2021 电镀在FPC中的应用课件.ppt

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1、电镀的基本原理金属电沉积的基本历程金属电沉积的方式几个常用的电镀术语FPC的基本流程电镀铜工艺电镀金工艺,电 镀 的 基 本 原 理,金属的盐溶于水中时，以阳离子Mn+形式存在，当通过一个电压时，阴离子向阳极移动，阳离子向阴极移动，阳离子获得n个电子而还原成金属并在阴极析出，这就是电镀的基本原理。,电 镀 示 意 图,电镀液组成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加剂),离子交换,直流整流器,ne-,ne-,电镀上铜层阴极(受镀物件)镀槽,阳极,Cu Cu2+2e-,Cu2+2e-Cu,金 属 电 沉 积 的 基 本 历 程,液相传质 溶液中的反应粒子，如金属水化离子向电极

2、表面迁移；前置转化 迁移到电极表面附近的反应粒子发生化学转 化反应，如金属水化离子水化程度降低和冲 排，金属络合离子配位数降低等；电荷传递 反应粒子得电子、还原为吸附态金属原子；电结晶 新生的吸附态金属原子沿电极表面扩散到适 当的位置（生长点）进入金属晶格生长，或 与其他的新生的原子聚集而形成晶格并长大，从而形成晶体。,金 属 电 沉 积 的 两 种方 式,表面扩散与进入晶格：a：放电粒子直接在生长点放电而就地并入晶格（如图所示）；b：放电粒子在电极表面任一位置放电，形成吸附原子，形成吸附原 子，然后 扩散到 生长点并进入晶格。,a,b,金 属 电 沉 积 的 两 种方 式,晶体的螺旋位错生长

3、：实际上晶体表面有很多的位错，位错密度可达到1010-1012个/cm2，晶面 上的吸附原子扩散到位错的台阶边缘时，可沿位错线生长。,几 个 基 本 的 电 镀 术 语,分散能力：在特定条件下，一定溶液使电极（通常是阴极）镀层分布比初次电流分布所获得的结果更为均匀的能力。亦称均镀能力。覆盖能力：镀液在特定条件下凹槽或深孔处沉积金属的能力。亦称深镀能力。整平能力：使镀层在基体表面更加光滑的能力初次电流分布：在电极极化不存在时，电流在电极表面上的分布。电流密度：单位面积电极上通过的电流强度，通常以 A/dm2 表示。体积电流密度：单位体积溶液内通过的电流强度，通常以A/V表示。,投入半蚀刻自主检查

4、激光加工 自主检查 PTH通孔电镀自主检查 镀金部分冲切2,FPC 的 流 程,电 镀 铜 工 艺,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,电镀铜工艺在化学沉铜层上或导电碳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。,对 铜 镀 层 的 基 本 要 求,（1）镀层均匀、细致、平整、无麻点、无针孔，有良好外 观的光亮或半光亮镀层；（2）镀

5、层厚度均匀，板面镀层厚度与孔壁镀层厚度之比接 近1：1；（3）镀层与铜基体结合牢固，在镀后和后续工序的加工过 程中，不会出现起泡、起皮等现象；（4）镀层导电性好；（5）镀层柔软性好，延伸率不低于10%，抗张强度30-50Kg/mm2。,（1）有良好的分散能力和深镀能力，即使在很低的电流 密度下，也能得到均匀细致的镀层，以保证在印制 板的板厚孔径比较大时，仍能达Ts:Th接近1：1；（2）电流密度范围宽，如在赫尔槽2A下，全板镀层均匀 一致；（3）镀液稳定，便于维护，对杂质的容忍性高，对温度 的容忍性高；（4）镀液对覆铜箔板无伤害。,对 镀 铜 液 的 基 本 要 求,硫 酸 盐 酸 性 镀 铜

6、 的 机 理,电极反应标准电极电位阴极：Cu2+2eCu。Cu2+/Cu=+0.34V副反应：Cu2+eCu。Cu2+/Cu=+0.15V Cu+eCu。Cu+/Cu=+0.51V阳极：Cu-2e Cu2+Cu-e Cu+2Cu+1/2O2+2H+2Cu2+H2O 2Cu+2 H2O 2CuOH+2H+2Cu+Cu2+Cu,Cu2O+H2O,副反应,酸 性 镀 铜 液 各 成 分 及 特 性 简介,酸性镀铜液成分 控制范围 硫酸铜（CuSO4)5570g/L 硫酸(H2SO4)80-220g/L 氯离子（Cl-)4080ppm 添加剂 Ar:1.22.0mc Base:3570ml/L,目前

7、Sunit使用此控制范围,酸 性 鍍 銅 液 各 成 分 功 能,CuSO4：主要作用是提供电镀所需Cu2及提高导电能力 H2SO4：主要作用是提高镀液导电性能，提高通孔电镀的均匀性。Cl-：主要作用是帮助阳极溶解，协助改善铜的析出，结晶。添加剂：主要作用是改善均镀和深镀性能，改善镀层结晶细密性。,酸性镀铜液中各成分含量对电镀效果的影响,CuSO4：浓度太低，高电流区镀层易烧焦；浓度太高，镀液分散能力会降低。H2SO4：浓度太低，溶液导电性差，镀液分散能力差。浓度太高，降低Cu2+的迁移率，电流效率反而降低，并对铜 镀层的延伸率不利。Cl-：浓度太低，镀层出现台阶状的粗糙镀层，易出现针孔和烧焦

8、；浓度太高，导致阳极钝化，镀层失去光泽。添加剂：（后面专题介绍）,操 作 条 件 对 酸 性 镀 铜 效 果 的 影 响,空气搅拌管的一般设计理念,镀 铜 的 设 备 及 耗 材,镀铜的设备,中型PCB厂,SUNIT,镀铜的耗材阳极袋及清洗方法：1.用5%(m/m)的的NaOH,浸泡4h；2.排放碱液,清水冲洗；3.用2%(v/v)的的硫酸 浸泡4h；4.排放酸液,清水冲洗。,镀铜的耗材钛篮及清洗方法：1.用5%(m/m)的的NaOH,浸泡4h；2.排放碱液,清水冲洗；3.用2%(v/v)的的硫酸 浸泡4h；4.排放酸液,清水冲洗。,镀铜的耗材磷铜球及清洗方法：1.用2%(v/v)的的硫酸和

9、1%(v/v)的双氧水混合 溶液处理铜球表面；2.用清水冲洗干净，并放 入1%(v/v)的硫酸中储 存备用。,磷 铜 阳 极 材 料 要 求 规 格,主成份Cu:99.9%minP:0.04-0.065%杂质Fe:0.003%max S:0.003%maxPb:0.002%maxSb:0.002%maxNi:0.002%maxAs:0.001%max,目前业界普遍采用小电流电镀维护，来控制槽液内无机杂质,为何不用电解铜或无氧铜作阳极?,铜粉多，阳极泥多；镀层易产生毛刺和粗糙；铜离子浓度逐渐升高，难以控制；添加剂消耗量大；阳极利用率低。,磷 銅 陽 极 的 特 点,通电后磷铜表面形成一层黑色(或

10、棕黑)的薄膜 黑色(或棕黑色)薄膜为Cu3P又称磷铜阳极膜 磷铜阳极膜的作用 阳极膜本身对(Cu+-eCu2+)反应有催化、加速作用，从而 减少Cu+的积累；阳极膜形成后能抑制Cu+的继续产生；阳极膜具有金属导电性；磷铜较纯铜阳极化小(1A/dm2 P0.04-0.065%磷铜的阳极化 比无氧铜低50mv-80mv)不会导致阳极纯化；阳极膜会使微小晶粒从阳级脱落的现象大大减少；阳极膜在一定程度上阻止了铜阳极的过快溶解。,圆形钛篮铜阳极表面积估算方法 dlf/2=3.14 d=钛篮直径 l=钛篮长度 f=系数 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 f

11、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,电 镀 铜 阳 极 表 面 积 估 算 方法,目前SUNIT使用铜球直径与此相近,添加剂对电镀铜工艺的影响,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 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.,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 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

12、所有受镀表面并均一地抑制电沉积；光亮剂(b)吸附于低电流密度区并提高沉积速率；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。,b,b,b,b,b,b,b,cb,cb,c,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,c,c,cb,cb,cb,b,分散能力的计算方法:Throwing Power=*100%,电镀铜溶液的分散能力(Throwing Power),2,1,5,6,4,3,“1、2、3、4、5、6”分别代表图中所示位置的PTH电镀铜(不包含基材铜)。,电 镀 铜 层 的 物 理 特 性,延伸率延伸率一般在10-20%抗张强度通常 3050kg/mm2,电 镀

13、铜 溶 液 的 控 制,赫尔槽试验(Hull Cell Test),阴极-,阳极+,赫尔槽结构示意图,267ml容积AB 53mm BC 105mmCD 133mmDA70mmDE81mm,A,B,C,D,E,F,以下尺寸包含赫尔槽的壁厚。,赫 尔 槽 试 验,赫尔槽试验(Hull Cell Test)参数 电流:2A 时间:10分钟 搅拌:空气搅拌 温度:室温,+,+,+,+,+,+,+,+,燒焦,凹坑,模糊,電流密度,高,低,圖7.2 霍爾槽的板件例子,赫 尔槽 试 验 的 功 能,赫尔槽试验,电 流 密 度 尺,镀 层 的 测 试,延展性（延伸率）,用不锈钢片在镀槽或延展性测试槽镀上2m

14、il 铜片.（最好使用 底片，做出测试片的形状）；再以130oC把铜片烘2小时；用延展性测试机进行测试。,镀层的测试,热冲击测试（热油测试）,1.把串联好的实验板浸渍于2605 的热油中20S；2.在空气中停留10S；3.浸渍在25 的冷油中10S；4.在空气中停留60 S；5.以上为一个Cycle；6.做到一定的Cycle做切片看孔铜是否有断裂。,镀 层 的 测 试,热冲击测试（漂锡）,以120oC烘板4小时；把板浸入288oC铅锡炉10秒；以切片方法检查有否铜断裂。,镀 层 的 测 试,电镀液维护 电镀液会发生成分变化(变质)的。为了调整、恢复原状，需要补充药品。如果有杂质的沉积，就要除掉

15、杂质(再生)，到了不能使用时就要全量或者部分报废，更换新镀液。镀液的再生采用(1)活性碳处理；(2)弱电解(拖缸)处理等。（DUMMY PLATING).补充药品方法有(1)分析补充；(2)从量补充两种。,电 镀 铜 溶 液 的 维 护,电 镀 金 工 艺,金的特性金,元素符号Au,原子量197,密度19.3克/立方厘米,Au+的电化当量2.0436mg/(A*S)，金有极好的延展性，一克重的纯金，可以拉成直径只有0.004毫米、长度为3.5公里的金丝。一盎司（一小两）黄金可作成面积300平方英尺的金泊，厚度只有0.0010.01mm；金具有良好的导电性和良好的化学稳定性。镍的特性镍,元素符号

16、Ni,原子量58,密度8.9克/立方厘米,Ni2+的电化当量0.304mg/(A*S)；镍具有较好的硬度和延展性,镀 金 的 过 程,镀金过程：化学吸附：Au（CN）2-Au（CN）+CN-电荷转移：Au（CN）+e-Au（CN）-阴极结晶：Au（CN）-Au+CN-。Au+/Au=+1.7V,镀 镍 的 机 理,NiSO4：NiSO4 Ni2+SO42-NiCl2：NiCl2 Ni2+Cl-Ni阳极：Ni Ni2+2e-阴极结晶：Ni2+2e-Ni。Ni2+/Ni=-0.246V,电 镀 金 工 艺 的 功 能,电镀金层的作用以防止铜层氧化,增加线路板的寿命；增加线路的硬度、耐磨性、导电性。

17、电镀镍层的作用主要目的是阻止金与铜原子之间的相互扩散；镍的硬度及延展性对FPCB也有不错的效果。,对 金 层 的 基 本 要 求,（1）镀层均匀、细致、平整、无麻点、无针孔，有良好外 观的光亮镀层；（2）镀层要和底层金属有一定的结合力，3M胶带测试时，无脱层现象，在后续的工程中，不会出现损金；（3）镀层导电性好；（4）镀层的疏孔性好。,镀 镍 的 操 作 条 件,闪 金 的 操 作 条 件,闪金中各成分含量对电镀效果的影响,金属金：0.5g/L以下的场合，有密着不良的可能，色调变白；1.5g/L以上的场合，带出量增大，色调变红；PH：3.5以下的场合，电镀的镀着均匀性低下；4.0以上的场合，有

18、付着不良的可能；比重：10 Be以下的场合，有付着不良的可能；15 Be以上的场合，有付着不良的可能；温度：45度以下的场合，电镀的镀着均匀性低下；55度以上的场合，有付着不良的可能；有机不纯物：付着不良及在加厚电镀时会电镀液的渗出。,软金的操作条件,软 金 的 操 作 条 件,金属金：6g/L以下的场合，限界电流密度低下；10g/L以上的场合，带出量增大；PH：6.0以下的场合，容易引起金络合物的分解；7.5以上的场合，有均一电着性恶化的可能；比重：14 Be以下的场合，析出效率低下，限界电流密度低下；25 Be以上的场合，有均一电着性恶化的可能，降温 时会有盐析出；温度：50度以下的场合，

19、析出外观带红色；70度以上的场合，PH变动较大；有机不纯物：析出效率减低，耐热性和可焊性下降。,软金中各成分含量对电镀效果的影响,硬金的操作条件,硬 金 的 操 作 条 件,金属金：1.5g/L以下的场合，析出效率降低，色调微红；4.0g/L以上的场合，带出量增大；钴含量：0.05g/L以下的场合光泽度不好；0.25g/L以上的场合，色调呈红色 PH：3.6以下的场合，析出效率降低；4.2以上的场合，光泽性不好；比重：8Be以下的场合，析出效率降低，厚度不均增大；15 Be以上的场合，槽液寿命缩短；温度：35度以下的场合，析出效率降低；45度以上的场合，光泽性不好；有机不纯物：析出效率和光泽度

20、下降、色调不均、耐腐蚀性 下降。,硬金中各成分含量对电镀效果的影响,镀 金 的 设 备 及 耗 材,镀金前处理线,镀金线,镀金的设备,镀 金 的 设 备 及 耗 材,镀金的设备,金回收槽,镀金的耗材阳极及清洗方法：1.将的阳极放入已经配好的30-40%的硝酸aq中；2.浸泡1-2h，并用抹布轻轻擦洗；3.将用硝酸清洗好的阳极先用自来水冲洗残留的硝酸；4.再用纯水清洗干净，待用；,镀 层 的 测 试,疏孔度测试：（耐硝酸蒸汽测试）,1.取HNO370 1%约300ml缓慢加入400ml的烧杯中；2.将烧杯放入玻璃干燥器（300 5min）使干燥器内充满HNO3蒸 汽，并保持温度在23 2，湿度1

21、0%RH以下；3.把样品整齐叠放于烧杯口（每次不超过3pcs）持续75 10min；4.取出样品，立即放入125 5 烘箱内烘烤10-15min；5.取出样品置于另一干燥器内冷却至室温，并在1h内做疏孔度评估。,评估方法：,1.圆形PAD内环半径（R）20mil不列入计算范围之内；2.方形PAD的上下方 20mil不列入计算范围之内；3.被硝酸攻击后的铜层是青色,镍层是绿色。,镀 层 的 测 试,3M胶带测试,1.把被测试的样品固定好；2.在要测试的地方贴上测试用的3M胶带，并把胶带贴牢固；3.撕开胶带，看胶带上是否粘有金。,镀 层 的 测 试,硬度测试,1.取测试之样品；2.用显微硬度仪进行

22、测试；3.为减小误差，要求镀层在1m以上。,金 液 的 维 护,在实际作业中金离子的浓度会随着生产的进行而降低，要及时补充金离子，避免金离子过度消耗，造成镀金厚度的不足；金液有来自多方面的有机污染，要定期给金槽做活性炭处理。,11.你什么时候放下，什么时候就没有烦恼。11.人生舞台的大幕随时都可能拉开，关键是你愿意表演，还是选择躲避。10.人生，不是一成不变的，生活，不是固定不变的。得意时不要炫耀，失意时不要气馁，给别人一点真诚，给自己一份信心。做人重要的是学会宽容，不要刻意地笑话别人，或许今天你是欢乐的，明天会是失落的，人生多变，包容不变。11.失去金钱的人损失甚少，失去健康的人损失极多，失

23、去勇气的人损失一切。4.最重要的就是不要去看远方模糊的，而要做手边清楚的事。5.只有经历过地狱般的折磨，才有征服天堂的力量，只有流过血的手指，才能弹出世间的绝唱。16、如果你希望成功，以恒心为良友，以经验为参谋，以小心为兄弟，以希望为哨兵。12.原以为“得不到”和“已失去”是最珍贵的，可原来把握眼前才是最重要的。8.只有不断找寻机会的人才会及时把握机会。6.人性最可怜的就是：我们总是梦想着天边的一座奇妙的玫瑰园，而不去欣赏今天就开在我们窗口的玫瑰。12.梦中冥冥有乐趣，觉后空空无大千。15.没有天生的信心，只有不断培养的信心。10.活着一天，就是有福气，就该珍惜。当我哭泣我没有鞋子穿的时候，我发现有人却没有脚。3.积极向上是所以成功者的特质。13.暗恋只是一个人的独角戏，却在心里演了一幕又一幕。就像林夕说的那句话一样：他可能没有做过什么，也可能不小心做多了些什么，却无辜地被你大爱了一场。13.顾客后还有顾客，服务的开始才是销售的开始。2.很多时候，生活不会是一副完美的样子，能完美的不是人生，想完美的是人心。但平凡的人有平凡的心，拥有平凡的渴望和平凡的心情，用平凡淡然拼凑永恒的日子。真实而简单的活着，才是最真，最美，最快乐的事情。,