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PCB水平電鍍的發(fā)展

2022-07-09 13:59

為了適應(yīng)PCB制造向多層化、積層化、功能化和集成化方向迅速發(fā)展，帶來的高縱橫比通孔電鍍的需要，發(fā)展出水平電鍍技術(shù)。設(shè)計(jì)與研制水平電鍍系統(tǒng)仍然存在著若干技術(shù)性的問題，但水平電鍍系統(tǒng)的使用，對印制電路行業(yè)來說是很大的發(fā)展和進(jìn)步。特別是多層板通孔的縱橫比超過5:1及積層板中大量采用的較深的盲孔，使常規(guī)的垂直電鍍工藝不能滿足高質(zhì)量、高可靠性互連孔的技術(shù)要求。

 

水平電鍍則在制造高密度多層板方面的運(yùn)用，顯示出很大的潛力，不但能節(jié)省人力及作業(yè)時間而且生產(chǎn)的速度和效率比傳統(tǒng)的垂直電鍍線要高。而且降低能量消耗、減少所需處理的廢液廢水廢氣，而且大大改善工藝環(huán)境和條件，提高電鍍層的質(zhì)量水準(zhǔn)。

 

一、水平電鍍原理簡介

水平電鍍技術(shù)，是垂直電鍍法技術(shù)發(fā)展的繼續(xù)，是在垂直電鍍工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新穎電鍍技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵就是應(yīng)制造出相適應(yīng)的、相互配套的水平電鍍系統(tǒng)，能使高分散能力的鍍液，在改進(jìn)供電方式和其它輔助裝置的配合下，顯示出比垂直電鍍法更為優(yōu)異的功能作用。

 

水平電鍍與垂直電鍍方法和原理是相同的，都必須具有陰陽兩極，通電后產(chǎn)生電極反應(yīng)使電解液主成份產(chǎn)生電離，使帶電的正離子向電極反應(yīng)區(qū)的負(fù)相移動;帶電的負(fù)離子向電極反應(yīng)區(qū)的正相移動，于是產(chǎn)生金屬沉積鍍層和放出氣體。

 

因?yàn)榻饘僭陉帢O的沉積過程分為三個步驟：金屬的水合離子擴(kuò)散到陰極；第二步是當(dāng)金屬水合離子通過雙電層時，它們逐漸脫水并吸附在陰極表面；第三步是吸附在陰極表面的金屬離子接受電子并進(jìn)入金屬晶格。由于靜電作用，該層比亥姆霍茲外層小，并且受到熱運(yùn)動的影響。陽離子排列不像亥姆霍茲外層那樣緊密和整齊。該層稱為擴(kuò)散層。擴(kuò)散層的厚度與鍍液的流速成反比。即鍍液流速越快，擴(kuò)散層越薄，越厚。通常，擴(kuò)散層的厚度約為5-50微米。在遠(yuǎn)離陰極的地方，通過對流到達(dá)的鍍液層稱為主鍍液。因?yàn)槿芤旱膶α鲿绊戝円簼舛鹊木鶆蛐?。擴(kuò)散層中的銅離子通過擴(kuò)散和離子遷移傳輸?shù)胶ツ坊羝澩鈱?。主鍍液中的銅離子通過對流和離子遷移被輸送到陰極表面。

 

二、水平電鍍的難點(diǎn)及對策

PCB電鍍的關(guān)鍵是如何保證基板兩側(cè)和通孔內(nèi)壁銅層厚度的均勻性。為了獲得涂層厚度的均勻性，必須確保印制板兩側(cè)和通孔中的鍍液流速應(yīng)快速一致，以獲得薄而均勻的擴(kuò)散層。為了獲得薄而均勻的擴(kuò)散層，根據(jù)目前水平電鍍系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，雖然系統(tǒng)中安裝了許多噴咀，但它可以將鍍液快速垂直地噴射到印制板上，從而加快鍍液在通孔中的流速，因此鍍液流速非常快，并且在基板和通孔的上下部分形成渦流，從而使擴(kuò)散層減少且更均勻。但是，一般情況下，當(dāng)鍍液突然流入狹窄的通孔時，通孔入口處的鍍液也會出現(xiàn)反向回流現(xiàn)象。

 

此外，由于一次電流分布的影響，由于尖端效應(yīng)，入口孔處的銅層厚度過厚，通孔內(nèi)壁形成狗骨狀銅涂層。根據(jù)鍍液在通孔內(nèi)的流動狀態(tài)，即渦流和回流的大小，以及導(dǎo)電鍍通孔質(zhì)量的狀態(tài)分析，控制參數(shù)只能通過工藝測試方法確定，以實(shí)現(xiàn)印刷電路板電鍍厚度的均勻性。由于渦流和回流的大小無法通過理論計(jì)算得到，因此只能采用測量過程的方法。

 

從測量結(jié)果可知，為了控制通孔鍍銅層厚度的均勻性，需要根據(jù)印刷電路板通孔的縱橫比調(diào)整可控的工藝參數(shù)，甚至選擇分散能力強(qiáng)的鍍銅溶液，添加合適的添加劑，改進(jìn)供電方式，即反向脈沖電流電鍍，獲得分布能力強(qiáng)的銅鍍層。特別是積層板微盲孔數(shù)量增加，不但要采用水平電鍍系統(tǒng)進(jìn)行電鍍，還要采用超聲波震動來促進(jìn)微盲孔內(nèi)鍍液的更換及流通，再改進(jìn)供電方式利用反脈沖電流及實(shí)際測試的數(shù)據(jù)來調(diào)正可控參數(shù)，就能獲得滿意的效果。

 

三、水平電鍍的發(fā)展優(yōu)勢

水平電鍍技術(shù)的發(fā)展不是偶然的，而是高密度、高精度、多功能、高縱橫比多層印制電路板產(chǎn)品特殊功能的需要是個必然的結(jié)果。它的優(yōu)勢就是要比現(xiàn)在所采用的垂直掛鍍工藝方法更為先進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量更為可靠，能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；拇笊a(chǎn)。它與垂直電鍍工藝方法相比具有以下長處：

（１）適應(yīng)尺寸范圍較寬，無需進(jìn)行手工裝掛，實(shí)現(xiàn)全部自動化作業(yè)，對提高和確保作業(yè)過程對基板表面無損害，對實(shí)現(xiàn)規(guī)?；拇笊a(chǎn)極為有利。

（２）在工藝審查中，無需留有裝夾位置，增加實(shí)用面積，大大節(jié)約原材料的損耗。

（３）水平電鍍采用全程計(jì)算機(jī)控制，使基板在相同的條件下，確保每塊印制電路板的表面與孔的鍍層的均一性。

（４）從管理角度看，電鍍槽從清理、電鍍液的添加和更換，可完全實(shí)現(xiàn)自動化作業(yè)，不會因?yàn)槿藶榈腻e誤造成管理上的失控問題。

（５）從實(shí)際生產(chǎn)中可測所知，由于水平電鍍采用多段水平清洗，節(jié)約清洗水用量及減少污水處理的壓力。

（６）由于該系統(tǒng)采用封閉式作業(yè)，減少對作業(yè)空間污染和熱量蒸發(fā)對工藝環(huán)境的直接影響，大大改善作業(yè)環(huán)境。特別是烘板時由于減少熱量損耗，節(jié)約了能量的無謂消耗及提高生產(chǎn)效率。

 

四、總結(jié)
水平電鍍技術(shù)的出現(xiàn)，完全為了適應(yīng)高縱橫比通孔電鍍的需要。但由于電鍍過程的復(fù)雜性和特殊性，在設(shè)計(jì)與研制水平電鍍系統(tǒng)仍存在著若干技術(shù)性的問題。這有待在實(shí)踐過程中改進(jìn)。盡管如此，水平電鍍系統(tǒng)的使用對印制電路行業(yè)來說是很大的發(fā)展和進(jìn)步。因?yàn)榇祟愋偷脑O(shè)備在制造高密度多層板方面的運(yùn)用，顯示出很大的潛力。水平電鍍線適用于大規(guī)模產(chǎn)量24小時不間斷作業(yè)，水平電鍍線在調(diào)試的時候較垂直電鍍線稍困難一些，一旦調(diào)試完畢是十分穩(wěn)定的，同時在使用過程中要隨時監(jiān)控鍍液的情況對鍍液進(jìn)行調(diào)整，確保長時間穩(wěn)定工作。