PCB电镀工艺
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Why training ?
机械问题：易找难修
谁的问题最难？
电气问题：难找易修
电镀问题：难找难修
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课程目标
了解电镀在印制板行业中的应用；
掌握镀铜药水的管控知识； 熟悉生产线保养和维护的基本内容； 掌握镀层品质的评价方法。
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课程内容
第一部分：电镀及化学镀简介； 第二部分：印制板镀铜介绍； 第三部分：电镀药水管理； 第四部分：生产线保养及维护； 第五部分：电镀效果评价； 第六部分：镀层物理性能评估； 第七部分：电镀创新及技术展望。
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电镀铜基本原理
整流器
nene-
+
阳极 离子交换
电镀上铜
阴极(板件)
Cu
Cu Cu2+ + 2e- Cu2+ + 2e-
电镀液组成(H2O+CuSO4.5H2O+H2SO4+Cl-+添加剂)
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可溶性阳极不足之处
阴阳极面积要求比例1：1-1：2！
阳极面积不足（＜阴极）：
电流密度过大，电镀效率下降 容易产生铜粉、高电流区烧焦 严重时出现铜球钝化或不溶解
一次电流分布：主要取决于镀槽和电极的
形状，也称为初次电流分布； 二次电流分布：考虑浓差极化和电化学因 素影响后的电流分布； 三次电流分布：板件实际镀层的厚度分布
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均匀性评价标准
• CoV（Coefficient of 1 X • 镀层厚度平均值： n • 标准偏差： n 1 1(X ) • 铜厚均匀:(评价标准:CoV≤12%） • 板面厚度极差：≤10um（镀厚25um） • 匀均性公差百分比：如±20%
金等 电镀方法：有外加电流（镀铜）、无外加 电流（化学镀）、表面转化（沉锡） 电镀电源：直流电镀、脉冲电镀 电镀方式：垂直电镀、水平电镀 电镀阳极：可溶性阳极、不溶性阳极
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化学镀(Electroless)
• 利用还原剂使金属离子在被镀表面上自催化还原
沉积出金属层；
• 还原剂种类：次磷酸盐和醛类 • 沉积时不需外加电源； • 镀层分布均匀、结构和性能优良； • 印制板主要化学镀：化学沉铜、化学沉镍等
• Q —— 通电量(C) • n —— 沉积出金属物质的量(mol) • z —— 被还原金属离子价态 • F —— 法拉第常数(F=96485) • D —— 电流密度（ASD或ASF） • S—— 电镀面积(dm2或in2):元件面、焊锡面 • t—— 电镀时间(Min) • η—— 电流效率(%)
定期测量镀液TOC值，确认污染程度。
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一、赫氏槽片分析
研究镀液主要组份和添加剂的影响 可显示不同电流密度下的镀层质量 快速分析镀液产生故障的原因
赫氏槽片
赫氏槽
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二、哈林槽试验
模拟生产线实际镀液工作状态 实验室评估镀液深镀能力的最佳方法 用于关键工艺参数的筛选试验
试验样板
哈林槽试验
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电镀药水介绍
ATOTECH（安美特化学公司）
• TP光剂： Cupracid TP Brightener/ Leveller • U+光剂： Cupracid Universal Plus • 脉冲光剂：Cuprapulse S3/S4 inpulse /H6 ROHM AND HASS（罗门哈斯化学公司） • 125光剂： Copper Gleam 125T-AB(CH) • PCM光剂：Copper Gleam PCM Plus Additive • EP-1000光剂：Electroposit 1000 acid Copper
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第六部分：镀层物理性能评价
延展性及抗拉强度测试 • 测试要求：镀铜层厚度≧2mil • 评价标准:延展性≧12%，抗拉强度≧248MPa 热冲击测试 • 测试方法：288℃/10s/3循环 • 评价标准:3Cycle未发现Cracks现象
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镀层物理性能评价
高低温冷热循环测试
•测试条件：125℃，30min→-65℃，30min •评价标准：100 Cycle 孔电阻变化率≤10%。
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第七部分：电镀创新及新技术展望
1.技术创新: • 对现有设备进行技术改造 • 对现用药水进行改良和优化 2.管理创新: • 设备、药水定期保养 • 制程能力与品质定期验证 3.制度创新: • 维护和保养形成制度
创 新 改善
维持
不 断 改 进 和 提 升
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电镀新技术展望
二个提高： • 提高板面均镀能力 • 提高深孔深镀能力 二种技术： • 采用电镀填孔新技术 • 采用脉冲电镀新技术 二个降低： • 降低耗用，节能减排！ • 降低污染，构造和谐！
处理过钛网 水平或垂直 好 高
含磷铜球 垂直 0.5-2.5ASD 较差 低
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阴极电流密度 1.5-8.0ASD
电镀设备介绍
较先进设备：
PAL（亚洲电镀）:垂直连续电镀
AEL（亚硕科技）:垂直连续电镀
ATO（安美特）:水平脉冲电镀
传统设备：
PENC（电镀工程及化工原料有限公司 ） Protek（保德公司） PAT（亿鸿-俊杰）
阳极面积太大（＞2倍阴极）：
影响电流一次分布 容易出现镀液铜离子浓度上升 镀层质量较差，影响分散能力
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二种阳极类型的电流分布图
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可溶性阳极与不溶性阳极比较
不溶性阳极
阳极反应 阳极材料 电镀方式 镀层均匀性 制作成本
2H20→O2 +4H++ 4e-
可溶性阳极
Cu → Cu2+ 2e-
n i i1
Variance）： 100% 29
二、电镀深镀能力
有机添加剂：光亮剂、整平剂浓度 电流密度：低电流(如：1.5ASD以下) 无机化学成份：高酸低铜(10:1以上) 电镀方式：脉冲电镀、直流电镀 药水交换：摇摆、振荡、打气（喷射）、循
环、气动、水平方式等
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深镀能力（Throwing power)
评价标准： AR =8：1 TP≥65% （6点法）
相关说明： 板厚:2.4mm，孔径0.3mm！
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三、电镀效率
阴阳极面积：合适比例（1：1~1：2） 阳极电流密度：0.3~1.8ASD（保养前后） 板件电流密度：0.5~2.5ASD（孤立、大铜面） 导电性能：整流机、电缆、V座、飞巴、夹具 钛篮阳极袋：合适的空隙率大小 药水寿命：新开缸药水或老缸药水
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第一部分：电镀简介
采用电解方法沉积形成镀层的过程 印制线路板加工的核心技术之一 各种技术相互渗透的边缘科学 电镀三大要素：设备、药水、工艺 三大主题：均匀性、深镀能力、电镀效率
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电镀关系图
设备
药水 优异电镀效果
均匀性 深镀能力 电镀效率
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工艺
印制板电镀分类
电镀溶液：镀铜、镀（铅）锡、镀镍、镀
在板件表面和孔壁上镀铜，满足客户要求 深孔电镀是印制线路板的关键所在 镀铜分类：全板电镀和图形电镀
Dry Film
Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4 Layer 5 Layer 6
Dry Film
copper
Tin
Copper
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电镀理论依据
• 法拉第定律：Q＝n*z*F ＝ D*S*t*η
SEM分析镀层结晶结构
•评估标准：结晶致密、杂乱无章 无出现柱状或有方向性晶体
互连应力测试（I.S.T）
•评价标准：100 Cycle 孔电阻变化率≤10%。 •参考标准：IPC-TM-650 2.6.26
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优异品质的稳定控制
稳定的整流机输出和良好的导电性 彻底的设备维护和生产保养 合适的镀液成份和控制条件 合理的工艺参数（如：电流密度等） 严格的有机添加剂控制方法 定期污染测试及镀液净化(如：3KAH/L)
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第三部分：电镀药水管理
化学成份控制：自动添加、分析补加 镀液净化处理： •有形杂质：棉芯过滤、洗缸 •无机杂质：不同电流密度拖缸 •有机杂质：碳芯过滤、碳处理
棉芯过滤
碳处理前后
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电镀液分析方法
无机化学成份分析:Cu2+、 H2SO4 、Cl镀液专业分析方法:
• 赫氏槽分析 • 哈林槽试验 • CVS添加剂分析
脉冲和直流板面均镀比较
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电镀新技术展望
软板电镀
填孔电镀
深孔电镀（20：1） 深孔多次热冲击后
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附件
常用单位换算： 1OZ=1.4mil=35.6µm 1mil=25.4µm=1000 µinch 1µm≈40µinch 1inch=2.54cm 1ASD≈10ASF 1ppm=1mg/L
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三、CVS-循环伏安剥离法
CVS (Cyclic Voltammetric Stripping)
采用电化学分析手段对镀液进行管理 定量测定有机添加剂浓度 监控电镀溶液污染的程度 为研究、优化新的电镀技术提供条件
CVS机
工作曲线
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第四部分：生产线保养和维护
保养是电镀线稳定的前提，需要做细做足！ 设备保养：机器检修、故障排除等 阳极保养：添加铜球、调整位置等 药水保养：更换药水、净化镀液等 清洁保养：缸体冲刷、导电部件清洗等 拖缸处理：铜球形成阳极膜，除金属杂质
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化学沉铜(Electroless Copper)

化学沉铜：完成金属铜的沉积，实现孔的导通(金 属化)，是印制板的重要加工流程。
简单反应原理：在Pd的催化作用下发生反应： Cu2+ + HCHO +3OH– → Cu0 +HCOO– +2H2O 完成化学沉铜后孔壁及表面如下图所示：