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解析PCB水平电镀技术

  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,水平电镀技术的呈现。设计与研制水平电镀系统仍然存在着若干技术性的问题。这有待于在实践过程中加以改进。尽管如此,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。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,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。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。
  PCB制造向多层化、积层化、功能化和集成化方向迅速的发展。促使印制电路设计大量采用微小孔、窄间距、细导线进行电路图形的构思和设计,随着微电子技术的飞速发展。使得PCB制造技术难度更高,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。其主要原因需从电镀原理关于电流分布状态进行分析,通过实际电镀时发现孔内电流的分布呈现腰鼓形,出现孔内电流分布由孔边到孔中央逐渐降低,致使大量的铜沉积在外表与孔边,无法确保孔中央需铜的部位铜层应达到规范厚度,有时铜层极薄或无铜层,严重时会造成无可挽回的损失,导致大量的多层板报废。为解决量产中产品质量问题,目前都从电流及添加剂方面去解决深孔电镀问题。高纵横比PCB电镀铜工艺中,大多都是优质的添加剂的辅助作用下,配合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应控制区加大,电镀添加剂的作用才干显示进去,再加上阴极移动非常有利于镀液的深镀能力的提高,镀件的极化度加大,镀层电结晶过程中晶核的形成速度与晶粒长大速度相互补偿,从而获得高韧性铜层。
  这两种工艺措施就显得无力,然而当通孔的纵横比继续增大或出现深盲孔的情况下。于是发生水平电镀技术。垂直电镀法技术发展的继续,也就是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,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。
  二、水平电镀原理概况
  通电后发生电极反应使电解液主成份产生电离,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。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,于是发生金属堆积镀层和放出气体。因为金属在阴极沉积的过程分为三步:即金属的水化离子向阴极扩散;第二步就是金属水化离子在通过双电层时,逐步脱水,并吸附在阴极的外表上;第三步就是吸附在阴极表面的金属离子接受电子而进入金属晶格中。从实际观察到作业槽的情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应。其结构可用电镀理论中的双电层原理来说明,当电极为阴极并处于极化状态情况下,则被水分子包围并带有正电荷的阳离子,因静电作用力而有序的排列在阴极附近,最靠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,该外层距电极的距离约约1-10纳米。但是由于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受到对流的影响,其溶液层的阳离子浓度要比阴离子浓度高一些。此层由于静电力作用比亥姆霍兹外层要小,又要受到热运动的影响,阳离子排列并不像亥姆霍兹外层紧密而又整齐,此层称之谓扩散层。扩散层的厚度与镀液的流动速率成反比。也就是镀液的流动速率越快,扩散层就越薄,反则厚,一般扩散层的厚度约5-50微米。离阴极就更远,对流所到达的镀液层称之谓主体镀液。因为溶液的发生的对流作用会影响到镀液浓度的均匀性。扩散层中的铜离子靠镀液靠扩散及离子的迁移方式输送到亥姆霍兹外层。而主体镀液中的铜离子却靠对流作用及离子迁移将其输送到阴极表面。所在水平电镀过程中,镀液中的铜离子是靠三种方式进行输送到阴极的附近形成双电层。
  以及温差引起的电镀液的流动。越靠近固体电极的外表的地方,镀液的对流的发生是采用外部现内部以机械搅拌和泵的搅拌、电极本身的摆动或旋转方式。由于其磨擦阻力的影响至使电镀液的流动变得越来越缓慢,此时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形成的速率梯度层称之谓流动界面层。该流动界面层的厚度约为扩散层厚度的十倍,故扩散层内离子的输送几乎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输送称之谓离子迁移。其迁移的速率用公式表示如下:u = zeoE/ 6π r η要。其中u为离子迁移速率、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。根据方程式的计算可以看出,电埸的作用下。电位E降落越大,电镀液的粘度越小,离子迁移的速率也就越快。

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