微电子毕业论文印制电路板生产中电镀铜工艺及常见故障分析.doc

信息职业技术学院毕业设计论文说明书作者学号系部微电子工程系专业电子电路设计与工艺题目印制电路板生产中电镀铜工艺及常见故障分析指导教师评阅教师完成时间年月日题目印制电路板生产中电镀铜工艺及常见故障分析摘要镀铜层在空气中极易被氧化而失去光泽铜柔软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良好的结合力因此铜可以作为很多金属电沉积的底层镀铜在印制板制作过程中占有重要位置印制电路板镀铜包括化学镀铜和电镀铜其中电镀铜是制作中的一个重要工艺文章主要介绍电镀铜的工艺技术应注意的操作技术问题和一些常见故障的产生原因和处理方法关键词印制电路板电镀铜分析目录绪论电镀铜工艺电镀铜的作用和目的镀液中各成分作用镀液的配置镀液的维护浸酸全板电镀图形电镀孔金属化酸性除油微蚀电镀铜工艺的常见故障镀层发花或发雾镀层粗糙镀铜层上有麻点镀铜层上有条纹镀铜层光亮整平性不足结论致谢参考文献绪论印制板镀铜在我国已有三十余年的历史镀铜技术也在日益成熟和完善镀铜溶液有多种类型如硫酸盐型焦磷酸盐型氟硼酸盐型以及氰化物型目前比较常用的是硫酸盐型因为硫酸盐型镀液可以获得均匀细致柔软的镀层并且镀液成分简单分散能力和深镀能力好电流效率高沉积速度快污水处理简单等优点硫酸盐型镀铜液分为两种一种是用于零件电镀的普通硫酸盐镀铜液一种是用于印制板电镀的高分散能力的镀铜液这种镀液具有高酸低铜的特点因而有很高的导电性和很好的分散能力和深镀能力华远电子科技有限公司用的就是酸性硫酸盐镀液下面就以此为例介绍电镀铜的工艺技术和常见问题的处理方法电镀铜工艺电镀铜的作用和目的在印制板过程中铜镀层有两种作用一种是全板电镀铜保护刚刚沉积的薄薄化学铜防止化学铜氧化后被酸浸蚀掉通过电镀将其加厚到一定的厚度通常为也叫一次铜另一种是图形电镀铜将孔铜和线路铜加厚到一定厚度或作为镍的底层通常厚度为也叫二次铜镀液中各成分作用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阳极上获得电子沉积出铜镀层硫酸铜浓度控制在克升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硫酸硫酸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亮范围缩小硫酸浓度太高虽然镀液分散能力较好但镀层的延展性会降低硫酸浓度以克升为宜氯离子氯离子是阳极活化剂又是镀层的应力消除剂氯离子可以帮助阳极溶解并且和添加剂协同作用使镀层光亮平整还可以降低镀层的张应力氯离子浓度太低镀层无光泽并出现台阶状粗糙镀层易出现针孔和烧焦氯离子浓度过高导致阳极钝化使阳极产生一层白色膜且放出大量气泡电极效率大大降低氯离子可控制在正常操作时需随时注意氯离子的浓度氯离子浓度正常则磷铜阳极上有一层均匀的黑色膜镀液的配置镀液的配置方法主要如下所示以的溶液注入镀槽开启过滤机和空气搅拌将此液加温到保持小时然后用清水冲洗再注入硫酸同样开启过滤机和空气搅拌小时用清水冲洗干净同时检查过滤机及搅拌系统是否配置得当备用槽也同样清洗干净在备用槽内注入所配溶液体积的蒸馏水或去离子水在搅拌下缓慢加入计量的硫酸借助于溶解所放出的热量加入计量的硫酸铜搅拌使全部溶解注意温度不要超过加入毫升升搅拌小时升温至保温小时以赶走多余的双氧水加入克升活性炭搅拌小时静止小时后过滤直至溶液中没有碳粉为止将溶液转至渡槽加入计量的盐酸加入计量的添加剂加蒸馏水或去离子水至所需体积放入预先准备好的阳极以安培每分米阳极电流密度进行电解处理使阳极形成一层致密的黑色薄膜大约小时以后可以投入使用配置镀液时如果使用高质量的硫酸铜也可以省去步镀液的维护镀液需要良好的维护才能保证镀层质量的稳定定期分析调整镀液中的硫酸铜硫酸和氯离子的浓度使之经常处于最佳状态镀液的分析周期可根据生产量大小来决定一般每周至少分析调整一次若生产量大的几乎每天都要分析调整增加毫克升的氯离子可以加入毫升升的试剂级盐酸添加剂的补充在电镀的过程中添加剂不断消耗可以根据安时数按供应商提供的添加量进行补充但还要考虑镀件携带的损失适当增加经常进行赫尔槽试片的检查也是确定镀液中添加剂含量是否正常的方法根据赫尔槽试片调整的结果补加光剂就比较客观和可靠定期用活性碳处理在电镀过程中添加剂要分解同时干膜或抗电镀油墨分解物及板材溶出物等都会对镀液构成污染因此要定期用活性碳净化一般每年至少用活性碳处理一次处理步骤如下将镀液转至一个经清洗的备用槽中将温度升至边搅拌边加入毫升升在下充分搅拌溶液小时升温至继续搅拌小时以上将镀液冷却至以下加克升活性碳细粉搅拌小时关闭搅拌让溶液沉降此时可适当取小样做赫尔槽实验如果在整个电流密度范围内无光泽可进行过滤注意一定要把活性碳过滤干净溶液回滤到电镀槽后根据赫尔槽实验加入光亮剂以电流密度空镀约小时是阳极长膜并加入开缸量的添加剂进行试镀浸酸浸酸作用与目的除去板面氧化物活化板面一般浓度在有的保持在左右主要是防止水分带入造成槽液硫酸含量不稳定时间不宜太长防止板面氧化在使用一段时间后酸液出现浑浊或铜含量太高时应及时更换防止污染电镀铜缸和板件表面浸酸用的硫酸一般选用级硫酸全板电镀全板电镀铜又叫一次铜或者称为板电其作用与目的是保护刚刚沉积的薄薄的化学铜防止化学铜氧化后被酸浸蚀掉通过电镀将其加后到一定程度全板电镀铜相关工艺参数槽液主要成分有硫酸铜和硫酸采用高酸低铜配方保证电镀时板面厚度分布的均匀性和对深孔小孔的深镀能力硫酸含量多在克升多者达到克升硫酸铜含量一般在克升左右另槽液中添加有微量的氯离子作为辅助光泽剂和铜光剂共同发挥光泽效果铜光剂的添加量或开缸量一般在铜光剂的添加一般按照千安小时的方法来补充或者根据实际生产板效果全板电镀的电流计算一般按乘以板上可电镀面积对全板电来说以即板长板宽铜缸温度维持在室温状态一般温度不超过度多控制在度因此在夏季因温度太高铜缸建议加装冷却温控系统每日根据千安小时来及时补充铜光剂按补充添加检查过滤泵是否工作正常有无漏气现象每隔小时应用干净的湿抹布将阴极导电杆擦洗干净每周要定期分析铜缸硫酸铜次周硫酸次周氯离子次周含量并通过霍尔槽试验来调整光剂含量并及时补充相关原料每周要清洗阳极导电杆槽体两端电接头及时补充钛篮中的阳极铜球用低电流电解小时每月应检查阳极的钛篮袋有无破损破损者应及时更换并检查阳极钛篮底部是否堆积有阳极泥如有应及时清理干净并用碳芯连续过滤小时同时低电流电解除杂每半年左右具体根据槽液污染状况决定是否需要大处理活性炭粉每两周要更换过滤泵的滤芯全板电镀如果需要大处理程序就应该进行如下所示的操作取出阳极将阳极倒出清洗阳极表面阳极膜然后放在包装铜阳极的桶内用微蚀剂粗化铜角表面至均匀粉红色即可水洗冲干后装入钛篮内方入酸槽内备用将阳极钛篮和阳极袋放入碱液浸泡小时水洗冲干再用稀硫酸浸泡水洗冲干后备用将槽液转移到备用槽内加入的的双氧水开始加温待温度加到度左右打开空气搅拌保温空气搅拌小时关掉空气搅拌按克升将活性碳粉缓慢溶解到槽液中待溶解彻底后打开空气搅拌如此保温小时关掉空气搅拌加温让活性碳粉慢慢沉淀至槽底待温度降至度左右用的滤芯加助滤粉过滤槽液至清洗干净的工作槽内打开空气搅拌放入阳极挂入电解板按电流密度低电流电解小时经化验分析调整槽中的硫酸硫酸铜氯离子含量至正常操作范围内根据霍尔槽试验结果补充光剂待电解板板面颜色均匀后即可停止电解然后按的电流密度进行电解生膜处理小时待阳极上生成一层均匀致密附着力良好的黑色磷膜即可试镀可行即可图形电镀图形电镀也称二次镀铜线路镀铜等为满足各线路额定的电流负载要求各线路和孔铜镀铜后需要达到一定的厚度而图形线路镀铜的目的就是及时将孔铜和线路铜加厚到一定的厚度图形电镀是采取把线路图形之外部分掩蔽而对线路图形进行电镀铜层加厚但在制造比较复杂的电路板中常常将全板电镀与图形线路电镀结合起来同时使用图形电镀铜的工艺和参数基本上与全板电镀相同孔金属化孔金属化是为印制板中绝缘孔壁上镀一层铜使层间实现电连接而金属化孔的质量与印制板电镀铜高质量有很重要的关系包括化学镀铜电镀铜和去环氧腻污工艺化学镀铜为绝缘的孔壁镀上一层薄导电铜层该导电层必须均匀连续无针孔这样才能使随后的全板电镀铜满足要求获得质量好的化学镀铜层的关键是采用性能好又是用户信得过的化学镀铜溶液体系严格控制工艺参数确保化学镀铜溶液和前处理溶液处于最佳工作状态可以有效地防止化镀铜层出现空洞如图所示图孔破图电镀铜在图形电镀工艺中包括全板镀铜和图形电镀铜高质量的电镀铜就能确保高质量的金属化孔如图和图所示图二铜孔破图一铜孔破酸性除油酸性除油的目的与作用除去线路铜面上的氧化物油墨残膜余胶保证一次铜与图形电镀铜或镍之间的结合力使用酸性除油剂为何不是用碱性除油剂且碱性除油剂除油效果较酸性除油剂更好主要因为图形油墨不耐碱会损坏图形线路故图形电镀前只能使用酸性除油剂生产时只需控制除油剂浓度和时间即可除油剂浓度在左右时间保证在分钟时间稍长不会有不良影响槽液使用更换也是按照平米升工作液补充添加按照平米微蚀微蚀的目的与作用清洁粗化线路铜面确保图形电镀铜与一次铜之间的结合力微蚀剂多采用过硫酸钠粗化速率稳定均匀水洗性较好过硫酸钠浓度一般控制在克升左右时间控制在秒左右药品添加按平米公斤铜含量控制在克升以下其他维护换缸均同沉铜微蚀电镀铜工艺的常见故障硫酸铜电镀在线路板制作中占着极为重要的地位硫酸铜电镀的好坏直接影响电镀铜层的质量和相关机械性能并对后续加工产生一定影响因此控制好硫酸铜电镀的质量是线路制作电镀中重要的一环在硫酸铜电镀中一般要注意以下几个问题镀层发花或发雾出现故障的原因是镀前处理不良零件表面有油清水洗或镀液中有油污铜阳极面积太小或太短镀液中聚二硫二丙烷磺酸钠光亮剂太多在含有十二烷基磺酸钠的镀铜液中其含量过低也会导致镀铜层出现发花现象镀液中含铁杂质高也会引起镀铜层发花等排除此类故障的方法有加强镀前处理清除清水洗和镀液表面油污增加铜阳极面积和长度适当稀释镀液和调整镀液中光亮剂比例向镀液中加入十二烷基硫酸钠用稀释镀液的方法来降低镀液中铁杂质的含量稀释后再补充其他成分镀层粗糙出项故障的原因是镀液添加剂失调镀液太脏含量太少电流过大有机物分解过多等排除此类故障的方法有哈氏槽实验确定其添加量连续过滤镀液通过分析调整含量调整电流到适当值做活性碳处理镀铜层上有针孔麻点出现故障的原因可能有搅拌不均匀镀液有油污镀液太脏等排除此类故障的方法有调整加强搅拌活性碳处理加强过滤镀铜层上有条纹出现此类故障的原因有预镀镍溶液中有胶类杂质使预镀镍层产生条纹从而使镀铜层反映出条纹镀铜液中过多光亮剂或四氧噻唑硫酮过多镀液中硫酸铜含量过低等排除这类故障的措施有加强预镀液管理或镀前处理取一些铜零件或铜片手工擦刷除油和活化后跳跃预镀镍槽直接进入光亮硫酸盐镀铜液中电镀如果镀铜层上没有条纹了说明光亮镀铜液没有问题应该从预镀镍液或镀前处理中找原因向镀液中补充光亮剂或四氢噻唑硫酮后出现光亮的树枝状条纹是由于光亮剂或四氢噻唑硫酮过量引起的这时可向镀液中加入适量的双氧水一般加的双氧水再加入适量的聚二硫二丙烷磺酸钠进行调整或者电解一段时间就可消除控制镀铜液中含量发现含量过多必须进行除处理分析控制镀液中硫酸铜含量在工艺规范内镀层与基体结合力差出现此类故障的原因有镀前粗化不良贴膜显影后产生余胶镀前基体不清洁有油污等排除这类故障的措施有加强粗化处理调整或更换粗化液加强显影工艺加强板子清洁处理镀液分散能力差深孔小孔浸镀差出现此类故障的原因有硫酸含量低铜离子过高金属杂质影响光亮剂含量不当等排除这类故障的措施有增加量使在规定值稀释镀液使在规定值小电流电解处理霍尔槽实验确定其添加量镀铜层光亮整平性不足实际上这是酸性镀亮铜的一个大故障引起的原因很多主要有镀液中光亮剂不足或光亮剂过多光亮剂比例失调镀液中氯离子含量不当硫酸铜含量高硫酸含量高有机杂质多镀液温度太高等排除这类故障的措施有凭霍尔槽试验或看工件状况控制镀液中光亮剂消耗比例控制镀液中的氯离子的含量若怀疑出现故障是镀液中氯离子的原因要先试验确认切不可盲目在大槽中补加盐酸等调整控制镀液中硫酸铜和硫酸的含量也非常重要而且他们又与阳极溶解以及阳极含磷量有关还有通过严格控制镀铜液温度保持镀液干净加强镀液过滤等措施消除一些酸性电镀铜故障结论通过电镀可以改变固体材料的表面特性改善外观提高耐蚀性能抗磨损减磨以及其他性能随着我国社会主义市场经济的发展黑色金属有色金属及非金属材料零件的数量将会不断增加对表面性能的要求也越来越高铜可以作为很多金属电沉积的底层镀铜在印制板制作过程中占有重要位置本文主要介绍电镀铜的工艺技术应注意的操作技术问题和一些常见故障的产生原因和处理方法以便更好的解决镀层的致密性和均匀性致谢在论文的完成过程中陈和祥老师在论文的选题修改以及论文的实验过程中给予了我悉心的指点和无私的帮助同时感谢宁波华远电子科技有限公司提供的实验条件和公司同事的关心与支持参考文献金鸿陈森印制电路技术北京化学工业出版社李雪春印制电路板的电镀铜工艺印制电路信息林其水电镀铜工艺和常见问题的处理印制电路信息朱立群实用电镀故障分析与处理技术北京国防工业出版社