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电镀制程教材
一. 制程说明
二. 异常处理方法
一. 制程说明:
1.印制线路板的电镀制作流程分为电镀铜与化学铜两种,同时包括蚀刻及Deburr制程;
①.电镀铜的反应原理是利用电解还原的原理,使槽液中的铜离子得到电子,而被还原成金属的铜,同时在电泳力的作用下将铜沉集在阴极板面上;
②.化学铜的反应原理是利用在孔壁上先沉集一层活化钯后利用活化钯的催化反应,而在钯层上再沉集一层化学铜;
③.蚀刻流程即是利用碱性的氯化铜对铜的咬蚀,而将线路部分显露出来,
④.De burr制程是利用磨刷轮将钻孔时所产生的burr去除(de这个前缀词在此的意思是去除), 2.电镀流程:De burr→De smear and Plating Through Hole→CuⅠ→Dry/Film→CuⅡ→Etching
二. 流程说明：
1.De burr(去毛剌)制程
此制程分两个步骤:
①.是利用高速旋转的磨刷轮将板面因钻孔时所产生的burr及氧化物去除,同时将光滑的板面磨刷成一个粗糙的蜂窝状,以利于化学铜与基铜的结合紧密;
②.是利用超音波将孔内的杂质震荡干净,以防止其成在后续的化学铜处理中形成孔塞;
2. Desmear(除胶渣) and Plating Through Hole(镀通孔)制程:
此制程分为两部分:除胶渣(De smear)与镀通孔(Plating Through Hole);
除胶渣(Desmear):即是利用高锰酸钾在高温强碱的环境中的强氧化性而将钻孔时产生的胶渣去除掉;
(1).目的:
a. Desmear(除胶渣);
b. Create Micro-rough(蜂窝面)增加adhesion(附着力); (2).Smear产生的原因:
由于钻孔时造成的高温Resin超过Tg值，而形成融熔状，终致产生胶渣; 此胶渣生于内层铜边缘及孔壁区,会造成P.I.(Poor lnterconnection)(断路) ;
(3).Desmear的四种方法:
硫酸法(Sulferic Acid),电浆法(Plasma),铬酸法(Cromic Acid),高锰酸钾法(Permanganate);
a. 硫酸法必须保持高浓度，但硫酸本身为脱水剂很难保持高浓度，且咬蚀出的孔面光滑无微孔，并不适用;
b. 电浆法效率慢且多为批次生产，而处理后大多仍必须配合其它湿制程处理，因此除非生产特殊板大多不予采用;
c. 铬酸法咬蚀速度快，但微孔的产生并不理想，且废水不易处理又有致癌的潜在风险，故渐被淘汰;
d. 高锰酸钾法因配合溶剂制程，可以产生微孔。同时由于还原电极的推出，使槽液安定性获得较佳控制，因此目前较被普遍使用;
流程说明:
膨松(Sweller):
软化膨松Epoxy(树脂)，降低 Polymer(碳链) 间的键结能，使KMnO4 更易咬蚀形成 Micro-rough(蜂窝状),
原理说明: (1).反应原理:
初期溶出可降低较弱的键结，使其键结间有了明显的差异。若浸泡过长，强 的链接也渐次降低，终致整块成为低链接能的表面。如果达到如此状态，将无法形成不同强度结面。若浸泡过短，则无法形成低键结及键结差异，如此 将使KMnO4咬蚀难以形成蜂窝面，终致影响到PTH的效果。
(2) Surface Tension(表面张力)的问题:
无论大小孔皆有可能有气泡残留，而表面力对孔内Wetting(润湿)也影响颇大。故 采用较高温操作有助于降低Surface Tension(表面张力)及去除气泡。至于浓度的问题,为使Drag out降低减少消耗而使用略低浓度,事实上较高浓度也可操作且速 度较快。
在制程中必须先Wetting(润湿)孔内壁,以后才能使药液进入作用,否则有空气残留后续制程更不易进入孔内,其Smear(胶渣)将不可能去除。
高锰酸钾(KMnO4 Process):
利用高锰酸钾在高温强碱的环境中的强氧化性将胶渣从孔壁中去除掉,而使不可溶的胶渣生成一种可溶的挥发的Co2;
反应原理:
4MnO4- + C + 4OH- → MnO4= + CO2 + 2H2O (此为主反应式)
2MnO4- + 2OH- → 2MnO4= + 1/2 O2 + H2O (此为高PH值时自发性分解反应) MnO4- + H2O → MnO2 + 2OH- + 1/2 O2 (此为自然反应会造成Mn+4沉淀)
中和(Neutralizer):
利用酸碱中和的原理将孔内或板面上残留的高锰酸钾去除掉,以防止其污染别的槽液;
3.镀通孔(Plating Through Hole)
整孔,(Conditioner)：
1. Desmear(除胶渣)后孔内呈现Bipolar(双极性)现象,其中Cu呈现高电位正电,Glass fiber(玻璃纤维)、Epoxy(树脂)呈负电;
2.为使孔内呈现适当状态,Conditioner(整孔剂)具有两种基本功能; (1)Cleaner(去脂):清洁表面;
(2)Conditioner(整孔):使孔壁呈正电性,以利Pd/Sn Colloid(胶体)负电离子团吸附;
微蚀.( Microetch):
1. Microetching旨在清除表面之Conditioner(整孔剂)所形成的Film ; 2. 此同时亦可清洗铜面残留的氧化物 預活化 (Catalpretreatment):
1. 为避免Microetch(微蚀)形成的铜离子带入Pd/Sn槽,预浸以减少带入; 2. 降低孔壁的Surface Tension(表面张力); 活化 (Cataldeposit):
1. 一般Pd胶体皆以以下结构存在： 见图7.7
2. Pd2+：Sn2+：Cl- = 1：6：12较安定
3. 一般胶体的架构方式是以以下方式结合：见图7.8 当吸附时由于Cl会产生架桥作用，且其半径较大使其吸附不易良好，尤其如果孔内的Roughness(粗糙度)不适当更可能造成问题。
4. 孔壁吸附了负离子团，即中和形成中和电性
速化(Accelerator):
1.Pd胶体吸附后必须去除Sn,使Pd2+曝露,如此才能在未来无电解铜中产生催化作用
形成化学铜;
基本化学反应为:
Pd+2/Sn+2 (HF)→Pd+2(ad) + Sn+2 (aq); Pd+2(ad) (HCHO)→Pd(s);
3.一般而言Sn与Pd特性不同,Pd为贵金属而Sn则不然,因此其主反应可如下:Sn+2a
Sn+4 + 6F- → SnF6-2 or Sn+2 + 4F- →SnF4-2;
而Pd则有两种情形:
PH>=4 Pd+2 + 2(OH)- → Pd(OH)2; PH<4 Pd+2 + 6F- → PdF6-4;
4.Pd吸附在本系统中本身就不易均匀,故速化所能发挥的效果就极受限制。除去不足
时会产生P.I.,而过长时则可能因为过份去除产生破洞,这也是何以Back_light(背光)观察时会有缺点的原因;
5.活化后水洗不足或浸泡太久会形成Sn+2 a Sn(OH)2 或 Sn(OH)4,此易形成胶体
膜。而Sn+4过高也会形成Sn(OH)4,尤其在Pd吸太多时易呈PTH粗糙;
6.液中悬浮粒子多,易形成PTH粗糙 化学铜沉积(Electroless Deposit):
1.利用孔内沉积的Pd催化无电解铜与HCHO作用, 使化学铜沉积
2.Pd在化学铜槽的功能有二：