4F-PTH沉铜工序工程培训解析课件.ppt

1、沉铜工序工程培训内容1、简介2、磨板机原理及作用3、各药水缸的作用及反应机理4、常见问题分析及处理附：常见坏点图片简 介一、沉铜的作用：沉铜也称化学镀铜它的作用是在孔壁非导电体（绝缘体）表面沉积一层铜，以确保内层导体与电路的可靠连接。二、沉铜工序流程：磨板挂板检查(背光测试)烘干下板除胶膨胀中和条件微蚀预浸促化活化沉铜防氧化附：流程图1、工序流程图2、生产线流程图a.粗磨机流程图b.沉铜线流程图收 板粗 磨挂 板检查沉铜生产线出 货检 查返做合格合格放 板磨 板 段清 洗 段超声波水洗段接 板烘 干高压水洗段D01上/下板D27 膨胀D28 水洗D34 水洗D36-37 除胶D32 中和D36

2、 条件D23 微蚀D35 水洗D25 水洗D31 水洗D20 预浸D19 活化D16 促化D29 水洗D04 水洗D07 水洗D17 水洗D15 水洗D08 水洗D05 水洗D09-14 沉铜D02-03 烘干D06 防氧化D01 上/下板D22 水洗D33D24 水洗D30 水洗D18 水洗D21 水洗磨板作用a.除去板面的氧化，油污，手指印，及其它污物，在板面上形成微观粗糙表面。b.利用磨板机的超音波水洗及高压水洗冲洗孔内起到清洁孔壁，减少孔内披锋。附效果图：磨板前板磨板后板板面氧化.油污.手指印等磨 板磨板原理A、磨辘的选择：根据磨料粒度的大小区分*沉铜粗磨一般选择180-320#刷，*

3、外层干菲林精磨一般选择380-600#刷子，*磨辘主体是尼龙丝，磨料有：Sic、AI2O3B、磨辘的安装*磨辘的转动方向应与磨辘上标识方向一致，安装磨辘人员应戴手套，避免油污污染磨板机。磨辘安装完成之后清洁磨板机，作磨痕测试，检查钢辘与磨辘是否水平。附图：钢磨磨钢钢钢磨磨板磨板的原理C、磨痕测试*磨痕测试结果可以直接反映磨板机工作情况，由此可以分析到钢辘与磨辘是否平行，磨辘是否到使用寿命，功率表数据是否有太大偏差，避免磨板过度或磨板不良。D、用水喷淋磨辘作用*洗去磨辘上的铜粉，冷却湿润磨辘，防止尼龙丝过热而熔化。要求：喷淋角度在板与磨辘之间45O处。磨板原理E、磨板后质量检查a.目检板面是否有

4、氧化、水迹、污物 板面清洁度。b.水膜测试测试方法：取板面清洁处理后的板，用水浸湿板面并垂直放置，用秒表测量水腊膜破裂的时间,一般在精磨时采用处。c.板面粗糙度：经磨板后的板面粗糙程度(2.0m左右).*行业界人员定义 一些参数衡量粗糙度如 Ra;表面取样长度内基准线上所有距离绝对值的算术平均值;一般0.2-0.4m.Rt;表面取样长度内最高峰顶和最低谷度之间的距离1.5-3.0m一般用目视法估计，较少用科学仪器检测。粗糙度由：磨刷材料，磨料粒度，磨板时的功率等共同决定。磨板原理F、影响磨板质量的主要因素*磨辘型号及材料*磨轮转速(线速度相对稳定，大约12m/Sec,转速与磨辘的直径有关，12

5、5mm直径转速一般在1800-2000min-1。)*输送速度*功率或磨痕 *磨辘、钢辘及运输轮的水平。*摇摆(3-10mm)摇摆可以减少板面粗糙度的方向性改善板面质量，延长磨辘的使用寿命。)各药水缸作用沉铜线药水缸介绍*沉铜线具体可分为两段，除胶渣段及沉铜段。除胶渣段膨胀除胶中和沉铜段条件 活化微蚀促化预浸 沉铜沉铜线各药水缸作用1除胶段 为何除胶：因为印制板在钻孔时产生瞬时高 温，而环氧玻璃基材为不良热良体，在钻孔 时热量高度积累，孔壁表面温度超过环氧树脂玻璃化温度，结果造成环氧树脂沿孔壁表面流动，产生一层溥的环氧树脂油污（Epoxy Smear）.如果多层板钻孔之后，不进行除胶将此部分物

6、质处理干净将会造成多层板内层信号线连接不通，或连接不可靠。除胶段膨胀除胶中和去沉铜段各药水缸作用A、膨胀缸：膨胀剂是一种有机溶剂它的主要作用是膨松附在孔壁内的环氧树脂，起到一种溶胀作用，增大此部分的面积为下一步更好除胶做准备。B、除胶缸：目前线路板去除环氧玷污的方法分湿法和干法（不介绍）两种，本公司采用的是湿法第II种，其中湿法包括：II.高锰酸钾氧化法I.H2SO4-HF处理法本公司采用湿法各药水缸作用I H2SO4-HF处理法：*首先用浓硫酸浸渍处理30秒-1分钟。使环氧基和SO42-反应，产生溶于水的黄褐色环氧磺化物，从而除去孔壁上的环氧玷污层。然后再用HF水溶液蚀刻露出来的玻璃纤维，使

7、之得到光滑的孔壁表面；以利于化学镀铜。II 高锰酸钾氧化法：*首先将多层板浸在有机溶液中，使环氧树脂溶胀，然后再用加热至500C700C 的高锰酸钾氧化液除去溶胀的环氧树脂，然而在水洗时高锰酸根会分解形成二氧化锰沉积在板面上，造成二次污染，为此在高锰酸钾处理后还需要还原处理，整体工艺比较复杂。湿法介绍各药水缸作用C、中和缸*1.去除板面上的二氧化锰及溶液*2.氢氟酸（NH4HF2）起去除玻璃纤维作用。各药水缸作用2、沉铜段沉铜作用沉铜沉铜层沉铜段条件沉铜预浸促化活化微蚀出缸A、条件*条件剂(除油剂整孔剂)经过条件缸后环氧树脂淀积在表面上用阳离子表面活性剂进行调整处理，对磺酸根的环氧表面有强的中

8、和能力，使负电性的表面变成带有正电性，从而顺利的吸附胶体钯活化剂，得到均匀的化学镀铜层。各药水缸作用环氧表面(负电性)条件缸(阳离子表面活性剂)经条件缸后(正电性)处理前板处理后板B、微蚀*弱腐蚀(粗化处理)，是利用微蚀剂从铜基体表面上蚀刻掉20-50U”的铜，从而得到一个化学清洁的粗糙表面，使化学镀铜层和底铜结合良好，保证以后图形电镀不分层，以往粗化处理是采用过硫酸盐或酸性氯化铜水溶液进行粗化处理，本公司采用的是NAPS及H2SO4来处理(微蚀速率：30U“60“分)。C、预浸*保护活化缸，避免PH值发生变化。(在活化之前先在含有Sn+2离子的酸性溶液中进行预浸处理，然后不经水洗直接浸入胶体

9、钯活化液中进行活化处理。)各药水缸作用D、活化*是在绝缘基体上吸附一层非连续的重金属颗粒(可吸附还原剂)，使经过活化的基体表面具有催化还原金属的能力，从而使化学沉铜反应在整个催化处理过的基体表面上顺利进行。活化方法包括分步活化法和胶体钯活化法(本公司采用后一种,以下详细介绍)。各药水缸作用活化黑点表示重金属颗粒孔壁为绝缘基材*影响活化液活性和稳定性的因素*a.A液中Sn2+/Pd2+离子浓度比值*b.溶液的配制方法胶体钯活化液反应机理*Sn2+离子和Pd2+离子浓度比为2：1时，所得到的活化液活化性能最好,因为Sn+2和Pd+2在溶液中反应形成不稳定的络合物。Pd2+2Sn2+（PdSn）2+

10、=（PdSn）2+Pd0+Sn4+Sn2+a.A液中Sn2+/Pd2+离子浓度比值*在300C条件下（PdSn）2+络合物离子歧化反应12分钟，约有90以上的络合物离子被还原成金属钯(以极其细小的金属颗粒分散在溶液中)，若此时加入过量的Sn2+和CL-,这些细小的钯核表面上很快吸附大量的Sn2+离子和CL-离子，形成带负电性的胶体化合物Pd（SnCL3）n-(悬浮在水溶液中)。因为它们是带负电的胶团，在水溶液中互相碰撞呈布朗运动状态，不会聚沉。影响活化液活性和稳定性的因素a.A液中Sn2+/Pd2+离子浓度比值*印制板活化处理之后在水洗时由于SnCL2水解形成碱式锡酸盐沉淀(SnCL2+H2

11、Sn(OH)Cl+HCL)在SnCL2沉淀的同时，连同Pd0核一起沉积在被活化的基体表面上。影响活化液活性和稳定性的因素a.A液中Sn2+/Pd2+离子浓度比值*歧化反应时间太短，（PdSn2）2+络合物分解不充分便加入B液，由于其中存在大量的CL-和Sn+2，立即和未完成歧化反应的（PdSn2）2+络合物反应形成另一种新的非常稳定的（PdSn6）+10络合物(草绿色)，不能还原出金属钯，此时活化液没有活化性。*歧化反应时间过长，形成的钯核聚集过大易于沉淀，此时溶液的稳定性太差。影响活化液活性和稳定性的因素b.溶液的配制方法E、促化(加速处理)为何促化：经活化之后在基体表面上吸附的是 以金属钯

12、为核心的胶团，在钯核的周围包围着 碱式锡酸盐化合物。在化学镀铜之前应除去一部分，以使钯核完全露出来，增强胶体钯的活性，这一处理为加速处理。提高胶体钯的活化性能，去除多余的碱式锡酸 盐化合物，并显著提高化学镀铜层与基体间的 结合强度。加速处理的实质是使碱式锡酸盐化合物重新溶解。(加速液有酸性与碱性两种，如NaOH水溶液或1氟硼酸水溶液)各药水缸作用作用F、沉铜*沉铜缸化学药剂介绍*盐：主要用CuSO4.5H2O推荐含量5-15g/l*络合剂：酒石酸钾钠，EDTA.2Na,NNNN四羟丙基乙二胺等*还原剂：甲醛，具有优良的还原性能，可以有选择性的在活化过的基体表面自催化沉积铜*PH值调节剂：甲醛在

13、强碱条件下才具有还原性，为此必须在溶液中加入适量的碱，最常用的是NaOH*添加剂：稳定化学镀铜液不产生自然分解，也可以改善化学镀铜层物理性能，改变化学镀铜速率各药水缸作用F、沉铜*操作条件介绍*温度:450C-500C*PH值:12.5-12.8*空气搅拌*连续过滤*溶液连续补加调整。各药水缸作用F、沉铜(化学镀铜)*化学镀铜反应机理*化学镀铜时，Cu2+得到电子还原成金属铜 *Cu2+2e=Cu-(1)*电镀时，电子是由电镀电源提供的，而在化学镀铜时，电子是由还原剂甲醛所提供。*2HCOH4OH=2HCO02H22e-(2)*反应和为共扼反应，甲醛释放放出的电子直接给Cu2+，整个得失电子的

14、过程在短路状况下进行。外部看不出交换电流的流通。各药水缸作用*结合反应和有如下反应Cu2+2CH2O+4OH-Pdo/cu CU+2C-O-O-+2H2O+2H2-反应式表明化学镀铜反必须具备以下基本条件1)化学镀铜液为强碱性，甲醛的还原能力取决于溶液中的碱性强弱程度，即溶液的PH值。2)在强碱条件下，要保证Cu2+离子不形成Cu(OH)2沉淀，必须加入足够的Cu2+离子络合剂(由于络合剂在化学镀铜反应中不消耗，所以反应式中省略了络合剂。化学镀铜反应机理3）从反应可以看出，每沉积1M的铜要消耗2M甲醛，4M氢氧化钠。要保持化学镀铜速率恒定，和化学镀铜层的质量，必须及时补加相应的消耗部分。4）只

15、有在催化剂（Pd或Cu）存在的条件下才能沉积出金属铜，新沉积出的铜本身就是一种催化剂，所以在活化处理过的表面，一旦发生化学镀铜反应，此反应可以继续在新生的铜面上继续进行。利用这一特性可以沉积出任意厚度的铜，加成法制造印制板的关键就在于此。化学镀铜反应机理*加有甲醛的化学镀铜液，存在以下两个副反应，使化学镀铜液产生自然分解。1）Cu20的形成反应2Cu2+HCOH5OHCu20HCOO3H2O-(4)形成的Cu20在强碱条件下存在下面的可逆反应Cu20+H20=2Cu+20H-Cu20数量很少，远小于Cu+和0H-反应的溶度积，所以在碱性条件下存在可逆反应，一旦两个Cu+离子相碰，便产生反应式所

16、列的歧化反应。化学镀铜反应机理2Cu+=Cu+Cu+2 上式形成的铜(分子量级的铜粉分散在溶液中)，具有催化性，在其表面开始反应(3)。若有很多铜颗粒，镀铜溶液会产生沸腾式的化学镀铜反应，溶液迅速分解2）甲醛和NaOH的化学反应(康尼查罗反应Cannizzaro)2HCOHNaOH=HCOONa+CH3OH-(7)镀铜液加入甲醛，反应(7)便开始，无论是否使用，反应一直进行。据分析，每存放24小时大约要消耗1-1.5g/l的甲醛。化学镀铜反应机理化学镀铜溶液在使用及存放期间，都会发生自然分解，以下是应对措施1)在化学镀铜液中加入适量的稳定剂(多数是含S和N的有机物，如CN-,aa联呲啶，硫脲等

17、，代号为L)，并用空气搅拌溶液。稳定剂对Cu2+没有络合能力，它能有选择的捕捉Cu+，使Cu+电位变低，不能产生歧化反应，它和Cu+产生络合反应Cu+L CuL化学镀铜溶液的稳定性络合离子在溶液中存在可逆反应，通氧气到溶液中，Cu+被氧化为二价铜2 Cu+20 Cu2+02，游离出来的络合剂重新又去捕捉其它的Cu+离子。2)严格控制化学镀铜液的操作温度，若温度超过此临介温度，Cu2O的形成反应加剧，化学镀铜液快速分解。3)严格控制化学镀铜液的PH值，若PH值过高，Cu2O形成的副反应加剧。化学镀铜溶液的稳定性4）连续过滤化学镀铜液，一般采用粒度为5的过滤器，将溶液中铜颗粒及时除去。5）在化学镀

18、铜液中加入高分子化合物(含羟基，醚氧基，吸附在金属表面，如聚乙二醇，聚乙二醇硫醚等。一般用量为0.01g/l.)使新生的铜颗粒失去了催化性能化学镀铜溶液的稳定性*沉积速率通常用微米/小时（/hr）表示，可以用增重法测试：*沉积速速率（/hr）=化学镀铜增重（g）*11.2x60/沉积总面积（DM2）*化学镀铜时间*化学镀铜的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=KQ=K I T化学镀铜的沉积速率(s)公式 M=KQ=K I T 说明*K: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

19、时。*Q:电解时通过的电解库伦*I:电解时通过的电流强度，安培*T:电解时间，小时*M:析出的金属重量，g化学镀铜的沉积速率(s)影响化学镀铜速率的因素。(1)Cu2+浓度当硫酸铜含量为10g/l以下时，s与Cu2+几乎是成正比，当硫酸铜含量超过12g/l以后s不再增加。(2)络合剂络合剂的浓度对s几乎没有影响，浓度一般控制在相当于铜离子克分子浓度的1-1.5倍为宜。影响s最关键的因素是络合剂的化学结构。化学镀铜的沉积速率(s)络合剂名称混合电位Emix 沉积电流idp沉积速率酒石酸钾钠610mV0.075A/DM20.997/hrEDTA.2Na650 mV0.1 A/DM21.4/hrNN

20、NN一四羟丙基乙二胺680 mV0.36 A/DM24.7/hr苯基乙二胺四乙酸685 mV0.54 A/DM27.17/hr表6-3列出四种类型的络合剂对化学镀铜速率的影响。化学镀铜的沉积速率(s)(3)还原剂浓度*甲醛的还原电位与其浓度成正比，若高于8ml/l，还原电位上升开始缓慢，若低于3 ml/l副反应加剧，在实际应用中，甲醛的浓度控制在4-6 ml/l为宜。化学镀铜的沉积速率(s)(4)PH值随着溶液的PH值而变化，络合常数与铜离子的氧化电位会有所差别，若PH值低于规定值0.1PH单位，金属化孔的镀层存在有砂眼或大面积沉积不上铜，若溶液PH值过高，会产生粗糙的化学镀铜层，且溶液快速分

21、解。化学镀铜反应在PH值为11以上时产生，随着PH值增加s加快，在PH为12.5时沉积速率最快，且化学镀铜层外观最好,当PH值超过12.5以后，s开始下降，同时溶液副反应加剧，溶液自身分解反应加剧。化学镀铜的沉积速率(s)(5)添加剂*在镀液中加入添加剂(含双键的有机化合物)会使s加快不含添加剂时PH等于12.3时沉积速率最高，而加入后在PH12.5时沉积速率最高，但后者沉积速率比不加添加剂要高得多。因添加剂可改变活化剂表面双电子层结构，在碱性条件下甲醛被活化，以甲叉二醇的型式存在溶液中，在200C条件下平衡常数K=10-4.化学镀铜的沉积速率(s)(6)温度*最低温度，最佳温度，极限温度(7

22、)溶液搅拌*快速激烈的搅拌能提高沉积速率，随着电极转速增加沉积电流加大。*连续过滤，工件移动，或者电磁振动，空气搅拌溶液化学镀铜的沉积速率(s)印制板化学镀铜层的质量指标*铜层的电导率*抗张强度*延伸率表6-4是美国PCK公司公布的高速化学镀铜液所沉积出的铜层物理特性化学镀铜层质量的控制表6-4 高速化学镀铜液所沉积出的铜层物理特性化学镀铜层质量的控制性能指标 新型的溶液传统的溶液铜层纯度99.9399.86比重8.8g/cm38.8g/cm3伸长率8-123-5抗张强度50-60Kpsi30-36 Kpsi电导率0.57M/cm0.57M/cm*化学镀铜层的最佳特性很大程度上与所使用的试剂纯度有关。高纯度无杂质污染的化学镀铜液易于得到优良的化学镀铜层，对连续使用的化学镀铜液，由于印制板的浸入，空气灰雾等污物的污染，会使化学镀铜层质量下降。有一种叫超电位测试方法伏安测试法（Voltammetry）.用此方法可以监测有害杂质对化学镀铜液所引起的潜在污染。化学镀铜层质量的控制