沉铜工艺培训教材

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欧伟标

1.沉铜流程简介

通过化学方法对已钻孔的孔壁进行清洁除污（又称凹蚀、前处理）后通过活化催化原理使孔壁非导电材料积沉上厚度约10微英寸的金属铜.它的作用是使孔导通,然后通过后续电镀工序使孔壁铜层增厚.

磨板→上板→[溶胀→二级水洗→凹蚀→三级水洗→还原P →二级水洗]→除油I →除油II →三级水洗→微蚀→二级水洗→预浸→活化→二级水洗→还原WA →纯水洗→化学沉铜→三级水洗→卸板→清洗烘干

红色方括号内为多层板必须走的去钻污流程。新沉铜平板一体线没有凹蚀段，在该线生产的多层板需先走水平凹蚀线。任何板件都不允许走两次凹蚀！若板件在凹蚀缸时设备发生故障，需待板件凹蚀时间够了之后再人工把挂蓝抬出来，返工时就不必再走一次凹蚀。设备故障时板件也不应在各药缸停留时间过长，按以下时间控制：

在正常条件下，水平凹蚀线的凹蚀量和芯吸量都要比垂直凹蚀线小，但凹蚀效果来看，水平凹蚀线的凹蚀效果比较好。有锣槽孔的板件都指定在水平凹蚀线生产。

2．流程的作用及原理

2.1 磨板

板件进入沉铜之前要在去毛刺磨板机磨板，磨板的作用：1.磨去

钻孔产生的披锋，防止披锋在后续的图形转移过程中划伤贴膜机压辊和刺破干膜造成遮孔蚀不静；2.磨去覆铜板铜箔表面的抗氧化层，并粗化铜箔表面，增加后续铜层与基铜的结合力；3.除去孔内可能存在的铜丝、板粉等杂物。去毛刺机前两支不织布刷240#，后两支针刷320#。蚀刻后的板件板件如果出现铜粒、轻微镀层不良、氧化等也会在去毛刺机磨板，但此类板件不能开不织布刷！。

如果试磨后板件出现披峰, 则可在上述范围内降低速度, 增大压力

或横向纵向各磨一遍重新取板试磨。如果试磨后出现铜丝或既出现铜丝又出现披峰,则以小 压力(0.4div) 快速(≥3.0m ／min)横向、纵向各磨一遍, 重新试磨。要注意控制好不织布刷的压力，尤其是蚀刻后板件，压力过大很容易出现孔口铜被磨去，而沉铜前板件则容易形成椭圆孔型。对0.25mm 小孔容易出现不织布刷掉的纤维丝塞孔，这类板件的做法是不开不织布刷，把针刷压力调3~4.5V ，速度放慢到小于2.8m/min ，试

做确认正常后使用。陶瓷板、板厚少于0.5mm的板件易在高压水洗段被水压打前造成塞板、折断等，因此可以不开高压水洗。

2.2 去钻污流程作用

钻孔时会产生瞬时高温，而环氧玻璃基材为不良热导体，在钻孔时热量高度积累，孔壁表面温度超过环氧树脂玻璃化温度，结果造成环氧树脂沿孔壁表面流动，产生一层溥的环氧树脂油污（Epoxy Smear），假如没去掉,将影响沉铜/电铜层与内层铜面的连接,因此,所有的多层板均要经过凹蚀（也称除胶渣，Desmear）处理除掉孔壁的钻污。凹蚀作用是：除去孔内残胶，保证内层与外层线路导通；提供蜂窝状树脂表面结构，增加孔铜结合力。

2.2.1 去钻污流程原理

利用溶胀剂（Sweller）的作用,把孔壁树脂膨胀疏松起来,然后在后面的凹蚀处理中利用高锰酸钾的强氧化性,把孔壁上的钻污氧化掉而生成可溶性的碳酸盐(在碱性条件下)，同时也可使孔壁微观粗糙化.氧化产物锰酸根通过再生器再生为高锰酸根。锰酸根在碱性介质中也发生以下副反应：MnO4（2-）+2H2O+2e- =MnO2↓+4OH-，所以经过凹蚀后的孔壁上残留大量的高价锰(+7、+6、+4)，还原P500的作用就是把这些高价锰还原成可溶性二价锰，从而除去；同时对玻璃纤维有调整作用，使其易于沉铜。

溶胀缸主要控制的是：溶胀P、NaOH浓度，温度，还要有良好的循环。溶胀P浓度过低不能充分蓬松孔壁，浓度过高，不但浪费药水，还引起后水洗水洗不净，带来药水交叉污染。NaOH浓度过高会使溶胀

P与水分层，缩短药水寿命。循环不足也可导致溶液分层。

凹蚀缸主要控制的是：MnO4- 、MnO42-和NaOH浓度, 温度,再生电流、凹蚀时间。MnO4-和NaOH浓度、温度过高、凹蚀时间过长都会导致凹蚀过度，引起孔壁粗糙度过大，玻纤间藏药水，耐CAF性能差，严重时可引起内部短路；过低时又会凹蚀不足，引起开路或热冲击后孔壁与内层裂开。

MnO4-+C（树脂）+4OH - →4MnO42-+CO2↑+2H2O

其附反应：MnO42-+H2O →MnO2↓+2OH+1/2O2

电解再生：MnO42-+-e →MnO4-

MnO42-浓度过高会造成MnO4-的氧化能力下降，同时会缩短还原P缸的使用寿命。MnO42-浓度应低于30g/L，凹蚀缸的再生电流能把MnO42-转变回MnO4-，但凹蚀缸的MnO42-浓度随着药水的使用，仍然回缓慢上升，如果突然上升，则应该检查再生器和再生电流整流机。凹蚀缸一般半年就要换缸，在使用过程中2~3个月应该洗缸一次。

孔壁凹蚀前后比较：

凹蚀后孔壁照片：

凹蚀过度凹蚀不足

2.3 整孔及活化作用机理

除油剂（Cleaner）作用是消除铜面的手迹、油迹等，另含调整剂对孔壁进行调整。

整孔机理：

活化机理：

2.4 微蚀

微蚀(Micro Etch)除去铜面氧化物和大约1微米的铜层，粗化铜面，增强基铜与新镀铜层之间的结合力.

微蚀前铜面状况微蚀后铜面状况微蚀后铜面状况放大

2.5 预浸

预浸能够润湿孔壁,降低表面张力,使孔壁较易吸附活化剂，减少活化缸污染带入，除去铜面氧化物。预浸对沉铜泪痕现象的控制影响很大。当出现泪痕时，应分析硫酸的含量并提高到0.5-0.6%，如果没有改善，应把预浸缸换缸，并更换预浸前和活化后的水洗缸，检查活化的循环泵棉芯，如果太脏就应该换掉。若这些做了后泪痕现象都没有改善，则应该把活化缸升温处理55℃4小时，同时清洁更换所有水洗缸。如果升温后还是没有改善，就只有洗活化缸了。

2.6 活化

使孔壁均匀吸附上一层Pd2+离子。活化缸里氢氧化钠浓度过高或过低、Pb2+浓度过高、活化缸温度过高都会引起Pb的沉淀。而Pb2+浓度过低、活化缸温度不足，则会引起背光不足。

2.7 还原WA

把吸附在孔壁上的Pd2+还原成具有催化作用的Pd原子。还原WA正常的反应状态是有一层细密的小气泡在液面，如果没有气泡说明还原WA已经失效。失效的原因有可能是循环泵漏气，或者在高温下存放时间较久，或者是药罐开封后使用时间过长或开封后盖子没有密封好。还原WA缸一般每2周用硫酸双氧水洗缸一次。

2.8 沉铜

经过前面的处理，孔壁上吸附了具有催化作用的Pb原子，在沉铜缸里，以Pb原子为中心，发生以下反应，使孔壁上沉上一层铜。

Cu 2+

+ 2 HCHO+ 4OH

-

= Cu + 2 HCOO

-

+ 2 H2O + H2↑

1)化学镀铜液为强碱性，甲醛的还原能力取决于溶液中的碱性强弱程度，即溶液的PH值。PH值<9，沉铜反应就不会进行，因此长时间放假前要把沉铜缸PH值调低，C线大约用50%硫酸7L，老B线大约10L，新沉铜平板一体线大约30L，调整后应循环30min再测PH值，再视情况进行调整。

2）在强碱条件下，要保证Cu2+离子不形成Cu(OH) 2沉淀，必须加入足够的Cu2+离子结合剂。

3）从反应可以看出，每沉积1M的铜要消耗2M甲醛，4M氢氧化钠。要保持化学镀铜速率恒定，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或Cu）存在的条件下才能沉积出金属铜，新沉积出的铜本身就是一种催化剂，所以在活化处理过的表面，一旦发生化学镀铜反应，此反应可以继续在新生的铜面上继续进行。利用这一特性可以沉积出任意厚度的铜，制造印制板的关键就在于此。

5）随着甲醛在镀液中含量的增加甲醛的还原电位升高，当甲醛的浓度高于18ml/l时还原电位上升开始缓慢，当甲醛浓度低于10ml/l或高于20ml/l时化学镀铜速率降低，同时副反应加剧，在实际应用中，甲醛的浓度控制在12.5-16.5 ml/l为宜。

加有甲醛的化学镀铜液，不管使用与否，总是存在以下3个副反应，由于副反应的存在使化学镀铜液产生自然分解。

2Cu2+ + HCHO+ 5OH-= Cu20+ HCOO- + 3 H2O

Cu20+H20 — 2 Cu++20H-

2 Cu+ —Cu+ Cu+2

上面所形成的铜，是分子量级的铜粉，分散在溶液中，这些小的铜颗粒都具有催化性，在这些小颗粒表面上便开始了沉铜反应式所描述的化学镀铜反应。如果溶液中存在着很多这样的铜颗粒，整个化学镀铜溶液会产生沸腾式的化学镀铜反应，导致溶液迅速分解，这就是我们常说的“反缸”现象。甲醛的含量不足，小于3ml/l时，会加速Cu20的形成反应，促使化学镀铜液快速分解。

沉铜液中一旦加入甲醛，另一个副反应Cannizzaro反应也开始了，不管化学镀铜液处于使用状态，还是静止状态，这一反应一直在进行着，不断消耗甲醛：

2HCHO+ OH- = CH3OH + HCOO-

2.9 背光测试方法

3、工艺维护

3.1 沉铜缸主要控制Cu2+ 、NaOH、HCHO这三个组分的浓度，

三个组分都是通过铜离子控制器探测的铜离子浓度来控制的，所以三个组分的自动添加泵流量的配比要合适，目前Cu2+ 、NaOH、HCHO的流量设定的比例为3：2：1。如果某一组分长时间偏低或偏高，其他组分正常的话，就要检查自动添加泵的流量，如果自动添加泵流量没有问题，则有可能自动添加泵漏气、加药管内有气泡。另外由于目前使用的自动添加泵质量上的原因（一厂使用的该类自动添加泵使用一定年限之后都有这样的问题），自动添加槽的液位对自动添加的流量也有影响，高液位与低液位时流量可偏差10%，有可能是设定流量时的这种偏差导致某一组分长时间偏低或偏高。排除以上可能之后，如果问题还是存在，就要要考虑是否反应出现了问题，尤其是铜离子浓度长期偏低的话，则有可能是沉铜缸的自催化反应太严重，缸壁上铜，这时就要做倒缸处理，倒缸后还应补加4L沉铜开缸剂来抑制铜粉的继续生成，否则容易出现“反缸”现象，使沉铜缸报废。

3.2 沉铜缸的使用寿命。由于在使用过程中不可避免的会带入其他离子杂质和有机物杂质，这些杂质会对缸液起毒害作用，降低沉铜缸的反应活性，导致背光不稳定。按照我们多年的经验，沉铜缸的使用寿命约为1年到1年半，使用寿命到了之后，明显的症状就是在其他条件都正常的条件下背光反复不稳定，且当背光不足出现后重新拖缸背光又会好起来。沉铜缸寿命的另一个明显标志就是比重接近 1.09~1.10，这时也应该考虑换缸。

3.3 沉铜缸对反应温度十分敏感，有时候即使只有0.5℃的差别都有可能产生很大的差异，所以要根据生产线特性，严格控制好温度。

3.4 循环的好坏对质量影响也很大，如果循环不均匀，会造成前一挂板OK，后一挂不行，或者半块板OK，半块板不行的情况，所以要定期把循环管拆出来清理，约6个月。循环量的大小对背光也有影响，循环量太小则药水交换不良，背光不足；循环量太大，沉积铜层被药水冲走，沉积不良，背光不足，正常的循环量应该是4~8个循环/小时。C 线的沉铜缸循环泵的流量很大，如果出水阀门全开的话，循环量为10，所以出水阀只能半开，平时要不时检查阀门。

3.5 整个沉铜线对清洗水要求十分严格，如果水洗不干净，造成药水交叉污染，背光不稳定。

3.6 沉铜线的震荡对沉铜的质量影响最大，在震荡器故障时，板厚孔径比（AR值）<5.0的板件问题还不大，但AR值>5.0的板件孔无铜率会很高，因此发现震荡器故障时要对AR值>5.0的受影响板件进行返工，返工方法按照背光7级的板件返工即可。震荡器在冬春交季空气由干燥转变为潮湿时出现故障的几率最大，这段时间一定要加强震荡器的检查工作，每周保养时用震荡仪测震荡器的状态。震动方式、震荡器的安装方式、震动频率的不同，震荡的效果也不一致。C线原来的震动方式为震40s停20s，震动时间太长不利于铜的沉积，影响背光稳定，后改为震30s停30s。从老B线沉铜的改进试验情况来看，水平安装的赶气效果要比垂直安装的效果要好，C线现在的安装方式是垂直安装，目前能够稳定生产的临界点是AR值<7.0，当AR>7.0时经常出现气泡型沉铜不良孔无铜，因此改变震荡器的安装方式是以后改进的方向之一。

3.7 沉铜线的吊车运行状态对孔无铜的影响也很大。吊车经常停位

不准、砸缸、吊车相撞时，由于故障容易排除，持续时间不长，目前还无法确定这些故障影响沉铜过程的哪一步，但这些故障会明显提高孔无铜率，这个已经被事实所证明。

3.8 铜离子控制器工作原理

铜离子控制器由探头和控制器两部分组成，他的工作原理为分光光度法，通过探头上的透光玻璃管探测溶液的透光率对应铜离子浓度来达到控制铜离子浓度的目的。透光玻璃管十分脆弱，在使用过程中要轻拿轻放。当出现经常性探测不准时，有可能是透明玻璃管老化所致，这时就要更换探头。铜离子控制器设定值为2.0，偏差±5%。当浓度低于1.95时自动添加就会开启，当加到2.05时自动添加就会停止。

3.9 孔无铜

3.10 背光稳定性控制

操作

工艺方法

设备

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4、三条沉铜线的软硬件配置