微电子电镀技术

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条件下，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，是疏松的镀层。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困难了，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。克服了电析的困难，析出金属（金属离子得到电子还原的过程）的过程不那么容易了。这种阻力，这种阴极极化，给离子还原后的排列成整齐的晶格创造了必要的条件。使镀层变得细腻致密，而不是疏松。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条件下，在溶液中是很自由的，加入络合剂后，络合物能把中心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，增加了放电的困难，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）变得比较困难。

络合物对中心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条件，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条件，因为有了有机膜的阻挡而不能还原。如果要使其还原（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。如果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，必须增加电场能，必须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，虽然方法不同，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，很自然的，我们经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，提高阴极极化。同时增加药水导电能力。

3,添加剂（包括光亮剂）。吸附在工件表面提高阴极极化。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。如果二者含量过多，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，造成严重的针孔镀层。

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，为了提高可焊性，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）。电镀药水宜采用性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, 随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，引线与引线之间的距离也不过0.3mm。在一个微电子框架上聚集着上千个管子，为了避免线间短路，控制镀层厚度和厚度精度是相当重要的技术指标。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问题。

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，为电镀作准备。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提高镀层与基材的结合力。

2,电镀

现在微电子器件主要是电镀锡，以前主要是镀铅锡。因为铅锡镀层特别好焊接，但铅元素有毒而停用。如果镀的是锡铅合金，则对电镀层有五个基本技术指标。

2.1镀层外观：必须是呈银白色、灰白色，色泽均匀一致，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

厚度中心值的大小和厚度误差的适用性，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锡铅合金金相比例控制

对9010SnPb（90%锡10%铅）合金镀层，对铅含量控制在10%，误差±3.5%。

2.4镀层结合力。通过各种结合力试验合格。

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。因为锡是两性金属（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。

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,电镀线的技术管理

1,挂镀自动线（手工线）的技术管理

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，判断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须比主要功能槽高（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。

如果挂镀槽药水离槽口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。取出镀液后用新配液补充，取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，在不断搅拌镀液的条件下，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。若停止30-60秒钟，上层有明显澄清效果，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。因为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,高速线的技术管理

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,生产线平时维护要点

1,按照（七）电镀线技术管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（三班制生产），对生产线进行大清理。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、补充锡球等工作。

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，把不合格的挂架剔除掉。

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,每班及中途检查喷头是否堵塞，避免交叉污染。