培训教材——电镀

应
发
添加剂的作用机理
整平剂 (c) /光亮剂 (b)的机理 c c c c c c c cb c cb c cb cb c cb cb cb cb cb c b b b b b b b b
整平剂(c)快速地吸附到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； 整平剂(a)和光亮剂(b)的交互作用导致产生均匀的表面光亮度。
2007年9月24日星期一
电镀工序工艺简介
制作： 宝玥
主要内容： ◆ 化学沉铜工艺 ◆ 电镀铜工艺 ◆ 填孔镀铜（Via Filling）
◆ 化学沉铜的原理
义 沉铜 铜过 电 镀铜 种 Cu2+ 氧
过 导电 应 Cu2++2HCHO+4OH¯ Cu+2HCOO¯+2H2O+H2 应 沉积 铜 为电镀
使用电解方法进行再生
阳极 : MnO42- - e阴极 : H2O + e-
MnO4OH- + 1/2 H2
(＋)外壳
若电解效率为100%, 其再生速率则为： 118.9 g * 3600安培 * 秒/AH _______________________ = 4.436 g/AH 96500安培 * 秒 RHEM再生器的再生效率为60%，其再生速率则 为： 4.436 g/Ah * 60 % = 2.66 g/AH
组合类型为1× 106切片图(介质厚度为50um)
4mil
5mil
6mil
组合类型为1× 1080切片图(介质厚度为75um)
4mil 5mil
5mil
6mil
7mil
“2+n+2”HDI板
Via on hole
HDI板
镀层结
电镀铜异常图片
连续
良
连续
镀层 裂
粒
◆填孔镀铜（VF）工艺
Cu
电镀是一个电沉积过程,沉积量遵守法拉第电解定律,即电 解时电极上析出的金属量与通过电量成正比. M=K·Q=K· I· T K:金属物质的电化当量,电解时通过一库伦的电量,或1安培 ·小时的电量,在电极上所析出的物质重量:单位：毫克/库 伦,或克/安培·小时.铜的电化当量 K=1.186克/安培·小时 Q:电解时通过的电解库伦 I:电解时通过的电流强度，安培 T :电解时间，小时 M:析出的金属重量，g 三要素: 1.电源 2.阴、阳电极 3.含欲镀金属离子之电解液
☆
背光值
☆
导致的缺陷
◆酸性镀铜工艺
☆ 基本原理
镀实际就是将直流电源的正、负极连接到镀槽的 阳、阴极后,电镀溶液中的阴离子在阳极失去电子 进行氧化反应;阳离子在阴极获得电子进行还原反 应的一个过程. 直流
整流器
nene-
+
阳极 离子交换
电镀上铜层 阴极 (受镀物件) 镀槽
Cu
Cu2+ + 2e- Cu2+ + 2e-
板面药液补充的情况
水平电镀示意图
电极
பைடு நூலகம்
应
阴极 发 还 应 EO=+0.34v-------(1) Cu+++2e- Cuo Cu+++e- Cu+ EO=+0.15v-------(2) EO=+0.52v Cu++e- Cuo 2H++2e- H2 EO=0v 阳极 发 氧 应 Cuo Cu+++2eEO=-0.34V 2H2O(1) 4H++O2 +4eEO=-1.23V EO值
为避免玻纤突出，使用玻璃蚀刻添加剂
☆
调整
功能：除去板面轻微氧化物及轻微污渍, 对树脂界面活性调整有极好的效果; 直接影响沉铜的背光效果. 原理：酸性溶液,与氧化物反应而使之溶 去;有机清洁剂，对有机油污具有 溶解作用.整孔性高分子吸附于孔壁表面 使孔壁表面显正电性.
除胶渣后的 孔壁表面 清洁后的孔 壁表面
膨胀→除胶→ 中和 Desmear 调整→微蚀→ 预浸 →活化→加速→化铜 PTH
◆ PTH各段作用
☆
膨胀
膨胀的原理
原理：环氧树脂是高聚形化合物，具有优良的耐 蚀性。其腐蚀形式主要有溶解、溶胀和化学裂解 （如：浓硫酸对环氧树脂主要是溶解作用，其凹 蚀作用是十分明显的）。根据“相似相溶”的经验 规律，醚类有机物一般极性较弱，且有与环氧树 脂有相似的分子结构（R-O-R‘），所以对环氧树 脂有一定的溶解性。因为醚能与水发生氢键缔 合，所以在水中有一定的溶解性。因此，常用水 溶性的醚类有机物作为去钻污的溶胀剂。 注意点:溶胀液中的氢氧化钠含量不能太高，否 则，会破坏氢键缔合，使有机链相分离。
Electroless plating copper 氧 还 应 电 还 为 铜 还
镀 剂
◆化学沉铜（PTH）工艺
◎ 两种方式： 垂直沉铜与水平沉铜 ◎ 水平沉铜的优点： ※ 对微盲孔的更好的灌孔处理能力 ※ 设备密闭，对环境和人员的伤害更小 ※ 对产品的处理时间相对较短
◆ PTH的工艺流程简介
起始期
爆发期
回复期
平缓期
(Via Filling )
Fill up ratio = B/A x 100%
target = 100%
Dimple / Dent =A-B
target = 0 micron
Via Shape
400
400
Barrel
Taper
65 micron RCC Substrate
☆
微蚀
功能: ａ．除去铜表面的有机薄膜； ｂ．微观粗化铜表面。
微蚀前
微蚀后
☆
预浸
预浸及活化
功能:防止板子带杂质污物进入昂贵的钯槽;防止板 面太多的水带入钯槽而导致局部水解； 预浸槽与活化槽除无钯之外,其它成份完全一致；
活化
功能/原理:表面显负电 性的钯胶团由于整孔 性高分子的作用附着 在孔壁,经后续加速， 最终使Pd沉于孔壁。
活化后的孔壁表面
Pd2++2Sn 2+ (PdSn2)6+ (PdSn2)6+ Pd+Sn4++Sn2+ Pd+nSn2++3nClPd(SnCl3)nn-
☆
加速
功能:剥去Pd外层的Sn4+外壳,露出Pd金属,清 除松散不实的钯团或钯离子﹑原子等。 原理:钯胶团粘附的板子,在经水洗,在鼓气的作 用下,Pd粒外会形成Sn(OH)4外壳.通过HBF4 型加速剂使SnCl2、Sn(OH)4、Sn(OH)Cl2等除 去。 SnCl2+2HBF4→ Sn(BF4)2+2HCl Sn(OH)4+4HBF4→ Sn(BF4)4+4H2O Sn(OH)Cl+2HBF4 → Sn(BF4)2+HCl+H2O
☆
钻孔后孔内情况
☆
经过膨胀后的情况
☆
膨胀
☆
除胶的原理
除胶
功能：利用KMnO4的强氧化性,在高温及强碱条件下与树脂 发生化学反应,使其分解溶去。 原理：在高温碱性条件下，高锰酸钾使环氧树脂碳链氧化裂 解： 4MnO4-＋C环氧树脂＋4OH-→4MnO42-＋CO2↑＋2H2O 同时，高锰酸钾发生以下副反应： 4MnO4- +40H- = 4MnO42- + O2(g) + 2H2O MnO42-在碱性介质中也发生以下副反应： MnO42- + 2H2O + 2e- = MnO2(s) + 40H-
加速剂后的孔壁表面
☆
化学沉铜
功能:在钯的催化作用下被甲醛还原而沉于钯上. 原理: CuSO4+2HCHO+4NaOH→Cu+NaSO4+2HCOONa+2H2O+H2↑ 1.电子的形成: HCHO+OH-→H3COOH3COO-+OH-→ HCOO-+H2O+HH-→H0+e-(在Pd的导电作用下) 2.钯表面起始反应:Pd+2e-+Cu2+→ Pd-Cu Pd-Cu+2e-+Cu2+→Pd-Cu+Cu 3.自我催化反应:Cu0+2e-+Cu2+→ Cu0+Cu0
根据设备的不同: 连续垂直电镀 传 统 电 镀
水 平 电 镀
镀铜层
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； 镀层厚度均匀，板面镀层厚度与孔壁镀层厚 度之比接近1：1 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 镀层导电性好 镀层柔软性好
75 micron via
100 micron via
125 micron via
趋势
谢
谢！
TP = Average(3, 4,5,6,7) ×100% Average(1, 2) TP = Average(B, C,D,G,H,I) ×100% Average(A, E,F,J)
TP =
Average(3, 4,5,6,7) ×100% Average(1, 2)
盲孔
Average(B, C, D, G, H, I) TP = × 100% Average(A, E, F, J)

镀 (Surface Distribution) • Coefficient of σ Variance (CoV) = ×100% •
µ
1 n µ = ∑ Xi n i=1
1 i=n σ= (Xi − µ)2 ∑ n −1 i=1