PCB運用含磷的銅球及應用

??隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電路板的生產(chǎn)需求量增加。而銅作為電鍍陽極的重要原料，需求量增加，其中PCB精密電路板則需要用磷銅球作為陽極。磷銅球適用于電子線路板，尤其是高精尖的多層線路板這種電子產(chǎn)品必不可少的重要組件，非常依賴PCB磷銅球陽極作為制造線路板的基礎原材料。因此磷銅陽極球的需求量頗為可觀。本文主要介紹的是PCB的磷銅球，首先介紹了PCB電鍍銅為什么要運用含磷的銅球，其次闡述了磷銅球在PCB中的應用概況以及磷銅球全球市場預估。

??PCB電鍍銅為什么要運用含磷的銅球

??在前期，硫酸銅電鍍都是選用電解銅或無氧銅做陽極，其陽極開關(guān)銅球功率高達100%乃至超越100%，這樣構(gòu)成一系列的問題：槽液中的銅含量不斷升高，添加劑耗費加速，槽液中的銅粉和陽極泥增多，陽極運用功率下降，鍍層極易發(fā)工藝品銅球作毛刺和粗糙缺點。

??1954年，美國Neverse等對陽極的研討發(fā)現(xiàn)：在陽極中摻入少數(shù)的磷，經(jīng)過一段時間的電解處理(電解發(fā)作的陽極黑膜對電鍍恰當重要，因而主張運用電解拖缸板/假鍍板/波浪板在2-3ASD的閥門銅球電流密度下電解4~10小時)，銅陽極的外表生成一層黑色的磷膜，首要的成分是磷化銅Cu3P。這層黑膜具有金屬導電性，改變了銅陽極溶解進程中的一些反響的進程，有用戰(zhàn)勝了上述的一些缺點，對銅的質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性起著重要作用。

??銅陽極的溶解首要是生成二價銅離子，研討試驗證明(旋轉(zhuǎn)環(huán)盤電極和恒電流法)：銅在硫酸銅溶液中的溶解分兩步進行的。

??Cu-e-→Cu+ 基元反響1

??Cu+--e-→Cu2+ 基元反響2

??亞銅離子在陽極作用下氧化成二價銅離子是個慢反響，也能夠經(jīng)過歧化反響生成二價銅離子和單質(zhì)銅，正如在化學沉銅反響中相同。所生成的銅單質(zhì)以電泳得辦法堆積于鍍層中，從而發(fā)作銅粉，毛刺，粗糙等。當陽極中參加少數(shù)的磷后，經(jīng)電解處理(或稱拖缸)在陽極外表生成一層黑色的磷膜，陽極的溶解進程就發(fā)作了一些改變：

??1、黑色磷膜對基元反響2有著明顯的催化作用，加速了亞銅離子的氧化，使慢反響變成快反響，削減槽液中亞銅離子的累積。一起陽極外表的磷膜也可阻撓亞銅離子進入槽液，促使其氧化，削減了進入槽液的亞銅離子。規(guī)范陽極黑色磷銅膜的導電率為1.5×104Ω-1CM-1，具有金屬導電性，不會影響到陽極的導電性，并且磷銅陽極壁春銅陽極的陽極極化小，在Da為1ASD時，含磷0.02---0.05%的銅陽極的陽極電位比無氧銅陽極低50?80mv.黑色陽極磷膜在答應的電流密度下不會構(gòu)成陽極的鈍化。

??2、陽極外表的黑色磷膜會使陽極不正常溶解，纖細顆粒掉落的現(xiàn)象削減，陽極的運用功率提高。當陽極選用0.4?1.2ASD電流密度時，陽極上所含磷量與黑膜厚度呈線性關(guān)系。在陽極磷含量在0.030?0.075%蝕陽極的運用功率高，陽極黑色磷膜生成的比較好。

??亞銅離子在陰極堆積進程中也會發(fā)作：

??Cu2++e-→Cu 3

??Cu2++e-→Cu+ 慢反響 4

??Cu++e-→Cu 快反響 5

??鍍液中的亞銅離子首要經(jīng)過陽極反響和反響4發(fā)作的，盡管含量很纖細，但只需很少數(shù)就可影響鍍層質(zhì)量。亞銅離子進入槽液會對陰極鍍層發(fā)作如下?lián)p害：

??1、構(gòu)成鍍層毛刺粗糙，。在電鍍進程中，銅粉以電泳的辦法在陰極鍍層上堆積的。在電流密度小，溫度高的情況下，陰極電流功率下降，氫離子放電，使酸度下降，水解反響方向向有利銅粉生成的方向進行，毛刺的現(xiàn)象將會加劇。

??2、亞銅離子一起會構(gòu)成鍍層不亮光，整平性差，鍍液混濁等。這也是由于銅粉細密的散布在陰極鍍層上面，構(gòu)成堆積層的細密性差，無光澤。在低電流區(qū)，影響更嚴峻。此刻補加光劑作用不大，加雙氧水除去銅粉，驅(qū)逐徹底雙氧水，彌補光劑，區(qū)域亮光性和整平性會有所改善。一起反響會耗費一部分酸，應恰當彌補些硫酸。

??陽極的磷含量國內(nèi)多為0.3%，國外的研討標明，磷銅陽極中的磷含量到達0.005%以上，既有黑膜構(gòu)成，可是膜過薄，結(jié)合力欠好;磷含量過高，黑膜太厚，陽極泥渣太多，陽極溶解性差，導致鍍液中銅含量下降。陽極磷含量以0.030---0.075%為佳，較佳為0.035?0.070%.國內(nèi)出產(chǎn)設備和工藝落后，拌和不均勻，不能確保磷含量均勻散布，一般加大磷含量到0.1--0.3%;國外選用電解或無氧銅和磷銅合金做質(zhì)料，用中頻感應電爐熔煉，質(zhì)料純度高，磷含量簡單操控，選用中頻感應，磁力拌和作用好，銅磷熔融拌和均勻，自動操控，這樣制作的銅陽極磷散布均勻，溶解均勻，結(jié)晶詳盡，晶粒纖細，陽極運用率高，有利于鍍層潤滑亮光，削減了毛刺和粗糙缺點。

??磷含量對陽極磷膜的影響

??1、磷含量為0.030?0.075%的銅陽極，構(gòu)成的黑膜厚薄適中，結(jié)構(gòu)細密，結(jié)合結(jié)實，不易掉落;險前磷含量過高的銅陽極。磷散布不均勻，溶解使陽極泥過多，從而污染槽液，還會堵塞陽極袋孔，構(gòu)成槽電壓升高。槽電壓升高有會構(gòu)成陽極膜掉落。實踐出產(chǎn)中邊電鍍邊更換陽極簡單發(fā)作毛刺。

??2、磷含量為0.3%的磷銅陽極磷散布不均勻，黑色磷膜過厚，銅的溶解性差。所以常常要把陽極綴滿，并非使陰陽極面積比為1:1，實踐銅陽極掛的多，槽液中的銅含量還有下降的趨勢，也很難堅持平衡。需經(jīng)常補加硫酸銅，從電鍍本錢來看，也是不合算的。電鍍寧可多掛殘次的磷銅陽極，陽極泥增多，實踐的費用也會增多。

??3、實踐上磷含量高的銅陽極生成的黑膜厚度太厚，電阻添加，要維持本來的電流，電壓要升高。

??4、實踐上，磷含量高，黑膜太厚，散布不均勻，還會構(gòu)成低電流區(qū)不亮光，纖細麻砂狀。

??盡管含磷0.3%銅陽極黑膜厚度能夠削減亞銅離子進入槽液，可是因其結(jié)構(gòu)疏松，散布不均勻，作用作用大減。別的電解液中存在化學可逆反響：

??Cu2++ Cu -→ 2Cu+

??在常溫下，此反響的平衡常數(shù)為K=( Cu+)2/( Cu2+)=0.5X10-4

??溫度升高，亞銅離子濃度也會升高。亞銅離子在槽液中以硫酸亞銅的辦法存在，在空氣拌和時會被氧化。在酸度下降情況下，硫酸亞銅水解氧化亞銅(銅粉)，同粉滯留在陰極高電流區(qū)，堆積必定量即發(fā)作毛刺;在低電流區(qū)，電流功率下降，氫離子放電較多，相對該處酸度下降，水解向生成銅粉方向進行，

??Cu2SO4+H2O=Cu2O+H2SO4

??較多的銅粉滯留在陰極外表會構(gòu)成陰極鍍層不亮光，細麻砂。若沒有空氣拌和，電流密度開得很小的情況下，這種情況在低電流區(qū)很發(fā)作。

??運用磷含量少的銅陽極，由于黑色磷膜細密，亞銅力子很難溶入槽液，只需用空氣拌和，操控硫酸濃度不要偏低，電流密度略高些，區(qū)域的不但量和麻砂狀即可戰(zhàn)勝。

??磷銅球在PCB中的應用概況

??1、磷銅球用于PCB板之一次銅及二次銅制程，主要在于形成通孔的導電銅層

??雙層以上的PCB板產(chǎn)品，由于不同層板之間的線路沒有直接相連，故必須透過導通孔的結(jié)構(gòu)來連接不同板層之間的線路，以利電性的傳遞。

??在PCB板的制程中，歷經(jīng)內(nèi)層板的線路制作、多層壓合及機械鉆孔后，為了使鉆孔形成導通的狀態(tài)，須再進行除膠渣、除毛頭及化學銅的程序，生成一薄銅層。爾后，透過電解鍍銅的方式來進行一次鍍銅及二次鍍銅，增加銅層厚度以強化導孔的導電效果。磷銅球即為用于一次銅及二次銅的關(guān)鍵材料。

??2、磷銅球為PCB鍍銅制程的陽極材料，銅球中加磷在防止亞銅影響鍍膜質(zhì)量

??磷銅球在PCB電鍍槽中扮演陽極的角色，故磷銅球又稱為陽極銅球。當電解反應開始進行時，磷銅球中的銅原子將丟電子而形成銅離子，帶正電的銅離子會往陰極所在的待鍍PCB板移動，在PCB板的表面得電子而生成銅膜。

??在PCB板鍍銅的反應中，磷并沒有直接參與反應，加磷目的主要在于減緩銅原子的析出速度。若銅原子解離的速度過快，會產(chǎn)生大量的亞銅離子，兩顆亞銅離子將互相反應成銅原子及銅離子。溶液中的銅原子則會以電泳的方式隨機吸附于PCB板上，影響銅鍍層的生成結(jié)構(gòu)，劣化銅鍍層的品質(zhì)。

??磷銅球全球市場預估

??1、PCB板廠商移往大陸的趨勢不變，磷銅球成長表現(xiàn)也以大陸市場表現(xiàn)較佳。

??中國大陸PCB產(chǎn)值占全球比重由2000年的8.5%快速提升，預計今年產(chǎn)值比重可達全球的25.2%。由于PCB板產(chǎn)品移往大陸生產(chǎn)的趨勢持續(xù)發(fā)酵，目前大陸PCB總產(chǎn)值已達全球較高水平。

??估算，全球磷銅球市場將由2003年的146，501頓增加至2008年的192，988頓，CAGR(03-08)為5.7%。在各區(qū)域之中則以大陸地區(qū)的成長表現(xiàn)較佳，CAGR(03-08)達10.1%。