1、沉铜01之欧阳科创编化学镀铜(PTH)时间:2021.02.05创作:欧阳科Chapter 1 沉铜原理(Shipley)一 概述化学镀铜:俗称沉铜,是一种自身催化氧化还原反应,可以在非导电的基体上进行沉积,化学镀铜的作用是实现孔金属化,从而使双面板,多层板实现层与层之间的互连,随着电子工业的飞速发展对线路板制造业的要求越来越高,线路板的层次越来越多,同一块板的孔数越来越多,孔径越来越小,这些孔的金属化质量将直接影响到电气的性能和和可靠性。二 去钻污原理:1 去钻污的必要性:由于钻孔过程钻嘴的转速很高,可达1618万rpm,而环氧玻璃基材为不良导体,钻孔时会在短时间内产生高温,高温会在孔壁上留
2、下许多树脂残渣,从而形成一层薄的环氧树脂钻污,由于此树脂钻污与孔壁的结合力不牢,当直接沉铜时,就会影响化学铜与孔壁的结合力,特别是多层板,会影响化学铜层与内层铜的导通,去钻污就是清除这些残渣,改善孔壁结构。2 去钻污方法的选择:利用碱性KMnO4溶液作强氧化剂,在高温下将孔壁树脂氧化,这种处理不仅可以除掉这些钻污,而且还可以改善孔壁树脂表面结构,经过碱性KMnO4处理后的树脂表面被微蚀形成许多孔隙,呈蜂窝状,这样大大促进了化学铜与孔壁树脂的结合力,此法是目前去钻污流程使用最广泛的方法,具有高稳定性,既经济又高效,管理操作简便。3 去钻污原理:溶胀:Swelling利用有机溶剂渗入到孔壁的树脂中
3、,使其溶胀,形成结构疏松的环氧树脂,从而有利于碱性KMnO4的氧化除去,一般的溶胀剂都是有机物,反应条件要求高温及碱性环境。需采用不锈钢工作液槽。MLB211膨胀剂是淡黄色,不混浊,不易燃的水溶液,含有有机物(10%左右的已烯基丁二醇丁乙酸),对树脂有一定的溶解作用,但主要作用是使环氧树脂溶胀,溶胀剂不与树脂起直接反应,但随着长时间的高温处理,溶胀剂易老化而需更换,换缸视生产量而定,一般为6000m2/次。去钻污Desmearing:反应原理:在碱性及高温条件下,KMnO4对溶胀的树脂起氧化作用。4MnO4-+C+4OH-4MnO42- +CO2 +2H2O此反应需在316不锈钢或钛材料工作槽
4、中进行,同时存在副反应:2MnO4- +2 OH-2MnO42-+1/2 O2 + H2O4MnO4-+ 2H2O4MnO2 + 3O2+4OH-KMnO4的再生:要提高KMnO4工作液的使用效率,必须考虑将溶液中的MnO42-再生转变为MnO4 -,目前普遍采用的是电解再生法,再生器利用的是阴极为大面积的不锈钢柱形圆筒,阳极为钛材料,其与阴极的面积比很小,MnO4-2-在阳极表面发生的反应为MnO4-2-eMnO4- 。使用450550A的整流器,由于MnO42-不断地氧化成MnO4 -,因此工作液中不需大量添加KMnO4原料,它的少量添加是为了平衡工作液的带出损耗,因而大大降低了生产成本,
5、使用较长时间的工作液在槽底会形成沉淀,需定期清除,以保证处理效果。MLB214D为树脂蚀刻促进剂,可提高KMnO4的树脂蚀刻能力,提高工作液的润湿性,减少孔内气泡,其为白色粉末状固体。还原:工作原理:经碱性KMnO4处理过的板面残留有MnO4-,其具有的氧化性会对后续的工作槽污染,会令其失去应有的作用,需对其进行还原中和处理。反应为MnO4-+ H2O2 +H+MnO42- +H2O +O2MLB216是浅黄色,不易燃,强酸性的水溶液,其PH值低于1.0。三 化学沉铜原理1 除油:(Conditioner)工作原理:在钻孔时,孔壁和铜箔表面有油污,同时也可能有手指印,它们都会影响镀铜层与基体的
6、结合力,甚至沉不上铜,所以必须进行清洁处理。调整:由于在钻孔时,高速磨擦产生静电荷,使孔壁带上负电荷,这样不利于吸附带负电性的胶体钯催化剂,通常在清洁处理液中加入阳离子型表Page 1面活性剂,以提高孔壁对胶体钯的吸附。2 粗化:(Micro Etch)原理:为保证化学铜与基材铜层的结合力,要对基铜进行微蚀,在酸性环境下过硫酸铵与基铜反应:S2O8 2-+Cu2SO4 2-+ Cu2+粗化度一般控制在0.81.2um/min,粗化时间一般为2 min。微蚀速率(um/min)=失重(g)*11.2/(总面积dm2*处理时间min)蚀刻速度与溶液中Cu2+含量关系可用图表示:从图中可看出,当Cu
7、2+含量大于7g/L,蚀刻速率保持恒定,新开缸的微蚀液,开始时较慢,可以加入4g/L的硫酸铜,或保留25%的旧液。为保证微蚀效果,要求定时测试铜的微蚀速率,并及时补充过硫酸铵。微蚀速率随温度的升高而升高,为保持速率均匀一致,应设置温控系统。3 预浸(Predip):原理:后续的活化液对水有一定的敏感性,水的积累带入会引起活化液成分的较大变化,影响活化效果,甚至分层。所以通常在活化前先将印制板浸入预浸液处理,预浸液是与活化剂相配套使用的。预浸槽与活化槽的成分基本相同,区别在于预浸槽中不含活化剂钯。酸性胶体钯预浸液成分:SnCl2 :30g/L、HCl:30ml/L、NaCl:200g/L、脲素:
8、50g/L。C/P404是一种白色的酸性盐粒状掺合物,1%溶液的PH值大约为2 。4 活化:活化反应机理:溶液中的Sn2+和Pd2+的浓度为2:1时所得到的活化液活化性能最好,因此时Sn2+和Pd2+在溶液中反应形成不稳定的络合物, Pd 2+ 2Sn2+PdSn26+Pd+Sn4+Sn2+在30时,PdSn26+络离子歧化反应12min,大约有90%以上的络合离子被还原成金属钯,它们呈现出极其细小的金属颗粒分散在溶液中,当加入大量Sn2+的和Cl-时,这些细小的钯核表面上很快吸附大量的Sn2+的和Cl-,形成带负电的胶体化合物 Pd(SnCl3)-,这些胶体化合物悬浮在溶液中(负负相斥),不
9、会沉聚,胶体钯在酸性环境中较稳定,当表面带正电荷的印制板浸入处理液后,胶体钯会很快被基材吸附,而完成活化处理。活化处理过的印制板,在水洗时,表面的SnCl2水解形成碱式锡酸盐沉淀。目前市售的胶体钯活化剂大多为盐基胶体钯。PdCl2:1g/l、NaCl:250g/l、SnCl2:12。8g/l、HCl:40ml/l、Na2SnO3:2g/l脲素:50g/l。CAT44浓缩液是一种不易燃,酸性,深褐色的液体,每公升大约含钯4。7g,比重约1。2。注意:活化缸含胶体钯,价格很贵,不能往缸内加水,否则会引起整缸胶体钯水解分层。5 加速:原理:经活化处理的板面表面上吸附的是以钯核为中心的胶团,此胶团在水
10、洗时,SnCl2水解成碱式锡酸盐沉淀,包围在钯核表面,在化学沉铜之前,必须除去表面的沉淀,以使钯核露出来,从而实现沉铜过程的催化作用。加速处理不仅提高了胶体钯的活化性能,而且去除了多余的碱式锡酸盐化合物,从而显著提高了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溶解,可用酸也可用碱处理,如用5%的NaOH或1%的HBF4处理12min。处理时应严格控制浓度、温度、时间。浓度低、时间短、温度低则碱式锡酸盐不能完全溶解,钯核不能露出来,沉铜反应不能进行,浓度过高,温度过高,时间长,则不仅碱式锡酸盐溶解,还会导致钯核的脱落,同样造成沉铜反应不能顺利进行。加速剂ACC19:其作用是调节被
11、吸收的催化剂,使化学铜能迅速而均匀地沉积,同时促进化学铜与基铜的结合力,把催化剂的带入影响减至最低限度,从而延长化学铜的使用期。6 化学镀铜:成分及作用:铜盐 253A CuSO45H2O 提供铜离子 络合剂 253E EDTA 络合铜离子,减缓沉积速率 还原剂 甲醛 HCHO 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 NaOH 甲醛在强碱条件下才具有还原性,因此必须加入适量的碱。 添加剂:溶液中存在微量的Cu+,其歧化反应形成的铜粉具有催化作用,易加速化学铜溶液的分解。添加剂能络合Cu+,减小Cu+的干扰。反应机理:正常反应为2HCHO+4OH-+Cu2+Cu+2HCOO-
12、+H2O+H2 从反应式可看出,溶液必须为强碱性,HCHO的还原能力取决于碱性强弱,即PH值。在碱性中,必须有足够的络合剂,以稳定Cu2+不致生成沉淀。溶液中的相应成分必须保持相应的一定比例。同时反应必须有催化剂的催化作用。Page 2副反应: 不管镀铜液使用与否,总是存在以下两个反应:Cu2O的生成:2Cu2+HCHO+5OH-Cu2O+HCOO-+3H2O Cu2O +H2O2Cu+2OH- 2Cu+Cu2+Cu 形成的铜粉是分子量级的,分散于溶液中,这些小颗粒具有催化能力,当铜粉数量较多时,就会引起沸腾式的反应,导致溶液迅速分解。HCHO与NaOH的反应:2HCHO+OH-HCOO-+C
13、H3OH 对于放置不用的化学铜液,几天后,因歧化反应,HCHO变成CH3OH和HCOOH,且消耗大量的NaOH,溶液PH值变低,因此放置不用的溶液重新起用时,必须重新调整HCHO和PH值,特别是HCHO含量小于3g/L时,会加速Cu2O的生成,加速铜液的分解。化学镀铜沉积速率: 沉积速率(um/h)=增重(g)*11.2*60/(总面积dm2*时间min)。Cu2+对速率的影响:沉铜速率随Cu2+浓度增加而加快,当CuSO4在10g/L以下时,几乎是成正比例增加,超过12g/L,沉积速率不再增加,反而会造成副反应,使化学铜液不稳定。络合剂:络合剂的浓度一般控制在相当于Cu2+浓度的11.5倍左
14、右,在此范围,络合剂的浓度对沉积速率影响很小。还原剂:HCHO还原电位随HCHO含量增加而升高,当浓度大于8ml/L时,还原电位上升很缓慢,当浓度低于3ml/L时,沉积速率降低,同时副反应加剧,在实际应用中HCHO浓度控制在812ml/L。PH值的影响:反应必须在一定的PH值下才能产生,由于不同的络合剂对Cu2+的络合常数不同,这种差别造成了反应需要的PH值也不同,如用EDTA-2Na作络合剂,最佳反应所需的PH值为12.5,当PH值低于规定值0.1单位时,反应虽能进行,但金属化的镀层存在砂孔或局部大面积沉不上铜,当PH值过高时会产生粗糙的化学镀层,而且溶液会快速分解。PH值在11.05时反应
15、开始进行,随PH值升高,速率先加快后降低,在12.5时速率最快,且镀层外层最好。添加剂:络合Cu+,而不络合Cu2+,但会加快沉积速率。温度:温度提高则沉积速率快,但过高,副反应也加剧,造成溶液分解。搅拌;搅拌同时包括打气,连续过滤,工件移动等措施,这些都能减少浓差极化,提高沉积速率,并有利于化学铜液的稳定,正常生产时注意要24h打气。维护: 化学铜液每周需倒槽清洗并过滤,并用硫酸和双氧水泡槽。注意倒槽时溶液仍要加温。 一般地,在停产条件下也要打气,以免放置时间过长而分解。若长时间停产,则需把PH调至9.8以下才可停止打气。 每班均要做分析并调整(4h/次)。Chapter 2 化学沉铜和全板
16、电工艺流程及技术参数化学沉铜和全板电工艺流程为: 去毛刺(手动浸酸放板刷板高压水洗水洗烘干出板)上板膨松水洗*2除胶水洗*2预中和中和水洗*2除油热水洗水洗*2粗化水洗*2预浸活化水洗*2加速水洗沉铜水洗*2下板柠檬酸防氧化上板水洗酸洗电铜水洗下板烘干(酸洗水洗吹干烘干)。一 FR4板材的化学沉铜工艺流程1 去毛刺:作用:磨刷去掉板面毛刺及其它脏污,高压水洗冲去孔内树脂残渣。有效成分:酸浸: 35%的硫酸,常温,1020min。 刷板: 300500# 尼龙磨刷,上下各一个。 水洗: 自来水(PH=69,电导率300us/cm)操作参数:水洗: 压力7kg/cm2,循环水洗。 磨刷: 调整压力
17、2.02.5A 烘干温度:6080,换缸操作:浸酸:每班/次, 排放清洗干净配槽。 水洗:每班/次。 排放清洗干净使用时加满水。去毛刺机操作:先开总水阀,总电源开关。 然后依次开传送,磨刷,摇摆,高压水洗,烘干等开关。 调节烘干温度为6070,高压水洗压力为7kg/cm2,输送速度为1.52.5m/min。Page 3 根据板厚,选用同一厚度的废光板做磨痕试验,磨痕宽度要求为1015mm。 磨痕合格后,即可放板生产,板与板间隔为2cm以上,左右交叉放板以均衡压力。 关机顺序与开机顺序相反,注意磨刷要放松,以免长期受力变形。磨痕试验方法: 正常开机,关磨刷,摇摆。 待光铜板输送至磨刷位置,关输送
18、,开启磨刷510sec。 关掉磨刷,开启传送,正常送出。 检测磨痕宽度,要求上下一致且各个磨痕整体宽度一致,反之,则继续调整。设备保养:磨刷更换:3month/次,传送,水缸,风刀清洁,1week/次,喷嘴清洁,1 day/次, 高压水洗压力检查,4h/次。2 膨胀:作用: 使孔内树脂残渣溶胀,以利于碱性高锰酸钾的氧化。有效成分;MLB211 开缸量70L 强度 80120% 最佳100% NaOH 开缸量40L 碱当量0.70.9N 最佳0.8N操作参数:温度 6580 最佳78有温控。 摇摆 45cm幅度 频率 1620次/min。 过滤 510um PP材料 25循环量/h成分分析:10
19、0m2耗量添加2.5L MLB211, 0.85L NaOH(300g/L) 频率:3 次/week MLB211:原理:通过相分离,根据有机物液相体积(ml)来确定槽液强度。 试剂:NaOH CP级。 步骤:取样50ml于100ml量筒中,加入约10g NaOH充分搅拌,冷却至室温,静置15min。 读出上层清液体积数(ml)。 计算:MLB211强度(%)=15+10*V。 添加:(100-211强度%)*200*V/1000(L)。 碱当量: 原理:酸碱滴定,以溴甲酚紫(BCP)为指示剂,用0.1N的盐酸滴定。 试剂:0.1%BCP 0.1gBCP加入100ml酒精中。 0.1N HCl
20、标准液。 步骤:取样1.00ml于250ml锥形瓶中。 加DI水约80ml,加3滴0.1%的BCP。 用0.1N的HCl标准液滴定至由紫色变为黄色为终点。 计算:当量浓度=(N*V) 添加:(0.8-MLB211当量浓度)*120*V/1000。换缸操作:换缸条件 6000500m2/次排放原液,先后用自来水清洗缸体,过滤,管道至干净。 加入2/3体积的DI水,加入所需量的物料:MLB211 70L NaOH 40L 补充液位,开启循环,加热开关,搅拌30min后通知理化室分析并调整。日常维护: 检查液位是否正常 2h/次, 检查温度,过滤,摇摆是否正常 4h/次。3 水洗:(以下类似)作用: 清除板面及孔内的药水,防止药水间的相互污染。有效成分:初级纯水,溢流水洗,可打气。成分分析:PH值68 电导率20us/cm换缸操作:1week/次, 排放清洁使用时加满水。日常维护:检查液位是否正常。4 氧化:用: 除去孔内钻污,并形成微观粗糙度,提高镀铜层与孔壁的结合力。时间:2021.02.05创作:欧阳科
copyright@ 2008-2023 冰点文库 网站版权所有
经营许可证编号:鄂ICP备19020893号-2