板面电镀均匀性改善研究

2022-10-27

近年来由于电子设备的多功能化, 电子设备的封装技术的迅速变化, 使其向着高密度化、小型化的方向飞速发展。要获得精细导线的蚀刻的高质量其关键因素就是确保镀铜厚度图形表面的均匀性。本文就从影响电镀均匀性的影响因素进行讨论, 并对我司针对镀铜均匀性改善效果进行总结。

1 影响电镀均匀性的主要因素分析

镀层厚度的均匀性取决于电解液本身的性能和电镀规范。从法拉第定律可知, 镀层厚度的均匀性主要反映在阴极表面上电流分布的均匀性。如果电流在阴极表面上分布均匀, 一般说来镀层的厚度也均匀。但在实际电镀过程中, 由于零件外形复杂及电解液性能不同, 往往在其表面上电流的分布不均匀, 造成镀层厚度也不均匀。为了评定金属或电流在阴极表面的分布情况, 人们常采用“分散能力”表示。所谓分散能力是指电解时电流和金属在阴极 (阳极) 表面向着更均匀的方面重新分布的能力。因此, 分散能力是金属在阴极表面上分布均匀程度的量度。

影响镀液中电流分布的因素主要有以下几方面。

1.1 几何因素

几何因素包括电解槽的形状、电极的形状、尺寸及其相对位置等。有研究曾以制作电解液中直流电场的方法深入地研究了几何因素的影响, 实验证明, 只有当阳极与阴极平行, 电极完全切过电解液时, 电力线才互相平行并垂直于电极表面, 此时电流有阴极表面分布就均匀[2]。当电极平行但不完全切过电解液时, 即电极悬在电解液中, 除了有平行的电力线外, 电力线还要通过多余的电解液向电极的边缘集中。当阴极的形状复杂时, 电力线的分布就更复杂了, 在阴极的边缘和尖端电力线比较集中, 即在边缘、棱角和尖端处, 电流密度较大, 这种现象称为边缘效应或尖端效应。

1.2 电化学因素

除了几何因素对电流分布和分散能力有影响外, 更重要的是电化学因素的影响, 包括极化度的大小与电解液的电阻率。

(1) 极化度对电流分布的影响。增大极化度, 电流分布就均匀。极化率大的电解液电流分布更均匀, 分散能力好。除极化度影响分散能力外, 阴极极化的绝对值也有一定影响。如当阴极极化的绝对值远比电解液的欧姆电压降小时, 在电流分布中起主导作用的是电解液的电压降, 而极化对电流分布的影响非常小, 基本上接近于初次电流分布状态, 电流的分布就不均匀。因此, 在电镀生产中, 一般选择电流密度的上限, 因为电流密度增大, 阴极极化的绝对值增加, 分散能力得到改善。但并不是所有的电解液阴极极化的绝对值大, 分散能力就好。

(2) 电解液的电阻率。镀液的导电性能对电流分布和分散能力有较大的影响。一般说来, 镀液的电阻率减小, 远、近阴极与阳极间电解液的电压降低, 电流分布趋于均匀, 分散能力得以增加。

(3) 电流效率对镀层均布的影响。综上所述, 为了使电流和金属在阴极上分布均匀, 应提高电解液的分散能力, 可通过选择适当的络合剂和添加剂, 提高镀液的阴极极化度;添加碱金属盐类或其它强电解质, 提高镀液的导电率;尽可能加大零件与阳极间的距离;采用象形阳极等使电流分布均匀;在挂具设计时, 就使零件的主要被镀面对着阳极并与之平行;零件在电镀槽中应均匀排布。