印制电路板化学沉铜详解（四）.doc

1、深圳金百泽电子科技股份有限公司（）成立于 1997 年，是线路板行业十强企业，总部设在深圳，研发和生产分布在深圳、惠州和西安等地，为客户提供产品研发的 PCB 设计、 PCB 快速制造、 SMT 加工、组装与测试及硬件集成等垂直整合解决方案，是国内最具特色的电子制造服务提供商。电话：0755-26546699-223印制电路板化学沉铜详解（四）假若不经过加速处理，化学铜槽内的沉积反应会减慢，同时也可能冒着这样的风险：一些疏松吸附在板面孔壁的胶体钯活性颗粒会污染沉铜液，造成槽液的稳定性变差甚至分解。同时氢氧化亚锡会在活化的水洗过程中形成（正如我们在水洗槽中看到的混浊的状况）会覆盖在活性的钯颗粒上

2、，遮蔽钯颗粒并影响它的活性。氢氧化亚锡在水溶液呈明胶状，覆盖住钯活性颗粒。加速的目的也是为了溶解这些亚锡的化合污染物，使之从钯活性颗粒上去除。一些亚锡被去除同时一些附着不良的钯活性颗粒也会被速化在加速液中。加速后的活性颗粒具有更强的活性，可以快速的诱发化学铜的沉积。大多数加速也是酸性的，可以溶解在活化和加速之间水洗过程中产生的铜的氧化物。一般情况下，当加速液中的铜含量达到 1 克/升则需要及时更换。加速液通常都是由一些可溶解锡的化学药品组成，正因为如此，所以要注意生产工件不能再此溶液中停留过长时间。在极端的条件下，加速过度，槽液在溶解锡时，也会从底部将钯颗粒从孔壁板面上速化掉，这样会使这些表面

3、失去活性颗粒。另外，一般的加速液都是以含氟的化合物为原料的，尽管可能氟的含量很低。氟离子的存在会攻击孔壁中的玻璃纤维，继而使吸附玻璃纤维上的钯活性颗粒除掉，这样可能会造成电镀铜后玻纤断面处的镀层空洞（又叫截点） 。一些加速液可能会含有还原剂，可以吸附在生产板表面内带入沉铜槽与活化钯颗粒一起快速启动无电铜的沉积反应。我们花费大量的时间讨论前处理而非化学铜本身，原因是为了保证化学铜的沉积，许多处理步骤都要小心的执行。化学铜是化学铜制程的最终结果，正是因为如此，一些意想不到的结果的发生，往往是由于许多无法控制的因素造成。包括附表一也是我们讨论的生产工艺简图。 无电铜槽/化学铜槽/沉铜槽 槽液的组成：

4、 1 铜盐 2 还原剂（甲醛） 3络合剂（EDTA,QUADROL,TART 等） 4 稳定剂， 5 光泽剂等 6 润湿剂化学铜：甲醛和氢氧根离子为金属铜的沉积提供了化学还原力。沉积反应必须由吸附生产板件表面的催化颗粒诱发而启动，这就是我们为什麽一定要经过活化处理的原因。深圳金百泽电子科技股份有限公司（）成立于 1997 年，是线路板行业十强企业，总部设在深圳，研发和生产分布在深圳、惠州和西安等地，为客户提供产品研发的 PCB 设计、 PCB 快速制造、 SMT 加工、组装与测试及硬件集成等垂直整合解决方案，是国内最具特色的电子制造服务提供商。电话：0755-26546699-223化学铜的化

5、学反应： Cu2+(CHEL)+2HCHO+4OH-Cu0+2HCOO-+(CHEL)x+2H2O+H2反应之所被称为可以自身催化的氧化还原反应，是因为诱发后的新生成的铜原子和氢原子，可以继续作为催化剂促使反应的继续进行。也就是说，假若我们将一片干净的铜片放入槽液，并不会有反应发生。沉积反应只会在活化后的铜面上或者有其他的活化基材在该铜片附近反应并释放出氢气继而引发该铜片的反应进行。假如板件经活化后，放入无电铜槽而没有镀层沉积，最大的可能是表面氧化了。活化或催化引发了这个反应。附录二将会对化学铜反应有一个简要的概括。沉积条件 1低速沉铜液 室温 1- 2 微英寸/分钟 2高速沉铜液 室温 21

6、-32 度（70-90F） 2-6 微英寸/分钟 3高速沉铜液高温 38-60 度（100-140F） 2-6 微英寸/分钟 选择何种沉铜液主要考虑以下因素：如果我们只是为化学镀后的电镀全板铜的原因或沉铜后电镀 0。1-0。3mil 的电镀铜以保证板子在经过后续图形转移和图形电镀通孔仍保持孔铜覆盖率（例如在一些贵重得多层板生产加工中）无电铜的厚度最低只需要 10-20 微英寸即可。易于控制的低速化铜槽将会是最好的选择。由于一些经济成本方面和功能性的原因，印刷线路板的发展趋势更倾向于舍弃全板电镀而采用图形电镀，也趋向于改进或改革一些工艺。在图形转移前在化学铜层上闪镀（快速电镀）一层电镀铜并通过在

7、图形转移后和图形电镀前选择合适的清洗/除油，一定厚度和完整的化学铜镀层也可耐受住清洗液的攻击，这样只要单独的无电铜也可达到令人满意的效果。假若不需清洗/除油或清洗/除油对化学铜的攻击非常小，那末相对较薄的化学铜层也就可以满足要求（20-40 微英寸） ；如果刻意追求高产能的话，高速化铜也可作为选择。如果在图形转移后和图形电镀前需要较强的清洗/除油和化学品，那麽沉积更厚的化学铜将是必需的，以保证镀层在经过清洗/除油后还可以保证其良好的完整覆盖性。这种情况下，化学铜的厚度一般要求在60-100 微英寸。出于时间效率方面考虑，高速沉铜将是不错的选择。对于高速沉铜来讲，高温型化铜变得越来越普遍。它的槽

8、液的增加量（一些药水必需的补充添加）是最小的，因为高温槽液水分的蒸发，同时也可相对经济维持在一个较为恒定的温度，而温度对于沉积速率影响极大。在加温型槽液中只需要加温。但对于室温型高速槽液来讲，在我国的大部分地区的一年四季中，不仅需要加温，同时也需要冷却来保持相对恒定的槽液温度。假若我们想抛弃闪镀铜工艺，在选择商业化的化铜液时，化学铜层的物理结构也会是我们考虑的一个深圳金百泽电子科技股份有限公司（）成立于 1997 年，是线路板行业十强企业，总部设在深圳，研发和生产分布在深圳、惠州和西安等地，为客户提供产品研发的 PCB 设计、 PCB 快速制造、 SMT 加工、组装与测试及硬件集成等垂直整合解

9、决方案，是国内最具特色的电子制造服务提供商。电话：0755-26546699-223方面，因为大家知道，化学铜和电镀铜的镀层结晶结构是不一样的，如下事实可以说明这种情况：化学铜的密度大约比电镀小约 2-5%; 相同厚度的化学铜层和电镀铜层，化学铜层溶解的较快，显示化学铜层的结构相对较为疏松；因此，假若 60 微英寸的厚度的电镀铜层能够耐受的清洗/除油溶液的攻击，而对于化学铜来讲，则需要 100 微英寸。但是化学铜相对来讲则更为经济。当然单纯的比率不是最佳选择的决定条件。另外一个影响我们对化学铜选择的因素就是槽液的有效寿命所有的化学铜在生产的过程中对会产生副产物。所有的化学铜槽都需要在生产过程中

10、不停地添加补充铜离子，甲醛，氢氧化钠和其他必需的原料（取决所用槽液的类型） 。这些补充物料有些是可以共存的，有些也许是不可以共存的，有些是根本无法共存的。多数情况下，铜离子和甲醛配制在一个浓缩液中，而氢氧化钠则在另一个浓缩液中。通常情况下，槽液需要掏出部分废液，以便于及时补充新液。而淘出量的多少取决于补充液的浓度和槽液的操作温度。假若不及时掏出废液，槽液中的副产物会快速增加，大大降低槽液的寿命。假如掏出量恰当，槽液中的副产物的产生就不会有明显增加，槽液的寿命也就会相对较长些。无论我们是否连续掏出整个槽液或者部分槽液甚至极少掏出槽液这取决于长期一段时期内的总掏出量，槽液操作及其本身特点和一段长期

11、时间内的沉积的状况。每个槽液都有一个所谓基于沉积一定厚度的镀层所付出的成本方面的“收支平衡点”的考虑。其中开缸成本也被槽液的使用过程逐步的分解承担，当然也包括一些随着槽液老化而带来的不良成本（随着沉积时间的延续，槽液老化带来的空内无铜及其他的不良问题产生的机会都大大增加等） 。如何保持槽液运作在“收支平衡点”以上是基本的但并不是经济的。温度控制对化学铜来说，可能是一个非常重要的物理参数，它直接影响到对沉积速率的控制和沉积层的质量，也是大家经常提到的可能最为关心的参数。无论哪种化学铜槽的化学反应都是在一定的温度范围内进行的。低温型槽液一般具有较为宽广的操作温度范围。低于最低温度，所有的槽液都不能

12、充分的启动，结果可能造成孔内无铜的大量产生。高于某一个设定温度，沉积速率加快，超过一定速度，镀层质量开始下降，同时一些副反应加剧并成为主要的化学反应，最终导致槽液稳定性降低。加强对无电铜槽液温度控制是极为重要的。 需要关注的一些物理操作参数和项目： 空气搅拌 循环深圳金百泽电子科技股份有限公司（）成立于 1997 年，是线路板行业十强企业，总部设在深圳，研发和生产分布在深圳、惠州和西安等地，为客户提供产品研发的 PCB 设计、 PCB 快速制造、 SMT 加工、组装与测试及硬件集成等垂直整合解决方案，是国内最具特色的电子制造服务提供商。电话：0755-26546699-223过滤 槽液负载 2

13、.过滤:对与薄铜来讲，使用 1 微米的 PP 滤芯进行每天一次至少每周一的定期过滤是必要的，主要是滤去槽液中悬浮的活性的铜微粒。当然，连续的溢流过滤会更好，但也不是要求一定要。对于高速化学铜槽液来讲，采用 10-25 微米的 PP 滤芯进行连续过滤是非常需要的。 溢流过滤简介如下：一般槽液从反应槽溢流出来经过过滤袋后进入辅助槽，再从辅助槽内用泵打入到反应槽内。反应产生大量高活性氢气，副反应产生的一些铜颗粒悬浮在槽液内液较为突出，相比低速槽，高速化学铜更需要连续过滤。一些需要控制的项目和物理参数： 1。槽液负载量：1-1.5 平方英尺/加仑 2。机械摆动/摇摆 穿孔方向的摇摆3。挂篮或挂具的材质

14、:不锈钢 316 4。槽体：定期的清理/清洗 1。槽液的负载量浓缩液的补充量一般与槽液在一定温度下的平均负载量有关（单位槽体积所能够处理的工件的表面积）。在一定的温度和时间作用下，一些副反应特别是甲醛和氢氧化钠之间的副反应会在特定的温度下按照一定的速率进行。双液型的浓缩液按一定的比率补充铜含量是根据设定的槽液负载来添加的。当槽液中的板面积低于供应商给定的负载量时，我们会发现槽液中甲醛和氢氧化钠的浓度降低，需要额外补充。假若槽液中板面积超过供应商给定的数据，甲醛和氢氧化钠的含量会随着时间而逐渐升高。同时，早一些高温槽中，当槽液的负载量较低时，槽液的蒸发量可能会超过了槽液的补充添加量，槽液的体积会

15、随时间慢慢减少，可能需要另外补充纯水。一般情况下，化学铜槽液的负载量一般在 1-1.5 平方英尺/加仑工作液,如上所述最适的负载量也是基于如上考虑的. 4.机械摇摆:一般说法是在化学铜槽液中穿孔方向的摇摆可及时更新孔内和反应区域内的槽液,帮助去除沉积过程中产生而吸附在工件上的氢气.当然要注意板子之间不可以互相碰撞,也不可以接触槽壁以及其他设备和鼓气管等.当活化后的生产板件进入槽内,她表面的活性粒子可能会污染/沾附在其他表面上,从而使其它表面也具有了催化活性,继而在其表面发生化学铜反应并沉积铜层.深圳金百泽电子科技股份有限公司（）成立于 1997 年，是线路板行业十强企业，总部设在深圳，研发和生

16、产分布在深圳、惠州和西安等地，为客户提供产品研发的 PCB 设计、 PCB 快速制造、 SMT 加工、组装与测试及硬件集成等垂直整合解决方案，是国内最具特色的电子制造服务提供商。电话：0755-26546699-2235.挂具的材质无电铜挂具一般都采用不锈钢 316 制作.化学铜会沉积在挂具材料上.我们希望的是沉积在挂具上的化铜具有一定的结合力而不至于脱落在槽液中而继续反应.插入式挂具如塑料(PVC)或铁弗龙 TEFLON 在吸附一些活化剂后最终也会沉积上铜，但是结合力疏松，铜皮经常会脱落掉入到槽液内。6槽体的清洁/清洗每个槽子始终都会有化学铜析出在槽壁上（槽底，槽壁，溢流口等） ，因为一些活化剂带入污染和槽液中一些悬浮活性粒子的沉淀。正因为如此，槽体需要定期彻底的清洁和清洗以除去析出的化铜，特别是过滤泵也要做必要的清洁清理工作，然后再将槽液倒回到干净镀槽中。 （也就是所谓的翻/倒槽） 。