PCB水平电镀技能
一、概述
彻底为了习惯高纵横比通孔电镀的需求。但因为电镀进程的复杂性和特别性，水平电镀技能的呈现。规划与研发水平电镀体系依然存在着若干技能性的问题。这有待于在实践进程中加以改进。虽然如此，但水平电镀体系的运用，对印制电路职业来说是很大的开展和前进。因为此类型的设备在制作高密度多层板方面的运用，显现出很大的潜力，不但能节省人力及作业时刻并且出产的速度和功率比传统的笔直电镀线要高。并且下降能量耗费、削减所需处理的废液废水废气，并且大大改进工艺环境和条件，进步电镀层的质量水准。水平电镀线适用于大规模产值 24 小时不间断作业，水平电镀线在调试的时分较笔直电镀线稍困难一些，一旦调试结束是十分安稳的一起在运用进程中要随时监控镀液的状况对镀液进行调整，保证长时刻安稳作业。
PCB制作向多层化、积层化、功用化和集成化方向敏捷的开展。促进印制电路规划很多选用微小孔、窄间隔、细导线进行电路图形的构思和规划，跟着微电子技能的飞速开展。使得PCB制作技能难度更高，特别是 多层板 通孔的纵横比超越5:1及积层板中很多选用的较深的盲孔，使惯例的笔直电镀工艺不能满意高质量、高牢靠性互连孔的技能要求。其主要原因需从电镀原理关于电流散布状况进行剖析，经过实践电镀时发现孔内电流的散布呈现腰鼓形，呈现孔内电流散布由孔边到孔中心逐渐下降，致使很多的铜堆积在表面与孔边，无法保证孔中心需铜的部位铜层应抵达标准厚度，有时铜层极薄或无铜层，严峻时会构成无可挽回的丢失，导致很多的多层板作废。为处理量产中产品质量问题，现在都从电流及增加剂方面去处理深孔电镀问题。高纵横比PCB电镀铜工艺中，大多都是优质的增加剂的辅佐作用下，合作适度的空气搅拌和阴极移动，相对较低的电流密度条件下进行的使孔内的电极反响操控区加大，电镀增加剂的作用才华显现进去，再加上阴极移动十分有利于镀液的深镀才能的进步，镀件的极化度加大，镀层电结晶进程中晶核的构成速度与晶粒长大速度彼此补偿，然后取得高韧性铜层。
这两种工艺办法就显得无力，可是当通孔的纵横比持续增大或呈现深盲孔的状况下。所以发作水平电镀技能。笔直电镀法技能开展的持续，也便是笔直电镀工艺的基础上开展起来的新颖电镀技能。这种技能的要害便是应制作出相习惯的彼此配套的水平电镀体系，能使高涣散才能的镀液，改进供电办法和其它辅佐设备的合作下，显现出比笔直电镀法更为优异的功用作用。
二、水平电镀原理简介
通电后发作电极反响使电解液主成份发作电离，水平电镀与笔直电镀办法和原理是相同的都必须具有阴阳南北极。使带电的正离子向电极反响区的负相移动；带电的负离子向电极反响区的正相移动，所以发作金属堆积镀层和放出气体。因为金属在阴极堆积的进程分为三步：即金属的水化离子向阴极涣散；第二步便是金属水化离子在经过双电层时，逐渐脱水，并吸附在阴极的表面上；第三步便是吸附在阴极表面的金属离子承受电子而进入金属晶格中。从实践观察到作业槽的状况是固相的电极与液相电镀液的界面之间的无法观察到异相电子传递反响。其结构可用电镀理论中的双电层原理来阐明，当电极为阴极并处于极化状况状况下，则被水分子围住并带有正电荷的阳离子，因静电作用力而有序的摆放在阴极邻近，最接近阴极的阳离子中心点所构成的设相面而称之亥姆霍兹（ Helmholtz 外层，该外层距电极的间隔约约1－10纳米。可是因为亥姆霍兹外层的阳离子所带正电荷的总电量，其正电荷量不足以中和阴极上的负电荷。而离阴极较远的镀液遭到对流的影响，其溶液层的阳离子浓度要比阴离子浓度高一些。此层因为静电力作用比亥姆霍兹外层要小，又要遭到热运动的影响，阳离子摆放并不像亥姆霍兹外层严密而又规整，此层称之谓涣散层。涣散层的厚度与镀液的活动速率成反比。也便是镀液的活动速率越快，涣散层就越薄，反则厚，一般涣散层的厚度约5－50微米。离阴极就更远，对流所抵达的镀液层称之谓主体镀液。因为溶液的发作的对流作用会影响到镀液浓度的均匀性。涣散层中的铜离子靠镀液靠涣散及离子的搬迁办法运送到亥姆霍兹外层。而主体镀液中的铜离子却靠对流作用及离子搬迁将其运送到阴极表面。地点水平电镀进程中，镀液中的铜离子是靠三种办法进行运送到阴极的邻近构成双电层。
以及温差引起的电镀液的活动。越接近固体电极的表面的当地，镀液的对流的发作是选用外部现内部以机械搅拌和泵的拌和、电极自身的摇摆或旋转办法。因为其磨擦阻力的影响至使电镀液的活动变得越来越缓慢，此刻的固体电极表面的对流速率为零。从电极表面到对流镀液间所构成的速率梯度层称之谓活动界面层。该活动界面层的厚度约为涣散层厚度的十倍，故涣散层内离子的运送简直不受对流作用的影响。
电镀液中的离子受静电力而引起离子运送称之谓离子搬迁。其搬迁的速率用公式表明如下：ｕ ＝ zeoE/ ６π r η要。其间ｕ为离子搬迁速率、ｚ为离子的电荷数、 eo 为一个电子的电荷量（即 1.61019C Ｅ为电位、ｒ为水合离子的半径、 η为电镀液的粘度。依据方程式的核算能够看出，电埸的作用下。电位Ｅ下降越大，电镀液的粘度?越小，离子搬迁的速率也就越快。
电镀时，依据电堆积理论。坐落阴极上的PCB为非抱负的极化电极，吸附在阴极的表面上的铜离子取得电子而被还原成铜原子，而使接近阴极的铜离子浓度下降。因而，阴极邻近会构成铜离子浓度梯度。铜离子浓度比主体镀液的浓度低的这一层镀液即为镀液的涣散层。而主体镀液中的铜离子浓度较高，会向阴极邻近铜离子浓度较低的当地，进行涣散，不时地弥补阴极区域。PCB相似一个平面阴极，其电流的巨细与涣散层的厚度的关系式为COTTRELL方程式：
其电流称为极限涣散电流II其间I为电流、Z为铜离子的电荷数、F为法拉第常数、A为阴极表面积、D为铜离子涣散系数（D＝KT／6πｒη ）Cb 为主体镀液中铜离子浓度、Co 为阴极表面铜离子的浓度、D为涣散层的厚度、K为波次曼常数（K＝R／N）Ｔ为温度、ｒ为铜水合离子的半径、 η为电镀液的粘度。当阴极表面铜离子浓度为零时。
极限涣散电流的巨细决定于主体镀液的铜离子浓度、铜离子的涣散系数及涣散层的厚度。当主体镀液中的铜离子的浓度高、铜离子的涣散系数大、涣散层的厚度薄时，从上式可看出。极限涣散电流就越大。
要抵达较高的极限电流值，依据上述公式得知。就必须采纳恰当的工艺办法，也便是选用加温的工艺办法。因为升高温度可使涣散系数变大，增快对流速率可使其成为涡流而取得薄而又均一的涣散层。从上述理论剖析，增加主体镀液中的铜离子浓度，进步电镀液的温度，以及增快对流速率等均能进步极限涣散电流，而抵达加快电镀速率的意图水平电镀依据镀液的对流速度加快而构成涡流，能有效地使涣散层的厚度降至10微米左右。故选用水平电镀体系进行电镀时，其电流密度可高达8A/ dm2
便是怎么保证基板双面及导通孔内壁铜层厚度的均匀性。要得到镀层厚度的均一性， PCB 电镀的要害。就必须保证印制板的双面及通孔内的镀液流速要快而又要共同，以取得薄而均一的涣散层。要抵达薄均一的涣散层，就现在水平电镀体系的结构看，虽然该体系内安装了许多喷咀，能将镀液快速笔直的喷向印制板，以加快镀液在通孔内的活动速度，致使镀液的活动速率很快，基板的上下面及通孔内构成涡流，使涣散层下降而又较均一。可是一般当镀液忽然流入狭隘的通孔内时，通孔的入口处镀液还会有反向回流的现象发作，再加上一次电流散布的影响，演常常构成入口处孔部位电镀时，因为顶级效应导致铜层厚度过厚，通孔内壁构成狗骨头形状的铜镀层。依据镀液在通孔内活动的状况即涡流及回流的巨细，导电镀通孔质量的状况剖析，只能经过工艺实验法来确认操控参数抵达PCB电镀厚度的均一性。因为涡流及回流的巨细至今仍是无法经过理论核算的办法获悉，所以只要选用实测的工艺办法。从实测的成果得知，要操控通孔电镀铜层厚度的均匀性，就必需依据PCB通孔的纵横比来调整可控的工艺参数，乃至还要挑选高涣散才能的电镀铜溶液，再增加恰当的增加剂及改进供电办法即选用反向脉冲电流进行电镀才给取得具有高散布才能的铜镀层。
不但要选用水平电镀体系进行电镀，特别是积层板微盲孔数量增加。还要选用超声波轰动来促进微盲孔内镀液的替换及流转，再改进供电办法使用反脉冲电流及实践测验的数据来调正可控参数，就能取得满意的作用。
三、水平电镀体系根本结构
将PCB放置的办法由笔直式变成平行镀液液面的电镀办法。这时的PCB为阴极，依据水平电镀的特色。而电流的供给办法有的水平电镀体系选用导电夹子和导电滚轮两种。从操作体系便利来谈，选用滚轮导电的供给办法较为遍及。水平电镀体系中的导电滚轮除作为阴极外，还具有传送PCB的功用。每个导电滚轮都安装着绷簧设备，其意图能习惯不同厚度的PCB（0.10-5.00mm）电镀的需求。但在电镀时就会呈现与镀液触摸的部位都或许被镀上铜层，久面久之该体系就无法运转。因而，现在的所制作的水平电镀体系，大多将阴极规划成可切换成阳极，再使用一组辅佐阴极，便可将被镀互滚轮上的铜电解溶解掉。为修理或替换方面起见，新的电镀规划也考虑到简单损耗的部位便于撤消或替换。阳极是选用数组可调整巨细的不溶性钛篮，别离放置在PCB的上下方位，内装有直径为25mm圆球状、含磷量为0.004－0.006％可溶性的铜、阴极与阳极之间的间隔为40mm。
使镀液在关闭的镀槽内前后、上下替换敏捷的活动，镀液的活动是选用泵及喷咀组成的体系。并能保证镀液活动的均一性。镀液为笔直喷向PCB，PCB面构成冲壁喷发涡流。其终究意图抵达PCB双面及通孔的镀液快速活动构成涡流。别的槽内装有过滤体系，其间所选用的过滤网为网眼为1.2微米，以过滤去电镀进程中所发作的颗粒状的杂质，保证镀液的洁净无污染。
还要考虑到操作便利和工艺参数的自动操控。因为在实践电镀时，制作水平电镀体系时。跟着PCB尺度的巨细、通孔孔径的尺度的巨细及所要求的铜厚度的不同、传送速度、PCB间的间隔、泵马力的巨细、喷咀的方向及电流密度的高低一级工艺参数的设定，都需求进行实践测验和调整及操控，才华取得符合技能要求的铜层厚度。就必选用核算机进行操控。为进步出产功率及高档次产品质量的共同性和牢靠性，将PCB的通孔前后处理（包含镀覆孔）按照工艺次序，构成完好的水平电镀体系，才是满意新品开发、上市的需求。
四、水平电镀的开展优势
产品质量更为牢靠，水平电镀技能的开展不是偶尔的而是高密度、高精度、多功用、高纵横比多层PCB产品特别功用的需求是个必定的成果。优势便是要比现在所选用的笔直挂镀工艺办法更为先进。能完成规模化的大出产。与笔直电镀工艺办法比较具有以下长处：
无需进行手工装挂，１）习惯尺度规模较宽。完成悉数自动化作业，对进步和保证作业进程对基板表面无危害，对完成规模化的大出产极为有利。
无需留有装夹方位，２）工艺检查中。增加有用面积，大大节省原材料的损耗。
使基板在相同的条件下，３）水平电镀选用全程核算机操控。保证每块PCB的表面与孔的镀层的均一性。
电镀槽从整理、电镀液的增加和替换，４）从办理视点看。可彻底完成自动化作业，不会因为人为的过错构成办理上的失控问题。
因为水平电镀选用多段水平清洗，５）从实践出产中可测所知。大大节省清洗水的用量及削减污水处理的压力。
削减对作业空间的污染和热量的蒸腾对工艺环境的直接影响，６）因为该体系选用关闭式作业。大大改进作业环境。特别是烘板时因为削减热量的损耗，节省了能量的无谓耗费及大大进步出产功率。
