影响电镀的因素分析及改善策略.docx

影响电镀的因素分析及改善策略系 别： 物理与电子工程系学科专业：印制电路技术与工艺指导教师： XXX Xxxx2012年06月目录1弓I言 42影响因素鱼骨图 43物理因素 43. 1电流密度 43. 2搅拌 63. 3过滤泵 73.4震动器 73.5整流器 83.6保护电流 84化学因素 94・1铜阳极 94.2硫酸 114.3光亮剂 124.4氯离子 125环境的因素 135・1温度 135. 2液位 145.3冷却水 145.4电镀时间 146人的因素 166・1输入资料 166. 2 ±板，夹边条 166.3 1艺及设备维护 177改善措施 188结论 21致谢 22参考文献 221引言印制电路板的电镀工艺随着电子设备的高功能化和小型化而飞速发展为适 应高密度，高精度，微型化的需要，其制造技术与工艺有了很大的变化印制电 路板电镀的主要目的是确保印制电路板的可焊性，防护性，导电性和耐磨性文 章通过对影响图形电镀的因素分析，來寻找改善电镀工艺的措施2影响因素鱼骨图化学因素人的因素电镀产品3物理因素3.1电流密度当镀液组成，添加剂，温度，搅拌等因素一定时，镀液所允许的电流密度 范围也就一定了，为了提高生产效率，在保证镀层质量的前提下，应尽量使用高 的电流密度。

电流密度不同，沉积速度也不同表（1）给出了不同电流密度下 的沉积速度（以阴极电流效率100%计）表(1)电流密度与沉积速度时间(分) 镀层厚度(um)电 流 密 度(A/dm2 )691224361284154108214212856823914193755镀液的最佳电流密度一定，但由于印制电板的图形多种多样，难以估计出 准确的施镀面积，也就难以得出一个最佳的电流值问题在于如何正确测算图形 电镀的施镀面积下面介绍两种测算施镀面积的方法1) 称重计量法：剪取一小块覆铜箔单而板，测量出一面的总面积，将板子在80°C烘干1小 时，干燥冷至室温，用天平称取总重量(W.) •在此板上作阴纹保护图形，蚀掉 电镀图形部分的铜箔，清洗后按上法烘干称重，得除去电镀图形铜箔后的重量 (W.)，最后全部蚀刻掉剩余铜箔，清洗后按上法干燥称重，得无铜箔基体的净 重(WJ，按下式可算出待电镀图形的面积S:S=SoX(Wo-Wl)/(Wo-W2)式中：So 覆铜箔板的而积Wo-W,) 电镀图形部分铜箔重量Wo-W2) 铜箔总重量应该指出的是，称重法是以铜箔均匀为依据•的，基本上是较止确的，实际 应用时，双而板因图形不同要分别测定，如果相同或相近则只需测一而即可。

此 法较繁琐，适合品种少，大批量时应用2) 计算面积百分数:先量出待镀印制板的尺寸，然后估算线条部分而积与绝缘部分面积之比， 如果为1,则面积百分数为50%,电流密度已知，这样可直接计算出图形电 镀的电流：安培数 L*W*面积n分数*2*Dk*n式中：L 卬制板的长度（分米）W 印制板的宽度（分米）Dk 镀铜时屯流密度n 印制板块数（图形相同）此法是人工估算的，每个人估算可能有不同，方法粗略但简单快捷3）计算机计算图形面积：冃前，自动化程度高的印制板厂，已经使用CAM （计算机辅助制造）来进 行生产它建有CAM工作站，设有专门计算屯镀图形面积功能的软件包，通过设 定正确参数（如：扫描精度，板厚等），选择好需计算的元件面和焊接面，对线 路部分进行扫描，可自动把扫描到面积叠加到一起，并自动减去钻孔部分面积， 得岀真实的图形表面积和孔内壁面积这三种方法中，无疑用计算机计算图形面积方法最精准3.2搅拌搅拌可以消除浓差极化，提高允许电流密度，从而提高生产效率搅拌可 以通过使工件移动或使溶液流动，或两者兼有來实现1） 阴极移动：阴极移动是通过阴极杆的运动来实现工件的移动阴极移 动方向应该是与阳极表面垂直，最好能呈角度，如45°,这样能促进孔内的溶液 流动，如果有气泡也能及时被赶岀去。

阴极移动幅度为20-25毫米，移动速度 5-45次/分2） 压缩空气搅拌：压缩空气不仅带给镀液的中度到强烈的翻动，对镀铜 液而言，它能提供足够的氧气，促进溶液中的Cd氧化成Cf,协助消除Cd的干 扰压缩空气应是无油空气泵供给，在泵的气体进口处，应该使空气净化压 缩空气流量一般是0. 3-0. 8米'/分空气通过距槽底3-8厘米的管子释出，此管 最好与阴极横平行，气孔直径3毫米，孔距80-130毫米，应使小孔而积的总和 约等于空气管截面积的80%,压缩空气流量应是可调的由于空气搅拌对溶液的翻动较大因而对溶液的清洁程度要求较高，所以一 般空气搅拌都与溶液的连续过滤配合使用3. 3过滤泵过滤可以净化溶液，使溶液中的机械杂质及时地除去，防止或减少了毛刺出 现的机会同时乂可以做到使溶液流动，尤其是有回流槽的镀槽使用连续过滤，其 溶液流动的效果更明显过滤机应使用5-10微米的PP滤芯，也可以用过滤介质 溶液应每小时至少过滤一次为了强化电极过程提高生产效率，往往将阴极移动，空气搅拌与连续过滤同 时使用在一个镀槽中3. 4震动器厂內电镀制程均采用振动器方式，振动器的结构如图（1）：1 i K <图（1）旋转体重心不在轴心上(偏心质量)，因旋转产生的离心力=不平衡所致强制振动F = m a (离心力)=k x (Hook)x = m r gj 2 /kx——振动位移；k——弹性系数；m 旋转偏心质量；r——轴心与重心距离。

离心力越大，所产生的振动位移越大于是偏心块在高速回转的转轴带动下，就要产生不平衡的离心惯性力，此 力传递到振动装置上即产生了振动振动力通过夹具传递到PCB的表而，外来的 振动可以改变孔内溶液的流动形式，从而影响到孔内溶液的交换3. 5整流器镀铜使用的整流器型式分为直流电源式及脉冲式，功能分别如下：(1)直流电源式整流器:能在高温下运作，在定期保养及维修下可长期使用，元 件结构包括变压器、整流器、稳压器三项优点：成本低，能在高温下运作，在定期保养及维修下可长期使用缺点：难达到低涟波值的要求(理想值vi%)、体积大、重量重、仅能在低频运 作不能用于脉冲使用、效率低耗电大2)脉冲式整流器：转换220V交流电为30V直流屯，并将直流屯压切割转换 成高频率方波，再通过独立的电子开关，将脉波宽度调整并将电压下降至15〜 50V方波，完成直流电输出的开关转换3・6保护电流保护电流是为了防止牛成的铜镀层在酸性条件下溶解4化学因素4.1铜阳极在现代生产中，多采用磷铜球⑴，这是因为使用电解铜阳极时，一方面容 易产生氧化亚铜(铜粉)，使镀层表面粗糙，产牛不合格的铜镀层另一方面会 使溶液中的铜离子浓度升高，镀液不稳定，光亮剂的消耗增加，降低镀层质量。

当阳极和电解液中的C十接触时产生下列反应：Cu+C中->2Cu ,另外，阳极的不完全氧化也会产生一价铜离子：Cu-e-Cu\这些在阳极表面形成CuQ而悬浮 在电解液中，产生“铜粉”、毛刺，镀层粗糙不亮如果阳极中含有少量的磷， 在阳极表面会生成一层黑色膜，它的成分是Cuf,这层黑色膜具有金属的导电性, 它覆盖在铜阳极表面，阻止过多的C中生成，并加速Cu的氧化，减少了Cu的积累 和产生，大大减少了Cd进入溶液的机会也减少了阳极泥的生成量一些学者认为，铜在硫酸铜溶液中的溶解分两步进行的Cu-e--Cu' 基元反应1Cu'~eCu^'基元反应2亚铜离子在阳极作用下氧化成二价铜离子是个慢反应，也可以通过歧化 反应生成二价铜离子和单质铜，所生成的铜单质以电泳的方式沉积于镀层中，从 而产生铜粉，毛刺，粗糙等当阳极中加入少量的磷后，经电解处理在阳极表面 生成一层黑色的磷膜，阳极的溶解过程就发生了一些变化1) 黑色磷膜对基元反应2有着显著的催化效果，大大加快了亚铜离子的氧 化，使慢反应变成快反应，大大减少槽液中亚铜离子的累积同时阳极表面的磷 膜也可阻止亚铜离子进入槽液，促使其氧化，减少了进入槽液的亚铜离子。

标准 阳极黑色磷铜膜的导电率为为为1.5X104Q-l.crn-1,具有金属导电性，不会影 响到阳极的导电性，而且磷铜阳极比纯铜阳极的阳极极化小，在Dk为1ASD时，含 磷0. 02%〜0. 05%的铜阳极的阳极屯位比无氧铜阳极低50 mv〜80 mv,黑色阳极 磷膜在允许的电流密度下不会造成阳极钝化2) 阳极表面的黑色磷膜会使阳极止常溶解，微小颗粒脱落的现象大大减少, 阳极的利用效率大大提高当阳极采用0. 4 ASD〜1.2 ASD电流密度时，阳极上所含磷量与黑膜厚度呈线性关系在阳极磷含量在0. 030%、0. 075%时阳极的利用 效率最高，阳极黑色磷膜生成的最好磷含量对阳极磷膜的影响：(1) 磷含量为0. 030%〜0.075%的铜阳极，形成的黑膜厚薄适中，结构致密， 结合牢間，不易脱落；先前磷含量过高的铜阳极，磷分布不均匀，溶解使阳极泥 过多，从而污染槽液，还会堵塞阳极袋孔，造成槽电压升高槽电压升高有会造 成阳极膜脱落，实际生产中边电镀边更换阳极容易产生毛刺2) 磷含量0.3%的磷铜阳极磷分布不均匀，黑色磷膜过厚，铜的溶解性差 所以常常要把阳极挂满，实际铜阳极挂得多，槽液中的铜含量还有下降的趋势， 也很难保持平衡。

需经常补加硫酸铜，从成本来看，也是不合算的3) 实际上磷含量高的铜阳极生成的黑膜厚度太厚，电阻增加，要维持原来 的电流，电压要升高，槽电压的升高有利于氢离子放电，针孔的产生几率加大；(4) 实际上，磷含量高，黑膜太厚，分布不均匀，还会造成低电流区不光亮, 细微麻砂状磷铜球其典型的技术参数如下：典型分析/%典型的磷铜球技术参数铜(Cu)$99. 9699. 99磷(P)0. 040-0. 0650. 065铁(Fe)W0. 0030. 001硫(S)W0. 0030. 001铅(Pb)WO. 0020. 001W (Sb)WO. 0020. 0006银(Ni)WO. 0020. 0002不巾(As)WO. 0010. 0006锡(Sn)WO. 0020. 0001其它元素总计WO. 010. 000指标名称扌旨标/%此类阳极采用钛篮装铜球方式挂在镀槽阳极杆上，如图(2) (3)图(2)图(3)由于磷铜阳极克服了电解铜和无氧铜的一系列缺点，已在印制电路板电镀制 程取代了电解铜和无氧铜，是目前业界镀铜可溶性阳极的主流选择电极反应；4・2硫酸在酸性镀铜电解液中硫酸的主要作用是，硫酸的存在可大大增加电镀液的导 电度，从而能使用大的电流密度范围，降低硫酸铜的解离度，防止铜盐水解，减 少“铜粉”(氧化亚铜)，改善镀层质量。

在酸性镀锡液中，硫酸具有抑制锡盐水解和亚锡离子氧化、提高溶液导电性 和阳极电流效率的作用当硫酸含量不足时，sf离子易氧化成S十离子他们 在溶液中易发生水解反应：SnS0|+2H20-*Sn ( OH ) 2 I +H2SO4SnSO4+4H2O-*Sn ( OH ) 4 I +2H2SO4由反应可知，硫酸浓度的增加有助于缓解水解反应，但只有硫酸浓度足够大 时才能抑制住Sf和S十的水解4. 3光亮剂为改善镀层质量，国内外。