:去除生产过程中锁点上所镀
12、铜锡，避免其脱落后附着到板上造成铜渣不良。 其所用药水为68%浓硝酸.,剥挂槽,六剥挂架,设备/流程操作介绍,安全/环境介绍,设备操作规程 a.紧急情况发生时,可启动上板台处程序停止与程序暂停按钮; b.紧急情况发生时,可启动天车控制盒上的程序停止或将自动转换为寸动; c.紧急情况发生时,可拉动轨道下方的拉线开关; d.紧急情况发生时,可推击防撞开关; e.天车运行时,不得将手放置于轨道上,不得跨越天车轨道; f.不得在轨道上放置手套等杂物,不得在轨道下方作业;,环境操作规程 a.排放高浓废液与一般废液时注意管道的切换. b.现场药水摆放不可超过二层,存放量不超过当天的使用量,存放处张贴MSD
13、S,并遵循强酸与强碱、氧化剂与还原剂、氨盐与强碱、次氯酸盐与酸类不可混放的原则. c.更换后的过滤棉芯,保养、维修使用过的抹布丢弃于工业垃圾中,送往废料仓,不可丢于生活垃圾中;膜渣收集、运输过程中,采用密封式,防止泄漏在地面上,腐蚀地面;若有药水泄漏,先进行围堵,再用水冲洗至废水管道. d.正常生产时,开启抽风系统.,安全/环境介绍,e.所有备用物料之用后之空桶、空箱等放在指定位置; f.侧拉门不得随意拉开; g.紧急喷淋只有在遇到紧急情况下方可使用,非紧情况下不准使用; h.水电用量,按照工务的水电标准进行管控. 安全操作规程 a.开机前,首先点检机器设备是否正常,有无“带病”作业,有无安全
14、防护装置;,安全/环境介绍,b.药水添加、测量槽温、设备维修、保养,必须停机作业,设备运行中,身体任何部位,不可伸进设备运行的范围内; c.设备维修时,需在现场、电控箱张贴“维修中,禁止启动”的标示; d.添加药水时,偑戴耐酸碱手套、防护用具、穿防滑鞋、戴防护眼罩等防护用品; e.所有药水均为强酸性,操作时应小心谨慎,防止药水溅上皮肤或眼中,若发此类事故,应立即以大量清水冲洗患处,必要时及时就医; f.拆卸泵浦及更换棉芯时应有明确的标示,防止有人乱动泵浦开关.,安全/环境介绍,思考题,1.镀锡槽为何不可打气? 2.为何清洁槽不可打气? 3.电镀光泽剂成分是如何抑制铜的生长? 4.磷膜的形成过程? 5.图形电镀因线路分布造成铜厚差异,如何改善? 6. 为何H2SO4+H2O2系列微蚀剂不被图形电镀前处理微蚀广泛使用?,研发湿制程课 制作者：陈会洋 Http:/,T,h,e,E,n,d,竞华职训推展中心,