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表面吸附理论在电镀技术中的应用

来源:龙人计算机研究所 作者:站长 时间:2011-06-13 10:07:33

  一,络合物的配位理论和添加剂的表面吸附理论在电镀技术中的应用
  电镀药水中不是有了金属离子,一通电就能在工件上析出合格的金属镀层的。而是要使阴极在一定的极化前提下,才能析出合格的镀层。
  那么什么叫阴极的极化呢?金属离子在原始的药水中(没有络合剂和添加剂的药水)有一个析出电位,当阴极上加上这个析出电位值时,金属离子就接受电子还原析出金属镀层。但是析出的金属是没有规律的晶格,是松散的镀层。通过加入络合剂或添加剂,会使金属子还原析出镀层的电位向负方向移动,这种现象称之为阴极的极化。例如:原来析出金属镀层的电位为-1.2伏,加入了络合剂或添加剂以后使析出金属镀层的电位为-1.8伏。这说明阴极极化了,其极化的值为-(1.8-1.2)=-0.6伏。阴极极化了,使析出金属镀层相对难题了,需要消耗比原来较高的电能。在相对比较高的电场能下进行电析,也就是在电析时克服了一些阻力。克服了电析的难题,析出金属(金属离子得到电子还原的过程)的过程不那么轻易了。这种阻力,这种阴极极化,给离子还原后的排列成整洁的晶格创造了必要的前提。使镀层变得细腻致密,而不是松散。我们可以调整络合剂或添加剂的量,使阴极得到合适的极化值,直至镀得合格的镀层。
  二,简述络合剂的配位理论
  金属离子在无络合剂的前提下,在溶液中是很自由的,加入络合剂后,络合物能把中央金属离子以配位的方式束缚起来,使金属离子的放电行为变得不自由,增加了放电的难题,甚至改变了离子的电荷性质,由正离子转为负离子。
  例如:两个氰根“”与银离子“”络合后,由正离子转为负离子,使它靠近阴极去放电(接受电子)变得比较难题。
  络合物对中央金属离子的配位络合作用,降低了金属离子的有效浓度,控制了金属离子的活度,增加了阴极的极化,为镀层晶格的细化创造了前提,也就是说络合配位作用控制了金属离子的电化学行为,控制了反应速度和电结晶过程。
  三,简述添加剂的表面吸附理论
  加入镀液的添加剂、表面活性剂一般是有机物。有机物有两个特性:(1)具有电阻(2)在工件表面有较大的吸附力。金属离子要到工件表面(阴极)去放电(接受电子还原),受到吸附在工件表面有机薄膜的阻挡(添加剂的阻挡)。原本可以还原析出的前提,由于有了有机膜的阻挡而不能还原。假如要使其还原(接受阴极的电子),就得增加阴极的电位,使阴极电位变得更负,也就是说有了添加剂的吸附作用,增加了阴极极化。假如我们把吸附在工件表面的有机膜当作成千上万只电容器(微观电容),金属离子要在阴极上放电(接受电子还原),就得冲破(击穿)这些微观电容器,要击穿电容器,必需增加电场能,必需使阴极电位变得更负,也就是说析出电位向负方向移动。上面说过,析出电位向负方向移动的现象,就是阴极极化了。
  如上所言,通过络合物配位的方法和加入添加剂的方法,固然方法不同,理论也不同,但都能达到阴极极化的目的。既然用两种不同的理论和方法都能增加阴极极化,很天然的,我们常常把二者结合起来同时作用于某种镀液,使起到协同作用,增加阴极极化。所以常规的镀液有如下几种材料组成:
  1,主盐。含有被镀金属的盐,提供金属离子。
  2,络合剂。用于与金属离子络合配位,进步阴极极化。同时增加药水导电能力。
  3,添加剂(包括光亮剂)。吸附在工件表面进步阴极极化。有增加药水电阻的效应。
  4,润湿剂。使工件表面与镀液亲润(它常存在于添加剂中)。
  5,抗氧化剂。防止变价金属离子氧化(它常存在于添加剂中)。
  6,晶格细化剂。它可使镀层晶格细腻。
  电镀工程重要的技术之一就是控制络合剂和添加剂的浓度。假如二者含量过多,阴极极化过大,会降低阴极电流效率,降低电析速度,增加析氢量,造成严峻的针孔镀层。
  四,微电子电镀技术的特点
  1,微电子电镀的目的是功能电镀,为了进步可焊性,所以电镀的是可焊性金属镀层。如金、银、锡、锡铅合金、锡铜银合金、锡铈合金、锡铋合金等镀层。
  2,微电子器件一般是塑料封装体,为了减少电镀药水对微电子器件电性的影响(酸、碱的侧蚀作用)。电镀药水宜采用机能比较柔和的烷基磺酸体系,而尽量少用强酸体系,如硫酸和氟硼酸等。
  3,跟着微电子技术的发展,微电子管的塑封体越来越小,微电子管电极的引线越来越细,塑封体小至芝麻粒大,电极引线细至0.3mm左右,引线与引线之间的间隔也不外0.3mm。在一个微电子框架上会萃着上千个管子,为了避免线间短路,控制镀层厚度和厚度精度是相称重要的技术指标。对镀层的要求不宜太厚,尤其是镀层厚度误差精度的控制上严于五金电镀。要求控制±2微米。
  4,从微电子框架的基材特性说,镀前处理尤为重要。在用基材一般是铜基和铁镍合金(Ni42Fe)。Ni42Fe在焊片(D/B)、焊线(W/B)和塑封后固化的工序中极易氧化钝态。
  所以在电镀过程中,去氧化工序成了工艺成败的核心题目。
  五,电镀过程三部曲和电镀功能工序
  1,电镀前处理
  电镀前处理的目的是为了使工件表面彻底干净,为电镀作预备。彻底干净是指工件表面无溢料(残胶、毛刺)、无油污染、无氧化物、表面是活化的。表面活化是指金属表面的晶格暴露得很新鲜。以上的处理都是为了进步镀层与基材的结协力。
  2,电镀
  现在微电子器件主要是电镀锡,以前主要是镀铅锡。由于铅锡镀层特别好焊接,但铅元素有毒而停用。假如镀的是锡铅合金,则对电镀层有五个基本技术指标。
  2.1镀层外观:必需是呈银白色、灰白色,光彩平均一致,无水迹,框架无变形,塑封体乌亮,塑封体完整无缺角、无塌棱,无气孔等缺陷。
  2.2厚度控制
  锡铅合金镀层 10±2微米
  纯锡镀层 12±2微米
  厚度中央值的大小和厚度误差的合用性,由塑封体大小和电极导线(管子引出线)规格所决定。一般说塑封体越小,引线越细,则镀层厚度和厚度误差精度的控制越严要求。
  2.3锡铅合金金比拟例控制
  对9010SnPb(90%锡10%铅)合金镀层,对铅含量控制在10%,误差±3.5%。
  2.4镀层结协力。通过各种结协力试验合格。
  2.5可焊性。通过爬锡试验合格。
  3,镀后处理
  电镀后处理的目的是使产品清洁和干燥。用稀碱中和法除去镀层中的残酸,同时除去吸附在镀层表面的添加剂有机薄膜。由于锡是两性金属(溶于碱也溶于酸),故通过用碱中和也起到化学抛光作用。通过清洗(或加超声波清洗)和烘烤,得到清洁和干燥的电镀产品。
  由以上电镀过程三部曲的分析,电镀工序中去溢料(残胶、毛刺)、除油、去氧化、活化、电镀、中和、漂洗、干燥成为微电子电镀常规的八个功能工序。
  六,除塑封体溢料工艺流程
  目前常用的有2种方法:
  1、
  2、电解松散毛刺后用水刀去毛刺(溢料)。
  七,电镀工艺流程
  1,挂镀自动线
  挂架集中在线外设立的退镀线上退镀。
  2,高速自动线
  八,电镀线的技术治理
  1,挂镀自动线(手工线)的技术治理
  1.1电镀药水的正向控制:
  1.2用赫尔槽试验,对赫尔样片的分析,判定添加剂或光亮剂的量,及时调整添加剂或光亮剂。也可用表面张力环检查添加剂量。
  1.3用比重法或其他化学分析法,控制除油槽、去氧化槽、活化槽、中和槽的浓度。
  1.4控制或检查各槽位的温度,使符合规范。
  1.5控制除油槽、去氧化槽、活化槽、电镀槽、中和槽的液位高度。这五种功能槽液位应该一致,是同样的高度。
  1.6控制检查逆流漂洗槽的水位。第一级漂洗槽的液位必需比主要功能槽高(挂镀线水位落差在20mm左右,滚镀线水位落差40-50mm),以保证挂架和滚斗全部清洗到。
  假如挂镀槽药水离槽口120mm(除油、去氧化、活化、中和槽液位也是离槽口120mm),则第一级漂洗槽水位离槽口为100mm,第二级漂洗水位为80mm,第三级为60mm。
  1.7用絮凝剂处理镀液中的高价锡。在不停产的情况下,每隔1-2天,吸取镀液100-200升,进行絮凝处理,澄清镀液。掏出镀液后用新配液增补,掏出的镀液通过先模拟絮凝试验后进行絮凝处理。清液周转时待用。
  模拟絮凝试验方法:取一升混浊镀液,用移液管吸取10ml絮凝剂,在不断搅拌镀液的前提下,慢慢滴加絮凝剂。加加停停看烧杯上层镀液5mm左右深度有否澄清效果。若休止30-60秒钟,上层有显著澄清效果,则表示已到等当量。记下加入的絮凝剂量,作为絮凝剂耗量的参数(ml/l)。用这参数作为批量混浊镀液絮凝时的参考量。由于当絮凝剂加量不足时,药水澄清效果不佳。但若加入过量,会把二价锡也絮凝损失掉。
  2,高速线的技术治理
  2.1做好药水的正向控制。
  2.2做好赫尔试验和赫尔片分析,调整好添加剂量。
  2.3用比重法和化学分析法调整好,除油槽、去氧化槽、活化槽、中和槽的工艺规范。
  2.4稽核各槽的温度。
  2.5稽核各泵的流量,控制好各槽的液位。
  2.6调整子槽高度,使与加工件的规格配合。
  2.7调整好上料台的高度,使与加工件的规格配合。
  2.8调整好电流参数使与加工件的规格配合。
  2.9检查各泵的流量、压力,有否喷头堵塞现象。
  2.10稽核钢带的运行速度是否符合要求。
  2.11有必要时对药水进行絮凝澄清处理。
  九,出产线平时维护要点
  1,按照(七)电镀线技术治理方法进行各项参数的稽核和调整,澄清镀液。
  2,每班对电镀线电接触部位进行清理,保证电接触良好。
  3,每4-5天(三班制出产),对出产线进行大清理。尤其是电镀槽,要进行洗阳极钛篮、洗锡球、擦极棒、洗阳极PP袋、增补锡球等工作。
  4,调整好阴阳极的面积投影,均衡电力线分布。
  5,对挂架进行整治,把分歧格的挂架剔除掉。
  6,对高速线上钢带的退镀槽进行清理。清除退镀槽中的锡泥,清理阴极板上的锡镀层。
  7,高速线钢带上的夹子损坏的要及时更换。
  8,当钢带老化影响正常运载工件时要及时更换新的钢带。
  9,要每周检查钢带上电刷是否磨损需要更新,同时清理电刷上的污物。
  10,每周对高速线上的子槽进行清理。
  11,每班及半途检查喷头是否堵塞,避免交叉污染。
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