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沉铜工艺学习资料

一． 沉铜的目的与作用：
在已钻孔的不导电的孔壁基材上，用化学的方法沉积上一层薄薄的化学铜，以作为后面电镀铜的基底；
二． 工艺流程：
碱性除油→二或三级逆流漂洗→粗化（微蚀）→二级逆流漂洗→预浸→活化→二级逆流漂洗→解胶→二级逆流漂洗→沉铜→二级逆流漂洗→浸酸
三． 流程说明：
（一）碱性除油
① 作用与目的：
除去板面油污，指印，氧化物，孔内粉尘；对孔壁基材进行极性调整（使孔壁由负电荷调整为正电荷）便于后工序中胶体钯的吸附；
② 多为碱性除油体系，也有酸性体系，但酸性除油体系较碱性除油体系无论除油效果，还是电荷调整效果都差，表现在生产上即沉铜背光效果差，孔壁结合力差，板面除油不净，容易产生脱皮起泡现象。
③ 碱性体系除油与酸性除油相比：操作温度较高，清洗较困难；因此在使用碱性除油体系时，对除油后清洗要求较严
④ 除油调整的好坏直接影响到沉铜背光效果；
（二）微蚀：
① 作用与目的：
除去板面的氧化物，粗化板面，保证后续沉铜层与基材底铜之间良好的结合力；
新生成的铜面具有很强的活性，可以很好吸附胶体钯；
② 粗化剂：
目前市场上用的粗化剂主要用两大类：硫酸双氧水体系和过硫酸体系，硫酸双氧水体系优点：溶铜量大，（可达50g/L），水洗性好，污水处理较容易，成本较低，可回收，
缺点：板面粗化不均匀，槽液稳定性差，双氧水易分解，空气污染较重
过硫酸盐包括过硫酸钠和过硫酸铵，过硫酸铵较过硫酸钠贵，水洗性稍差，污水处理较难，与硫酸双氧水体系相比，过硫酸盐有如下优点：槽液稳定性较好，板面粗化均匀，
缺点：溶铜量较小（25g/L）过硫酸盐体系中硫酸铜易结晶析出，水洗性稍差，成本较高；
③ 另外有杜邦新型微蚀剂单过硫酸氢钾，使用时，槽液稳定性好，板面粗化均匀，粗化速率稳定，不受铜含量的影响，操作简单，适宜于细线条，小间距，高频板等
（三）预浸/活化：
⑤ 预浸目的与作用：主要是保护钯槽免受前处理槽液的污染，延长钯槽的使用寿命，主要成分除氯化钯外与钯槽成份一致，可有效润湿孔壁，便于后续活化液及时进入孔内活化使之进行足够有效的活化；
⑥ 预浸液比重一般维持在18波美度左右，这样钯槽就可维持在正常的比重20波美度以上；
⑦ 活化的目的与作用：经前处理碱性除油极性调整后，带正电的孔壁可有效吸附足够带有负电荷的胶体钯颗粒，以保证后续沉铜的均匀性，连续性和致密性；因此除油与活化对后续沉铜的质量起着十分重要的作用，
⑧ 生产中应特别注意活化的效果，主要是保证足够的时间，浓度（或强度）
⑨ 活化液中的氯化钯以胶体形式存在，这种带负电的胶体颗粒决定了钯槽维护的一些要点：保证足够数量的亚锡离子和氯离子以防止胶体钯解胶，（以及维持足够的比重，一般在18波美度以上）足量的酸度（适量的盐酸）防止亚锡生成沉淀，温度不宜太高，否则胶体钯会发生沉淀，室温或35度以下；
（四）解胶：
⑩ 作用与目的：可有效除去胶体钯颗粒外面包围的亚锡离子，使胶体颗粒中的钯核暴露出来，以直接有效催化启动化学沉铜反应，
⑪ 原理：因为锡是两性元素，它的盐既溶于酸又溶于碱，因此酸碱都可做解胶剂，但是碱对水质较为敏感，易产生沉淀或悬浮物，极易造成沉铜孔破；盐酸和硫酸是强酸，不仅不利与作多层板，因为强酸会攻击内层黑氧化层，而且容易造成解胶过度，将胶体钯颗粒从孔壁板面上解离下来；一般多使用氟硼酸做主要的解胶剂，因其酸性较弱，一般不造成解胶过度，且实验证明使用氟硼酸做解胶剂时，沉铜层的结合力和背光效果，致密性都有明显提高；
（五）沉铜
⑫ 作用与目的：通过钯核的活化诱发化学沉铜自催化反应，新生成的化学铜和反应副产物氢气都可以作为反应催化剂催化反应，使沉铜反应持续不断进行。通过该步骤处理后即可在板面或孔壁上沉积一层化学铜。
⑬ 原理：利用甲醛在碱性条件下的还原性来还原被络合的可溶性铜盐。
⑭ 空气搅拌：槽液要保持正常的空气搅拌，目的是氧化槽液中的亚铜离子和槽液中的铜粉，使之转化为可溶性的二价铜。
四． 工艺维护
（一） 碱性除油剂：
① 生产注意维护内容：槽液的温度应在60-80度范围内，温度低于60度不应开始生产，否则会造成沉铜不良；槽液浓度应维持在4-6%，浓度过低，除油调整效果不佳，同样也会影响活化沉铜效果；除油浓度过高（超过10%），会造成水洗困难，容易引起板面水洗不良而造成的起泡脱皮现象；除油时间应控制在6分钟左右，不宜太短，否则也会造成活化沉铜效果不佳；
② 药品添加维护：应根据生产板面积累加来及时补充药品，添加频率应根据槽子体积的大小和生产的方便来调整，一般，100升沉铜槽添加除油剂大约按100平米添加0。6升为最佳；随着生产的不断进行，槽液也会不断发生老化，一方面是钻孔粉尘，油污，铜离子等清洗异物，一方面是在长期高温条件下，有机物的分解，二者不断的累积会影响除油调整效果，因此达到一定产量后，槽液需要更换，重新开缸；一般除油更换每升工作液生产约20平米左右即可更换，同时除油液中铜含量也可作为槽液老化的一项参考指标，因各家配方原料不一，因此对铜离子的容忍度也有很大不同，我公司除油液铜含量可高达3-4克/升；
③ 过滤系统：一般建议除油槽加装过滤系统，不仅可以有效过滤槽液中的粉尘杂质，同时也可有效搅拌槽液，增强槽液对孔壁的清洗调整效果；滤芯一般使用5—10um的PP滤芯，每小时过滤4-6次；
④ 板面经除油水洗后，应该没有油污，氧化斑存在，即为除油效果良好；
⑤ 板件从除油槽取出时，应注意滴液，尽量减少槽液带出损失，已造成不必要的浪费和增加后清洗的困难度；
⑥ 除油后水洗要充分，建议采用热水洗后，加1-2道自来水洗；
（二）微蚀：
① 生产注意事项：微蚀槽生产主要是注意时间控制，一般时间在1-2分钟左右，时间过短，粗化效果不良，板面发花或粗化深度不够，沉铜电镀后，铜层结合力不足，易产生起泡脱皮现象；粗化过度，孔口铜基材很容易被蚀掉，形成孔口露基材，造成不必要的报废；另外槽液的温度特别是夏天，一定要注意，温度太高，粗化太快或温度太低，粗化太慢或不足都会产生上述质量缺陷；微蚀槽如使用过硫酸盐体系时，铜含量一般控制在25克/升以下，铜含量太高，会影响粗化效果和微蚀速率；另外过硫酸盐的含量应控制在80—120克/升；
② 微蚀槽在开缸时，应留约1/4的旧槽液，以保证槽液中有适量的铜离子，避免新开缸槽液粗化速率太快，过硫酸盐补充应按50平米/3—6公斤来及时补充；另外微蚀槽负载不宜过大，亦即开缸时应尽量开大些，防止槽液因负载过大而造成槽液温度升高过快，影响板面粗化效果；
③ 板面经微蚀处理后，颜色应为均匀粉红色；否则说明除油不足或除油后水洗不良或粗化不良（可能是时间不足，微蚀剂浓度太低，槽液铜含量太高等原因造成），应及时检查反馈并处理；
④ 板件从水洗槽进入微蚀槽应注意滴水，尽量减少滴水带入，造成槽液稀释和温度变化过大，同时板件从微蚀槽取出时，也应注意滴液时间充分；
（三）预浸/活化
① 预浸液维护主要是槽液的比重和盐酸含量；槽液的比重主要取决于亚锡离子和氯离子的含量，盐酸主要是防止亚锡离子的水解和清洗板面氧化物；预浸槽槽液比重一般控制在18波美度左右，至少在16波美度以上；活化槽主要是监测槽液的活化强度，一般活化强度控制在30%左右，至少在20%以上，时间在7分钟左右；活化槽的比重只是作为参考项目，一般不需监测，只要预浸槽维护正常，钯水正常添加，钯槽比重即可维持20波美度以上；温度较低时，特别是冬天，活化槽应注意温度控制，温度应保持在25度左右；
② 预浸槽槽液一般也按每升工作液生产20平米产量更换，有时也用铜含量作为参考控制项目，一般铜含量控制在1克/升以下；开缸时多采用预浸液原液开缸，补充时采用预浸盐；预浸盐的补充100升工作槽添加多按每50平米添加预浸盐2公斤左右；
③ 钯槽使用寿命较长，维护良好时，可使用3-5年，槽液100升一般按50平米补加约200-300毫升胶体钯，
④ 钯缸应加装过滤系统，注意过滤系统预槽液接触处均应无金属存在，否则槽液会腐蚀金属，继而污染钯缸，造成钯缸报废和生产板的质量问题；
⑤ 板件从水洗槽取出进入预浸槽前，应注意减少滴水带入，以免稀释预浸液，降低槽液酸度，造成亚锡水解，槽液变混浊，同时也会污染活化槽；板件经预浸槽后直接进入活化槽，活化后应注意滴液，减少带出损失；
⑥ 活化后水洗要充分，减少板面污染；板面水洗后，颜色应均匀，无明显孔口流液痕迹；
（四）解胶
① 解胶液主要是控制槽液浓度，一般控制在10%左右，时间控制在5分钟左右，冬天应注意温度控制；
② 解胶液的更换一般也按上述除油和预浸的更换规则更换，除此之外，解胶液的铜含量也作为一个参考监测项目，铜含量一般控制在0。7克/升以下；
③ 板件从水洗进入解胶槽或从解胶槽取出时应注意滴水充分，保证槽液和生产的稳定性；板面水洗后，颜色应均匀，无明显孔口流液痕迹；
（五）沉铜
① 沉铜槽主要是添加AB药水，A药水主要补充铜和甲醛，B药水主要补充氢氧化钠，AB液应该均衡添加，以防槽液比例失调；
② 沉铜槽药水一般是溢流或定期舀出部分废液，及时补充新液即可；沉铜的添加一般按6-10平米AB液各加1升左右；
③ 沉铜槽应保持连续的空气搅拌，建议加装过滤系统，使用10um的PP滤芯，每周应及时更换滤芯；
④ 应定期清洗沉铜槽内的析铜，否则会造成不必要的浪费和槽液的稳定性变差，清洗时可用废旧微蚀液浸泡干净后，彻底水洗干净后方可备用，以防微蚀剂污染沉铜槽；清洗时，应将槽液倒入一干净的备用槽内，并保持轻微空气搅拌；不生产时，槽液只要保持轻微空气搅拌即可；生产时空气搅拌液不宜太大，否则甲醛会挥发，槽液稳定性差，同时车间环境也会变差，无论从生产稳定，还是从车间环境安全来讲，大家都应该注意控制；
⑤ 沉铜液在长期停置不生产时，应该做报废处理；同时，沉铜液100升的槽体积在生产3000平米左右应重新开缸配槽；
⑥ 沉铜后板件应水洗干净，然后放入2%的稀硫酸液浸泡；主要是除去板面上铜钝化膜，以免影响化学铜与电镀铜之间的结合力；