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1、电路板电镀工艺1 1本讲稿第一页，共四十页谁的问题最难？谁的问题最难？机械问题：机械问题：易找难修易找难修电镀问题：电镀问题：难找难修难找难修电气问题：电气问题：难找易修难找易修Why training?2 2本讲稿第二页，共四十页课程目标课程目标l了解电镀在印制板行业中的应用；了解电镀在印制板行业中的应用；l掌握镀铜药水的管控知识；掌握镀铜药水的管控知识；l熟悉生产线熟悉生产线保养保养和维护的基本内容；和维护的基本内容；l掌握镀层品质的评价方法。掌握镀层品质的评价方法。3 3本讲稿第三页，共四十页课程内容课程内容第一部分：电镀及化学镀简介；第一部分：电镀及化学镀简介；第二部分：印制板镀铜介绍
2、；第二部分：印制板镀铜介绍；第三部分：电镀药水管理；第三部分：电镀药水管理；第四部分：生产线保养及维护；第四部分：生产线保养及维护；第五部分：电镀效果评价；第五部分：电镀效果评价；第六部分：镀层物理性能评估；第六部分：镀层物理性能评估；第七部分：电镀创新及技术展望。第七部分：电镀创新及技术展望。4 4本讲稿第四页，共四十页第一部分：电镀简介第一部分：电镀简介采用电解方法沉积形成镀层的过程采用电解方法沉积形成镀层的过程印制线路板加工的核心技术之一印制线路板加工的核心技术之一各种技术相互渗透的边缘科学各种技术相互渗透的边缘科学电镀三大要素：设备、药水、工艺电镀三大要素：设备、药水、工艺三大主题：均
3、匀性、深镀能力、电镀效率三大主题：均匀性、深镀能力、电镀效率5 5本讲稿第五页，共四十页电镀关系图电镀关系图设备设备工艺工艺药水药水电镀效率电镀效率深镀能力深镀能力均匀性均匀性优异电镀效果6 6本讲稿第六页，共四十页印制板电镀分类印制板电镀分类电镀溶液：镀铜、镀（铅）锡、镀镍、镀金电镀溶液：镀铜、镀（铅）锡、镀镍、镀金等等电镀方法：有外加电流（镀铜）、无外加电电镀方法：有外加电流（镀铜）、无外加电流（化学镀）、表面转化（沉锡）流（化学镀）、表面转化（沉锡）电镀电源：直流电镀、脉冲电镀电镀电源：直流电镀、脉冲电镀电镀方式：垂直电镀、水平电镀电镀方式：垂直电镀、水平电镀电镀阳极：可溶性阳极、不溶性
4、阳极电镀阳极：可溶性阳极、不溶性阳极7 7本讲稿第七页，共四十页化学镀化学镀(Electroless)利用利用还原剂还原剂还原剂还原剂使金属离子在被镀表面上自催化还原沉积使金属离子在被镀表面上自催化还原沉积出金属层；出金属层；还原剂种类：次磷酸盐和醛类还原剂种类：次磷酸盐和醛类沉积时不需外加电源；沉积时不需外加电源；沉积时不需外加电源；沉积时不需外加电源；镀层分布均匀、结构和性能优良；镀层分布均匀、结构和性能优良；镀层分布均匀、结构和性能优良；镀层分布均匀、结构和性能优良；印制板主要化学镀：化学沉铜、化学沉镍等印制板主要化学镀：化学沉铜、化学沉镍等印制板主要化学镀：化学沉铜、化学沉镍等印制板主
5、要化学镀：化学沉铜、化学沉镍等8 8本讲稿第八页，共四十页化学沉铜化学沉铜(Electroless Copper)(Electroless Copper)化学沉铜：完成金属铜的沉积，实现孔的导通化学沉铜：完成金属铜的沉积，实现孔的导通(金属金属金属金属化化化化)，是印制板的重要加工流程。，是印制板的重要加工流程。，是印制板的重要加工流程。，是印制板的重要加工流程。简单反应原理：在简单反应原理：在简单反应原理：在简单反应原理：在PdPdPdPd的催化作用下发生反应：的催化作用下发生反应：的催化作用下发生反应：的催化作用下发生反应：CuCu2+2+HCHO+3OH+HCHO+3OH Cu Cu0
6、0+HCOO+HCOO +2H +2H2 2O O 完成化学沉铜后孔壁及表面如下图所示：完成化学沉铜后孔壁及表面如下图所示：完成化学沉铜后孔壁及表面如下图所示：完成化学沉铜后孔壁及表面如下图所示：9 9本讲稿第九页，共四十页第二部分：印制板镀铜介绍第二部分：印制板镀铜介绍在板件表面和孔壁上镀铜，满足客户要求在板件表面和孔壁上镀铜，满足客户要求深孔电镀深孔电镀是印制线路板的关键所在是印制线路板的关键所在镀铜分类：全板电镀和图形电镀镀铜分类：全板电镀和图形电镀Layer 1Layer 1Layer 6Layer 6Layer 2Layer 2Layer 3Layer 3Layer 4Layer 4
7、Layer 5Layer 5CopperCopperDry FilmDry FilmcopperTin Dry FilmDry Film1010本讲稿第十页，共四十页电镀理论依据电镀理论依据法拉第定律：法拉第定律：Qn*z*F n*z*F D*S*t*D*S*t*Q Q 通电量通电量通电量通电量(C)(C)n n 沉积出金属物质的量沉积出金属物质的量沉积出金属物质的量沉积出金属物质的量(mol)(mol)z z 被还原金属离子价态被还原金属离子价态被还原金属离子价态被还原金属离子价态F F 法拉第常数法拉第常数法拉第常数法拉第常数(F=96485)(F=96485)D D 电流密度（电流密度（
8、电流密度（电流密度（ASDASD或或或或ASFASF）S S 电镀面积电镀面积电镀面积电镀面积(dm(dm2 2或或或或inin2 2):):元件面、焊锡面元件面、焊锡面元件面、焊锡面元件面、焊锡面t t 电镀时间电镀时间电镀时间电镀时间(Min)(Min)电流效率电流效率电流效率电流效率(%)(%)1111本讲稿第十一页，共四十页电镀铜基本原理电镀铜基本原理电镀液组成电镀液组成(H2 2O+CuSO4.5H.5H2O+H2SOSO4+Cl+Cl-+添加剂添加剂添加剂添加剂)+整流器整流器-离子交换离子交换离子交换离子交换nene-ne-电镀上铜电镀上铜电镀上铜电镀上铜阴极阴极阴极阴极(板件板
9、件板件板件)阳极阳极阳极阳极Cu CuCu Cu2+2+2e+2e-CuCu2+2+2e+2e-CuCu 1212本讲稿第十二页，共四十页可溶性阳极不足之处可溶性阳极不足之处阴阳极面积要求比例阴阳极面积要求比例1 1：1-11-1：2 2！阳极面积不足（阴极）：阳极面积不足（阴极）：l电流密度过大，电镀效率下降电流密度过大，电镀效率下降l容易产生铜粉、高电流区烧焦容易产生铜粉、高电流区烧焦l严重时出现铜球钝化或不溶解严重时出现铜球钝化或不溶解 阳极面积太大（阳极面积太大（2 2倍阴极）：倍阴极）：l影响电流一次分布影响电流一次分布l容易出现镀液铜离子浓度上升容易出现镀液铜离子浓度上升l镀层质量
10、较差，影响分散能力镀层质量较差，影响分散能力1313本讲稿第十三页，共四十页二种阳极类型的电流分布图二种阳极类型的电流分布图1414本讲稿第十四页，共四十页可溶性阳极与不溶性阳极比较可溶性阳极与不溶性阳极比较不溶性阳极可溶性阳极阳极反应2H20O2+4H+4e-Cu Cu2+2e-阳极材料处理过钛网含磷铜球电镀方式水平或垂直垂直阴极电流密度 1.5-8.0ASD0.5-2.5ASD镀层均匀性好较差制作成本高低1515本讲稿第十五页，共四十页 电镀设备介绍电镀设备介绍较先进设备：lPAL（亚洲电镀）（亚洲电镀）（亚洲电镀）（亚洲电镀）:垂直连续电镀垂直连续电镀垂直连续电镀垂直连续电镀lAEL（亚
11、硕科技亚硕科技亚硕科技亚硕科技）:垂直连续电镀垂直连续电镀lATO（安美特安美特）:水平脉冲电镀水平脉冲电镀传统设备：传统设备：lPENC（电镀工程及化工原料有限公司（电镀工程及化工原料有限公司 ）lProtek（保德公司）（保德公司）lPAT（亿鸿（亿鸿-俊杰）俊杰）1616本讲稿第十六页，共四十页电镀药水介绍电镀药水介绍ATOTECH（安美特化学公司）（安美特化学公司）TPTP光剂：光剂：光剂：光剂：Cupracid TP Brightener/Leveller U+U+光剂：光剂：Cupracid Universal PlusCupracid Universal Plus脉冲光剂：脉冲光
12、剂：Cuprapulse S3/S4 inpulse/H6 Cuprapulse S3/S4 inpulse/H6 ROHM AND HASS（罗门哈斯化学公司）（罗门哈斯化学公司）125光剂：光剂：光剂：光剂：Copper Gleam 125T-AB(CH)PCM光剂：光剂：光剂：光剂：Copper Gleam PCM Plus AdditiveCopper Gleam PCM Plus AdditiveEP-1000光剂：光剂：Electroposit 1000 acid Copper Electroposit 1000 acid Copper 1717本讲稿第十七页，共四十页第三部分：电
13、镀药水管理第三部分：电镀药水管理化学成份控制：化学成份控制：自动添加、分析补加自动添加、分析补加镀液净化处理：镀液净化处理：有形杂质：棉芯过滤、洗缸有形杂质：棉芯过滤、洗缸无机杂质：不同电流密度拖缸无机杂质：不同电流密度拖缸有机杂质：碳芯过滤、碳处理有机杂质：碳芯过滤、碳处理碳处理前后碳处理前后棉芯过滤棉芯过滤1818本讲稿第十八页，共四十页电镀液分析方法电镀液分析方法无机化学成份分析无机化学成份分析:CuCu2+2+、H H2 2SOSO4 4、ClCl-镀液专业分析方法镀液专业分析方法:赫氏槽分析赫氏槽分析哈林槽试验哈林槽试验CVSCVS添加剂分析添加剂分析定期测量镀液定期测量镀液TOCT
14、OC值，确认污染程度。值，确认污染程度。1919本讲稿第十九页，共四十页一、赫氏槽片分析一、赫氏槽片分析研究镀液主要组份和添加剂的影响研究镀液主要组份和添加剂的影响可显示不同电流密度下的镀层质量可显示不同电流密度下的镀层质量快速分析镀液产生故障的原因快速分析镀液产生故障的原因赫氏槽片赫氏槽片赫氏槽赫氏槽2020本讲稿第二十页，共四十页二、哈林槽试验二、哈林槽试验模拟生产线实际镀液工作状态模拟生产线实际镀液工作状态实验室评估镀液深镀能力的最佳方法实验室评估镀液深镀能力的最佳方法用于关键工艺参数的筛选试验用于关键工艺参数的筛选试验试验样板试验样板哈林槽试验哈林槽试验2121本讲稿第二十一页，共四十
15、页三、三、CVS-CVS-循环伏安剥离法循环伏安剥离法 CVS(Cyclic Voltammetric Stripping)CVS(Cyclic Voltammetric Stripping)采用电化学分析手段对镀液进行管理采用电化学分析手段对镀液进行管理定量测定有机添加剂浓度定量测定有机添加剂浓度监控电镀溶液污染的程度监控电镀溶液污染的程度 为研究、优化新的电镀技术提供条件为研究、优化新的电镀技术提供条件CVSCVS机机工作曲线工作曲线2222本讲稿第二十二页，共四十页第四部分：生产线保养和维护第四部分：生产线保养和维护保养是电镀线稳定的前提，需要做细做足！保养是电镀线稳定的前提，需要做细做
16、足！设备保养：设备保养：机器检修、故障排除等机器检修、故障排除等阳极保养：阳极保养：添加铜球、调整位置等添加铜球、调整位置等药水保养：药水保养：更换药水、净化镀液等更换药水、净化镀液等清洁保养：清洁保养：缸体冲刷、导电部件清洗等缸体冲刷、导电部件清洗等拖缸处理：拖缸处理：铜球形成阳极膜，除金属杂质铜球形成阳极膜，除金属杂质磨刀不误砍柴工！磨刀不误砍柴工！2323本讲稿第二十三页，共四十页保养过程（保养过程（1 1）清洁飞巴保养阳极2424本讲稿第二十四页，共四十页保养过程（保养过程（2 2）擦亮V座清洁水缸2525本讲稿第二十五页，共四十页保养过程（保养过程（3 3）2626本讲稿第二十六页，
17、共四十页第五部分：电镀效果评价第五部分：电镀效果评价孔铜和面铜厚度满足客户要求孔铜和面铜厚度满足客户要求不出现夹膜（图形电镀）、孔径超差等不出现夹膜（图形电镀）、孔径超差等不出现烧焦、镀层不良、颜色不良等缺陷不出现烧焦、镀层不良、颜色不良等缺陷镀铜质量三保证镀铜质量三保证:电镀均匀性电镀均匀性深镀能力深镀能力电镀效率电镀效率2727本讲稿第二十七页，共四十页一、电镀均匀性一、电镀均匀性一次电流分布：一次电流分布：主要取决于镀槽和电极的形主要取决于镀槽和电极的形状，也称为初次电流分布；状，也称为初次电流分布；二次电流分布：二次电流分布：考虑浓差极化和电化学因素考虑浓差极化和电化学因素影响后的电流
18、分布；影响后的电流分布；三次电流分布：三次电流分布：板件实际镀层的厚度分布板件实际镀层的厚度分布2828本讲稿第二十八页，共四十页均匀性评价标准均匀性评价标准CoVCoV（Coefficient of VarianceCoefficient of Variance）：）：镀层厚度平均值：镀层厚度平均值：标准偏差：标准偏差：铜厚均匀铜厚均匀:(评价标准评价标准:CoV12%）板面厚度极差：板面厚度极差：10um（镀厚（镀厚25um）匀均匀均性公差百分比：性公差百分比：如如20%2929本讲稿第二十九页，共四十页二、电镀深镀能力二、电镀深镀能力有机添加剂：光亮剂、整平剂浓度有机添加剂：光亮剂、整平
19、剂浓度电流密度：低电流电流密度：低电流(如：如：1.5ASD1.5ASD以下以下)无机化学成份：高酸低铜无机化学成份：高酸低铜(10:1(10:1以上以上)电镀方式：脉冲电镀、直流电镀电镀方式：脉冲电镀、直流电镀药水交换：摇摆、振荡、打气（喷射）、循药水交换：摇摆、振荡、打气（喷射）、循环、气动、水平方式等环、气动、水平方式等3030本讲稿第三十页，共四十页 深镀能力深镀能力（Throwing power)评价标准：评价标准：AR=8 AR=8：1 TP65%1 TP65%（6 6点法）点法）相关说明：相关说明：板厚板厚:2.4mm:2.4mm，孔径，孔径0.3mm0.3mm！3131本讲稿第
20、三十一页，共四十页三、电镀效率三、电镀效率阴阳极面积：合适比例（阴阳极面积：合适比例（1 1：1111：2 2）阳极电流密度：阳极电流密度：0.31.8ASD0.31.8ASD（保养前后）（保养前后）板件电流密度：板件电流密度：0.52.5ASD0.52.5ASD（孤立、大铜面）（孤立、大铜面）导电性能：整流机、电缆、导电性能：整流机、电缆、V V座、飞巴、夹具座、飞巴、夹具钛篮阳极袋：合适的空隙率大小钛篮阳极袋：合适的空隙率大小药水寿命：新开缸药水或老缸药水药水寿命：新开缸药水或老缸药水3232本讲稿第三十二页，共四十页第六部分：镀层物理性能评价第六部分：镀层物理性能评价延展性及抗拉强度测试
21、延展性及抗拉强度测试测试要求：镀铜层厚度测试要求：镀铜层厚度2mil2mil评价标准评价标准:延展性延展性12%12%，抗拉强度，抗拉强度248MPa248MPa 热冲击测试热冲击测试测试方法：测试方法：288/10s/3288/10s/3循环循环评价标准评价标准:3Cycle:3Cycle未发现未发现CracksCracks现象现象3333本讲稿第三十三页，共四十页镀层物理性能评价镀层物理性能评价高低温冷热循环测试高低温冷热循环测试 测试条件：测试条件：测试条件：测试条件：125125125125，30min-6530min-6530min-6530min-65，30min30min30mi
22、n30min评价标准评价标准：100 Cycle 100 Cycle 100 Cycle 100 Cycle 孔电阻变化率孔电阻变化率孔电阻变化率孔电阻变化率10%10%。SEMSEM分析镀层结晶结构分析镀层结晶结构 评估标准：结晶致密、杂乱无章评估标准：结晶致密、杂乱无章评估标准：结晶致密、杂乱无章评估标准：结晶致密、杂乱无章 无出现柱状或有方向性晶体无出现柱状或有方向性晶体 互连应力测试（互连应力测试（I.S.TI.S.T）评价标准评价标准：100 Cycle 100 Cycle 孔电阻变化率孔电阻变化率10%10%。参考参考标准：标准：IPC-TM-650 2.6.26IPC-TM-65
23、0 2.6.263434本讲稿第三十四页，共四十页优异品质的稳定控制优异品质的稳定控制稳定的整流机输出和良好的导电性稳定的整流机输出和良好的导电性彻底的设备维护和生产保养彻底的设备维护和生产保养合适的镀液成份和控制条件合适的镀液成份和控制条件合理的工艺参数（如：电流密度等）合理的工艺参数（如：电流密度等）严格的有机添加剂控制方法严格的有机添加剂控制方法定期污染测试及镀液净化定期污染测试及镀液净化(如：如：3KAH/L)3KAH/L)3535本讲稿第三十五页，共四十页第七部分：电镀创新及新技术展望第七部分：电镀创新及新技术展望1.技术创新技术创新:对现有设备进行技术改造对现有设备进行技术改造对现
24、用药水进行改良和优化对现用药水进行改良和优化2.2.管理创新管理创新:设备、药水定期保养设备、药水定期保养制程能力与品质定期验证制程能力与品质定期验证3.3.制度创新制度创新:维护和保养形成制度维护和保养形成制度创新创新创新创新改善改善改善改善维持维持维持维持不断改进和提升3636本讲稿第三十六页，共四十页电镀新技术展望电镀新技术展望二个提高：二个提高：提高板面均镀能力提高板面均镀能力 提高深孔深镀能力提高深孔深镀能力 二种技术：二种技术：采用电镀填孔新技术采用电镀填孔新技术采用脉冲电镀新技术采用脉冲电镀新技术二个降低：二个降低：降低耗用，节能减排！降低耗用，节能减排！降低污染，构造和谐！降低污染，构造和谐！脉冲和直流板面均镀比较脉冲和直流板面均镀比较3737本讲稿第三十七页，共四十页电镀新技术展望电镀新技术展望软板电镀软板电镀软板电镀软板电镀填孔电镀填孔电镀填孔电镀填孔电镀深孔电镀（深孔电镀（20：1）深孔多次热冲击后深孔多次热冲击后3838本讲稿第三十八页，共四十页附件附件常用单位换算：常用单位换算：1OZ=1.4mil=35.6m 1mil=25.4m=1000 inch1m40inch 1inch=2.54cm1ASD10ASF1ppm=1mg/L3939本讲稿第三十九页，共四十页谢谢大家！谢谢大家！4040本讲稿第四十页，共四十页