PCB水平电镀的发展
2022-07-09 13:59
为了适应PCB制造向多层化、积层化、功能化和集成化方向迅速发展，带来的高纵横比通孔电镀的需要，发展出水平电镀技术。设计与研制水平电镀系统仍然存在着若干技术性的问题，但水平电镀系统的使用，对印制电路行业来说是很大的发展和进步。特别是多层板通孔的纵横比超过5:1及积层板中大量采用的较深的盲孔，使常规的垂直电镀工艺不能满足高质量、高可靠性互连孔的技术要求。
水平电镀则在制造高密度多层板方面的运用，显示出很大的潜力，不但能节省人力及作业时间而且生产的速度和效率比传统的垂直电镀线要高。而且降低能量消耗、减少所需处理的废液废水废气，而且大大改善工艺环境和条件，提高电镀层的质量水准。
一、水平电镀原理简介
水平电镀技术，是垂直电镀法技术发展的继续，是在垂直电镀工艺的基础上发展起来的新颖电镀技术。这种技术的关键就是应制造出相适应的、相互配套的水平电镀系统，能使高分散能力的镀液，在改进供电方式和其它辅助装置的配合下，显示出比垂直电镀法更为优异的功能作用。
水平电镀与垂直电镀方法和原理是相同的，都必须具有阴阳两极，通电后产生电极反应使电解液主成份产生电离，使带电的正离子向电极反应区的负相移动;带电的负离子向电极反应区的正相移动，于是产生金属沉积镀层和放出气体。
因为金属在阴极的沉积过程分为三个步骤：金属的水合离子扩散到阴极；第二步是当金属水合离子通过双电层时，它们逐渐脱水并吸附在阴极表面；第三步是吸附在阴极表面的金属离子接受电子并进入金属晶格。由于静电作用，该层比亥姆霍兹外层小，并且受到热运动的影响。阳离子排列不像亥姆霍兹外层那样紧密和整齐。该层称为扩散层。扩散层的厚度与镀液的流速成反比。即镀液流速越快，扩散层越薄，越厚。通常，扩散层的厚度约为5-50微米。在远离阴极的地方，通过对流到达的镀液层称为主镀液。因为溶液的对流会影响镀液浓度的均匀性。扩散层中的铜离子通过扩散和离子迁移传输到亥姆霍兹外层。主镀液中的铜离子通过对流和离子迁移被输送到阴极表面。
二、水平电镀的难点及对策
PCB电镀的关键是如何保证基板两侧和通孔内壁铜层厚度的均匀性。为了获得涂层厚度的均匀性，必须确保印制板两侧和通孔中的镀液流速应快速一致，以获得薄而均匀的扩散层。为了获得薄而均匀的扩散层，根据目前水平电镀系统的结构，虽然系统中安装了许多喷咀，但它可以将镀液快速垂直地喷射到印制板上，从而加快镀液在通孔中的流速，因此镀液流速非常快，并且在基板和通孔的上下部分形成涡流，从而使扩散层减少且更均匀。但是，一般情况下，当镀液突然流入狭窄的通孔时，通孔入口处的镀液也会出现反向回流现象。
此外，由于一次电流分布的影响，由于尖端效应，入口孔处的铜层厚度过厚，通孔内壁形成狗骨状铜涂层。根据镀液在通孔内的流动状态，即涡流和回流的大小，以及导电镀通孔质量的状态分析，控制参数只能通过工艺测试方法确定，以实现印刷电路板电镀厚度的均匀性。由于涡流和回流的大小无法通过理论计算得到，因此只能采用测量过程的方法。
从测量结果可知，为了控制通孔镀铜层厚度的均匀性，需要根据印刷电路板通孔的纵横比调整可控的工艺参数，甚至选择分散能力强的镀铜溶液，添加合适的添加剂，改进供电方式，即反向脉冲电流电镀，获得分布能力强的铜镀层。特别是积层板微盲孔数量增加，不但要采用水平电镀系统进行电镀，还要采用超声波震动来促进微盲孔内镀液的更换及流通，再改进供电方式利用反脉冲电流及实际测试的数据来调正可控参数，就能获得满意的效果。
三、水平电镀的发展优势
水平电镀技术的发展不是偶然的，而是高密度、高精度、多功能、高纵横比多层印制电路板产品特殊功能的需要是个必然的结果。它的优势就是要比现在所采用的垂直挂镀工艺方法更为先进，产品质量更为可靠，能实现规模化的大生产。它与垂直电镀工艺方法相比具有以下长处：
（１）适应尺寸范围较宽，无需进行手工装挂，实现全部自动化作业，对提高和确保作业过程对基板表面无损害，对实现规模化的大生产极为有利。
（２）在工艺审查中，无需留有装夹位置，增加实用面积，大大节约原材料的损耗。
（３）水平电镀采用全程计算机控制，使基板在相同的条件下，确保每块印制电路板的表面与孔的镀层的均一性。
（４）从管理角度看，电镀槽从清理、电镀液的添加和更换，可完全实现自动化作业，不会因为人为的错误造成管理上的失控问题。
（５）从实际生产中可测所知，由于水平电镀采用多段水平清洗，节约清洗水用量及减少污水处理的压力。
（６）由于该系统采用封闭式作业，减少对作业空间污染和热量蒸发对工艺环境的直接影响，大大改善作业环境。特别是烘板时由于减少热量损耗，节约了能量的无谓消耗及提高生产效率。
四、总结
水平电镀技术的出现，完全为了适应高纵横比通孔电镀的需要。但由于电镀过程的复杂性和特殊性，在设计与研制水平电镀系统仍存在着若干技术性的问题。这有待在实践过程中改进。尽管如此，水平电镀系统的使用对印制电路行业来说是很大的发展和进步。因为此类型的设备在制造高密度多层板方面的运用，显示出很大的潜力。水平电镀线适用于大规模产量24小时不间断作业，水平电镀线在调试的时候较垂直电镀线稍困难一些，一旦调试完毕是十分稳定的，同时在使用过程中要随时监控镀液的情况对镀液进行调整，确保长时间稳定工作。
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