PCB沉铜讲义

沉铜讲义

一、沉铜目的：

沉铜的目的是利用化学反应原理在孔壁上沉积一层0.3um-0.5um的铜，使原本绝缘的孔壁具有导电性，便于后续板面电镀及图形电镀的顺利进行，从而完成PCB电路网络间的电性互通。

二、沉铜原理：

利用甲醛在强碱性环境中所具有的还原性并在Pd作用下而使Cu2+被还原成铜。

Cu2++2HCHO+4OH- Cu+2HCOO-+2H2O+H2↑

三、工艺流程：

粗磨→膨胀→除胶渣→三级水洗→中和→二级水洗→除油→稀酸洗→二级水洗→微蚀→预浸→活化→二级水洗→加速→一级水洗→沉铜→二级水洗→板面电镀→幼磨→铜检

四、工艺简介：

1. 粗磨：

目的是除去板面氧化、油污等杂质，清除孔口披锋及孔中的树脂粉尘等杂物。

2. 膨胀：

因基材树脂为高分子化合物，分子间结合力很强，为了使钻污树脂被有效地除去，通过膨

胀处理使其膨松软化，从而便于MnO

4

-离子的浸入，使长碳链裂解而达到除胶的目的。

3. 除胶：

使孔壁环氧树脂表面产生微观上的粗糙，以提高孔壁与化学铜之间的接合力，并可提高孔

壁对活化液的吸附量，其原理是利用KMnO

4

在碱性环境中强氧化性的特性将孔壁表面树脂氧化分解。

①反应机理：4MnO

4-+C（树脂）+4OH-→MnO

4

2-+CO

2

↑+2H

2

O

②副反应：2MnO

4-+2OH-→2MnO

4

2-+1/2O

2

+H

2

O

MnO

4-+H

2

O→MnO

2

↓+2OH-+1/2O

2

③高锰钾的再生：要提高高锰钾工作液的使用效率，必须考虑将溶液中的MnO

42-再生转变为

Pd Cu

MnO

4-，从而避免MnO

4

2-的大量产生，目前我司采用的电解再生法，再生机理为：MnO

4

2-+e→

MnO

4

-。

4. 中和：

经碱性KMnO

4处理后的板，在板面及孔内带有大量的MnO

4

-、MnO

4

2-、M

n

O

2

等药水残留物，因

MnO

4

-本身具有极强的氧化性，对后工序的除油剂及活化性是一种毒物，故除胶后的板必须

经中和处理将MnO

4-进行还原，以消除它的强氧化性。还原中和常用H

2

O

2

-H

2

SO

4

还原体等或

其它还原剂的酸性溶液：

MnO

4-+H

2

O

2

+H+→MnO

4

2-+O

2

↑+H

2

O

MnO4-+R+H+→MnO

42-+H

2

O

有时为了对孔壁上的玻璃纤维进行蚀刻和粗化作用，在中和槽中加入NH

4HF+H

2

SO

4

作为玻璃

蚀刻工艺。

5. 除油：

化学镀铜时，在孔壁和铜箔表面同时发生化学镀铜反应，若孔壁和铜箔表面有油污、指纹或氧化物则会影响化学铜与基铜之间的结合力；同时直接影响到微蚀效果，随之而来的是化学铜与基铜的结合差，甚至沉积不上铜，所以必须进行除油处理，调整处理是为了调整孔壁基材表面因钻孔而附着的负电荷，由于此负电荷的存在，会影响对催化剂胶体钯的吸附，生产中通常用阳离子型表面活性剂作为调整剂。

6. 微蚀：

微蚀也叫粗化或弱腐蚀，通过此作用在铜基体上蚀刻0.8-3um的铜，并使铜面在微观上表现为凹凸不平的粗糙面，一方面可以使基体铜吸附更多的活化钯胶体，另一主要作用是提

高基铜与化学铜的结合力。微蚀剂常用的体系有：H

2O

2

-H

2

SO

4

、NPS-H

2

SO

4

、（NH

4

）

2

S

2

O

8

-H

2

SO

4

，

槽液中Cu2+的浓度应管控在25g/l以下。

7. 预浸处理：

若生产中的板不经过预浸处理而直接进入活化缸，活化缸会因为板面所附着的水使活化液的PH值发生变化，活化液的有效成份发生水解，影响活化效果，预浸液的组成为活化液的

一部分，所以预浸会因活化液的不同而异。

8. 活化处理：

活化的作用是在绝缘的基体上吸附一层具有催化能力的金属，使经过活化的基体表面具有催化还原金属的能力。活化液的有效成份为Sn2+、Pd2+等胶体离子，在活化液中发生如下反

应：Pd2++2Sn2+→（PdSn

2

）2+→Pd°+Sn+4+Sn2+，当完成活化处理后进入水洗缸，Sn2+会和活化

液中Cl和H

2O发生反应：SnCl

2

+H

2

O→Sn（OH）Cl↓+HCL，在SnCl

2

沉淀的同时，连同

Pd°核一起沉积在被活化的基体表面。

9. 加速处理：

活化之后在基体表面上吸附的是以金属钯为核心的胶团，在胶团的周围包围着碱式锡酸盐，而真正起催化作用的钯并没有充分露出，所以在化学沉铜前除去一部分包在钯核周围的锡化合物使钯核露出，以增强钯的活性，也增加了基体化铜的结合力，加速液浓度太高，处理时间过长会使基体表面的钯脱落，造成孔无铜等问题，所以加速处理应作适当控制。10. 化学沉铜：

经过以上处理的印制板进入铜液，沉铜液中Cu2+与还原剂在催化剂金属钯及新沉积上的铜的作用下发生氧化还原反应，在基体表面沉积一层0.3-0.5um的薄铜，使本身绝缘的孔壁产生导电性，使后续的板面电镀得以顺利进行。

①化学沉铜液的成份：

铜盐：CuSO

4·5H

2

O/CuCl

2

；还原剂：HCHO；PH调节剂：NOH；络合剂：EDTA等。

②反应机理：

络合的铜离子（Cu2+-L）在碱性环境中得到电子被还原为Cu

Cu2+-L+2e→Cu+L……①

化学沉铜与电镀在本质上的差别是化学沉铜的电子由还原剂甲醛提供，而电镀时则是由电源提供，甲醛释放电子：

2HCHO+4OH-→2HCOO-+2H

2O+H

2

↑+2e②

由①、②得到化学沉铜的反应机理：

Cu2++2HCHO+4OH- Cu+2HCOO-+2H

2O+H

2

↑

③化学沉铜液条件：

1）化学沉铜液为强碱性，甲醛的还原能力取决于沉铜液的碱性强弱，即NaOH的含量。

2）化学沉铜液中由于有Cu2+与OH-的共存，为了防止Cu（OH）

2

沉淀的形成，络合剂必不可少，为Cu2+浓度1-1.5倍即可。

3）从反应式可以看出，每沉积1M的铜要消耗2M的甲醛及4M的NaOH，要保持化学铜速率恒定和化学镀铜层的质量，必须及时补加相应的消耗部分。

4）只有在催化剂（Pd、Cu）的存在下才能沉积出Cu。

④化学沉铜液中的副反应：

在加有甲醛的沉铜液中，无论使用与否都会存在以下反应：

1）2Cu2++HCHO+5OH-→Cu

2O+HCOO-+2H

2

O

Cu

2O+H

2

O OH- 2Cu++2OH-

生成的Cu+歧化反应：2Cu+→Cu+Cu2+

所以必须用5um的过滤沉铜液防止Cu颗粒存在于沉铜液中。

2）康尼查罗反应：

2HCHO+NaOH→HCOONa+CH

3

OH

所以，在放置不用（即保养后）的沉铜液在重新启用时，必须调节NaOH，补加HCHO，

为防止甲醛浓度过低时形成大量Cu

2

O。

⑤化学沉铜反应的步骤：

1）经活化后的基体浸入化学沉铜液中时，在活化剂表面上开始吸附大量甲醛自身水解而生成甲叉醇，并由于活化剂的作用，使甲叉醇具有负电性。

2）带正电的水合铜离子在带负电性的甲叉醇的吸引下过迁移到活化剂表面，并积累形成双电子层。

3）水合铜离子在活化剂表面脱水，甲叉二醇发生羟基断裂：

2H

2C(OH)

2

+Cu2++OH-→Cu+2HCOO-+2H

2

O+2H++H

2

↑

Pd

Cu

4）新沉积的铜将活化剂掩盖，其本身成为活化中心，不断地吸附甲叉二醇生成新的沉积铜层。

⑥化学沉铜液稳定性：

1）因化学沉铜是在空气搅拌条件下进行的，为了保证稳定性必须加入含有S和N的有机

物，另外有些稳定剂可以有选择性地络合Cu+，使Cu+氧化电位降低，易被O

2

氧化，释放出络合剂。

2）严格控制溶液温度。

3）连续过滤化学铜液，除去Cu颗粒。

4）加入高分子化合物，掩蔽新生成颗粒铜。

11. 板面电镀：

板面电镀作用是在化学铜基础上通过电镀的方法将整个铜面和孔内薄铜加厚7-10um，以加强其导电性能。

已做PTH板

浸酸

除油→水洗→浸酸

五、附属设备：

在无外力作用下，小孔（≤0.3mm）及高纵横比板（＞6.4）孔内气泡难以完全排出，导致各缸处理药水难以进入，从而形成孔壁粗糙、断路、内外层不导通孔无铜、孔壁结合力差等情况，本公司沉铜拉有以下附属设备：

①循环泵（各药水缸内）；

②电磁震荡器（除胶、中和）；

③气振（膨胀、除油、活化、铜缸）；

④超声波（除油、活化）。

六、保养：

当各药水缸生产板尺数累积到一定数量后，因副反应、杂物等使槽液逐渐老化，所以应对各药水缸进行周期性保养，这样才能保证产品品质的稳定性。

→电镀→水洗→下板→幼磨→铜检→下工序

七、沉铜工序中常见问题及解决方法：

1. 板面起泡及分层：板电铜与化学铜或化学铜与基铜结合力差造成的：

①前站带来的胶、油污等脏物在粗磨后无法除去：压板、钻孔加强预防。

②除胶后中和水洗不洁，板面残留有Mn化合物：检查中和处理工艺参数并调整之。

③除油后水洗不充分，表面残留有表面活性剂：检查酸洗浓度、水洗量及槽内清洁度。

④微蚀不足，铜表面粗化不充分：检查并调整湿度、浓度、时间。

⑤活化剂性能恶化，在铜箔表面发生置换反应：检查活化处理工艺，必要时更换槽液。

⑥加速处理不足，在铜表面残留有Sn的化合物：检查并调整加速工艺参数。

⑦化学镀铜前放置时间过长，造成表面铜箔氧化：检查循环及滴水时间。

⑧化学镀铜液被异物污染，导致铜颗粒变大，同时夹杂氢：检查工艺条件，严禁异物带入。

2. 孔粗：

①除胶强度不够，膨胀不足：分析调整除胶及膨胀参数。

②某些水洗缸或药液缸中有脏物：按MEI要求做好保养。

③钻孔孔粗：钻房控制。

④板料本身的品质：松下料CEM-3及住友CEM-3钻孔时采用相应参数管控，同时沉铜时不过

膨胀。

⑤沉铜液中生成的铜颗粒附在孔壁：按时倒缸，预防析铜。

3. 孔红、孔黑：

①沉铜不良造成的孔红、孔黑：管制好PTH参数及相关设备。

②沉铜后板电前存放时间过长：PTH后之板须在8小时内做完，浸板槽酸浓度管制在范围内。

③板电时孔内塞异物、气泡等造成的药水贯孔不良：保证铜缸预浸缸气振及高速循环运行OK。

④幼磨时放板速度过快致孔内氧化：放板速度管控在MEI范围内。

⑤2#幼磨机吹干效果不好：将小孔式风刀改为加式风刀。

⑥幼磨机抗氧化剂浓度不够：按MEI要求开缸、补加。

⑦水金板过粗磨速度过快：速度管控在3m/min以下。

4. 孔无铜：

①除油剂失调：分析调整至正常范围。

②活化不足：分析调整至正常范围。

③沉铜缸成份失调：分析调整至正常范围，必要时重新开缸。

④加速过度：降低加速处理条件（浓度、温度、时间）。

⑤钻孔孔粗过大：钻房管制好。

⑥PTH后停放时间过长：PTH后之板在8小时内做完。

⑦PTH后之板孔中塞异物或气泡：检查板电铜缸、预浸缸气振及高速循环有无故障。

⑧铜检修坏孔：修孔后须用十倍镜检查有无铜，若无铜则作返沉处理。

⑨PTH贯孔不良：加大除油缸泵浦功率，采用斜插式沉铜挂篮。

5.塞孔：

①PTH拉各水洗缸及药水缸有杂物：按MEI要求做足保养。

②沉铜铜缸中有铜颗粒：检查过滤系统，定期倒缸，预防析铜。

③钻孔铜皮/树脂塞孔：钻房管控好。

④板子边缘掉落的树脂屑及铜屑：前工序须打磨好板边。

⑤板电铜渣/铜皮/异物：按时做足铜缸倒缸、碳处理及拖缸保养，每班更换破损夹仔；挡板

条的长度须比板子约长1″左右，防止因其面积过小导致的烧板掉铜粉。

6. 板面砂粒及粗糙：

①药液缸中有脏物附着：按MEI要求做足保养。

②沉铜液中有铜颗粒附在板面：按MEI要求做足保养。

③板电时有砂粒附于板面：按MEI要求做足保养。

7. 水渍：

①PTH后之板板面氧化或沾有脏物：保证板电前浸酸槽的酸浓度，操作员的手套一班一换，

上下板时须用清水把手套洗干净。

②板电两次之板：过前处理除油。