电镀工艺流程简介

一、名词定义：
　　1.1电镀：利用电解的方法使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程叫电镀。

　　1.2 镀液的分散能力：

　　能使镀层金属在工件凸凹不平的表面上均匀沉积的能力，叫做镀液的分散能力。换名话说，分散能力是指溶液所具有的使镀件表面镀层厚度均匀分布的能力，也叫均镀能力。

　　1.3镀液的覆盖能力：使镀件深凹处镀上镀层的能力叫覆盖能力，或叫深镀能力，是用来说明电镀溶液使镀层在工件表面完整分布的一个概念。

　　1.4镀液的电力线：电镀溶液中正负离子在外电场作用下定向移动的轨道，叫电力线。

　　1.5尖端效应：在工件或极板的边缘和尖端，往往聚集着较多的电力线，这种现象叫尖端效应或边缘效应。

　　1.6电流密度：在电镀生产中，常把工件表面单位面积内通过的电流叫电流密度，通常用安培/分米2作为度量单位

　　二.镀铜的作用及细步流程介绍：

　　2.1.1镀铜的基本作用：

　　2.1.1提供足够之电流负载能力;

　　2.1.2提供不同层线路间足够之电性导通;

　　2.1.3对零件提供足够稳定之附著(上锡)面;

　　2.1.4对SMOBC提供良好之外观。

　　2.1.2.镀铜的细步流程：

　　2.1.2.1ⅠCu流程：上料→酸浸(1)→酸浸(2)→镀铜→双水洗→抗氧化→水洗→下料→剥挂架→双水洗→上料

　　2.1.2.2ⅡCu流程：上料→清洁剂→双水洗→微蚀→双水洗→酸浸→镀铜→双水洗→(以下是镀锡流程)

　　2.1.3镀铜相关设备的介绍：

　　2.1.3.1槽体：一般都使用工程塑胶槽，或包覆材料槽(Lined tank),但仍须注意应用之考虑。

　　a. 材质的匹配性(耐温、耐酸碱状况等)。

　　b. 机械结构：材料强度与补强设计，循环过滤之入/排口吸清理维护设计等等。

　　c. 阴、阳极间之距离空间(一般挂架镀铜最少6英寸以上)。

　　d. 预行Leaching之操作步骤与条件。

　　2.1.3.2温度控制与加热：镀槽之控制温度依添加特性/镀槽之性能需求而异。一般而言操作温度与操作电流密度呈正向关系，但无论高温或低温操作，有机添加剂必定有分解问题。一般而言，不容许任何局部区域达60℃以上。在材质上，则须对耐腐蚀性进行了解，避免超出特性极限，对镀铜而言，石英及铁弗龙都是很适合的材料。

　　2.1.3.3搅拌：搅拌可区分为空气搅拌、循环搅拌、机械搅拌等三项，依槽子之需求特性而重点有异，兹简介一般性考虑如下：嘉立创激光钢网

　　a. 空气搅拌：应用鼓风机为气源，如使用空压机。则须加装AM Regalator降低压力，并加装oil Filter除油。风量须依液面表面积计算，须达1.5~2.0cfm，而其静压则依管路损耗，与液面高度相加而得。空气搅拌之管路架设，离槽底至少应有1英寸距离，离工件底部，应以大于8英寸为宜。一般多使用3/4英寸或1英寸管，作为主管，亦有人使用多孔管，但较易发生阻塞。开孔方式多采用各孔相间1/2英寸，对边侧开孔，与主管截面积1/3为原则。适量之空气搅拌可改善电镀效率，增加电流密度;但如搅拌过度，亦将形成有机添加剂氧化而造成异常消耗及污染。

　　b. 循环搅拌：在一般运用上，多与过滤系统合件，较须注意的是确定形成循环性流动(入、排口位置选择)，及pump选择流量应达2~3倍槽体积1hr以上。

　　c. 机械搅拌：其基本功能是为了消除metal ion diffusion rafe不足问题。在空间足够之状态下，以45°斜角移动为佳，但一般都采有用垂直向摆动，较佳的位移量约在0.5~1.8m/min，而每stroke长约5~15cm之间。在设定条件时，应注意不可造成因频率过高，使板子本身摆动，而减小孔内药液穿透量。

　　2.1.3.4过滤：一般均与循环搅拌合并，目的是去除槽液中之颗粒状杂质，避免发生颗粒状镀层。较重要的考量因子有三，分别如下：

　　a. 过滤粒径：一般采用5u或10u滤蕊。若非环境控制良好，使用更小滤蕊可能造成滤材更换，损耗过多。

　　b. 材质有多种材质供选择，不同系统光泽剂会有不同之限制，其中PP最具体广用性。

　　c. Leaching：即便为适用材质之滤蕊，亦须经过Leaching处理(热酸碱浸洗程序)。

　　2.1.3.5电源系统：供电系统之ripple须小于5%，(对部分较敏感产品甚至须小于2%)，另须注意：

　　a. 整流器最上限、最下限相对容易10%，系不稳定区域，应避免使用。

　　b.除整流器外接所有接点务须定期清洁外，每月至少用钳表量校一次。

　　c.整流器最好利用外接洁净气源送风，使内部形成至正压，让酸气无法侵入腐蚀。

　　2.1.3.6阴极(rack及bus bar):

　　a. 对铜制bus bar而言，约每120Amp至少应设计1cm2之截面积。同时不论电流/bus bar截面积大小，务必两侧设置输入接点，以避免电流分布不均。

　　b. 对rach而言，应利用bus bar相接之接点，调整其导通一致，避免“局部阳极”的反生，同时对接点外之部分，亦宜全部予以胶林披覆，并定期检查，以避免因缝隙产生，而增加带入性污染。

　　2.1.3.7阳极：

　　a. 铜阳极应采用含微量磷，且均匀分布之无氧铜。其规格可概列如下：

　　Cu≥99.9% P:0.04~0.06% O≤0.05%

　　Fe≤0.003% S≤0.003% Pb≤0.002%

　　Sb≤0.002% AS≤0.001% N≤0.002%

　　b. 可能状态下尽量不要使用钛篮，因为钛篮将造成 Carriey或High Current Dewsity Brightener增加约20%的消耗，而不使用钛篮的状态，则须注意使阳极高出液面1~2英寸。

　　c. 对阳极袋的考虑，基本上与滤蕊相同，一般常用Napped p.p或Dynel，并可考虑双层使用，唯阳极袋须定期清洗，以避免因过量的阳极污泥造成阳极极化。

　　d. 一般均认为阴阳极之比例应在1.5~2?1,但由于高速镀槽之推出，较佳的考虑是，控制阳极的相对电流密度小于20ASF，来决定阳极的数量，在使用钛篮的状态，其面积的计算，约为其(前+左+右)面积之1.4倍，亦即以钛篮正面积核算其电流密度约应小于40ASF。过大的阳极面积可能造成铜含量之上升，过小则可能造成铜含量不足，且二者均会造成有机添加剂的异常消耗及阳极块的碎裂。

　　e.阳极在接近液面侧应加装遮板，而深度则应仅为镀件的75%(较浅4~5英寸)，在板子尺寸不固定时，则应考虑浮动式遮板，对其左右侧的考虑亦同，故在槽子设计与生产板实际宽度不同，应考虑使用Rubber strip，但须注意当核算面积，加开电流时，应至少降低40%计算。对于此类分布问题，可以“电场”及“流 态”的观念考虑。

　　2.2各流程的作用：

　　2.2.1酸浸：主要作用是去除板面的氧化层，避免水份带入铜缸而影响硫酸的含量。嘉立创激光钢网

　　2.2.2清洁剂：这种清洁剂是酸性的，主要作用是去除板面的指纹、油污等其它残余物，保持板面清洁，实际上目前供PCB使用之酸性清洁剂，没有任何一种真正能去除较严重的指纹。故对油脂、手指印应以防止为重：而且须注意对镀阻层的相容性与同线中其他药液间的匹配性，及降低表面为张力，排除孔内气泡的能力。

　　2.2.3微蚀：由于各种干膜阻剂均有添加剂深入铜层的附著力促进剂，故在此一步骤应去除20~50u?的铜，才能确保为新鲜铜层，以获得良好的附著力。

　　2.2.4水洗：主要作用是将板面及孔内残留的药水洗干净。

　　2.2.5镀铜：镀铜的药水中主要有硫酸铜、硫酸、氯离子、污染物、其它添加剂等成份，它们的作用分别如下：

　　2.2.5.1硫酸铜：提供发生电镀所须基本导电性铜离子，浓度过高时，虽可使操作电流密度上限稍高，但由于浓度梯度差异较大，而易造成Throwing power不良，而铜离子过低时，则因沉积速度易大于扩散运动速度，造成氢离子还原而形成烧焦。

　　2.2.5.2硫酸：为提供使槽液发生导电性酸离子。通常针对硫酸与铜比例考量，“铜金属18g/l+硫酸180g/l”酸铜比例维持在10/1以上，12?1更佳，绝对不能低于6?1，高酸低铜量易发生烧焦，而低酸高铜则不利于Throwing Power。

　　2.2.5.3氯离子：其功能有二，分别为适当帮助阳极溶解，及帮助其它添加剂形成光泽效果，但过量之氯离子易造成阳极的极化。而氯离子不足则会导致其它添加剂的异常消耗，及槽液的?黄胶?(极高时甚至雾状沉积或阶梯镀;过低时易出现整平不良等现象)。

　　2.2.5.4其它添加剂：其它的所有有机添加剂合并之功能，可达成规则结晶排列之光泽效果，改善镀层之物性强度，相对过量之添加剂，则易因有机物之分解氧化，对槽液的污染，造成活性碳处理频率的增加，或因有机物的共析镀比率提高，造成镀层内应力增加，延展性降低等问题。

　　2.2.5.5污染物：可区分有机污染物和无机污染，因破坏等轴结晶结构;造成之物性劣化及因共析镀造成之外观劣化。其中有机污染之来源约为：光泽剂之氧化分解、油墨、干膜、槽体、滤蕊、阳极袋、挂架包覆膜等被过滤出的物质和环境污染物等。无机污染之来源则约为：环境带入污染、水质污染及基本物料污染等项。

　　2.2.6电镀反应机构：可区分为巨观，亦即电场与流态;微观，亦即光泽剂的效应：两大部分，分别简单讨论如下：

　　2.2.6.1巨观：镀槽内阴阳极间之关系，实际上与磁场或电场的现象类似的，明显不同的，是发生在液体环境中，而游动的，是有质量的离子。因为如此，故离子之运动;电流氧化还原反应之发生;受到正负极间电场，与离子所带电荷产生之电位能，离子经由循环搅拌、空气搅拌、机械搅拌获得之动能，及离子间之交互作用力等因子的影响，实际上电流密度(区域性的、分布上的、而非平均的)，可被定义为单位面积，单位时间内接收的离子数量。由于各项搅拌，除了针对孔内的阴极机械搅拌外;都是全槽均一性的(理想状态);因而对于板面上的状态，几何分布便成为影响的最大的因子。

　　对全板电镀(pannel plating)而言，亦即阳极、阴极以及遮板之形状、位置。而对线路电镀(pattevn plating)而言，则再增加一项电镀面积分布须做考量，对孔内的状况，则主要在于离子的扩散速率、阴极摆动及电流密度间关系。关于一部分我们可透过浓度梯度与场的图例加以了解。

　　a.高低电流区：亦即电力线分布之密度;而电力线(电场)之分布正如同磁力线分布，在端角地区，明显的较高许多，故阳极之尺寸最好仅阴极之75%。

　　b.遮板之作用为阻碍离子之流动，使得局部之电力线密度降低，rudder strip则吸收此过量之电流，二种方式均可解决生产板尺寸不固定位置。

　　c.线路电镀时的线路分布影响亦为相同关系，可视为原“属于”被镀阻膜覆盖区的电力线转移于周边造成，因而独立线路相对之电流密度变为非常高。

　　d.对于孔内与板面或大孔与小孔间关系，可以讨论如下：当操作电流密度甚低时，铜离子之析出速度远低于自然游动/交换速度，各区的镀层厚度，自然均一;但一般操作电流较高，必然造成[C]b(整体巨观浓度)，[C]D1(大孔孔内浓度)及[C]D2(小孔孔内浓度)各有不同，则反应速率(电流发生)亦自然不同，因而有“孔铜”、“面铜”乃至区域镀厚比问题)，故须依赖搅拌增加离子之Mobility以求改善孔内厚度。对高纵横比而言，一方面搅拌之相对影响被降低，另方面，如果槽液之表面张力过高，产生类似“毛细现象”，则搅拌失效，而产生问题。