PCB水平電鍍技術(shù)分享

1、PCBk平電鍍技術(shù)分享二.水平電鍍原理簡析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)生電極反響使電解液主成份產(chǎn)生電離, 使帶電的正離子向電 極反響區(qū)的負(fù)相移動(dòng)；帶電的負(fù)離子向電極反響區(qū)的正相移動(dòng), 于是 產(chǎn)生金屬沉積鍍層和放出氣體.由于金屬在陰極沉積的過程分為三步：第一步,即金屬的水化離子向陰極擴(kuò)散；第二步就是金屬水化離子在通過雙電層時(shí), 逐步脫水,并吸附在陰極的外表上；第三步就是吸附在陰極外表的金屬離子接受電子而進(jìn)入金屬晶格中.從實(shí)際觀察到作業(yè)梢的情況是固相的電極與液相電鍍液的界面之間的無法觀察到的異相電子傳遞反響. 其結(jié)構(gòu)可用電鍍理論中的雙 電層原理來說明,當(dāng)電極

2、為陰極并處于極化狀態(tài)情況下, 那么被水分子 包圍并帶有正電荷的陽離子,因靜電作用力而有序的排列在陰極附近,最靠近陰極的陽離子中央點(diǎn)所構(gòu)成的設(shè)相面而稱之亥姆霍茲 (Helmholtz )外層,該外層距電極的距離約約 1 10納米.但是由 于亥姆霍茲外層的陽離子所帶正電荷的總電量, 其正電荷量缺乏以中 和陰極上的負(fù)電荷.而離陰極較遠(yuǎn)的鍍液受到對流的影響, 其溶液層 的陽離子濃度要比陰離子濃度高一些. 此層由于靜電力作用比亥姆霍 茲外層要小,又要受到熱運(yùn)動(dòng)的影響,陽離子排列并不像亥姆霍茲外 層緊密而又整潔,此層稱之謂擴(kuò)散層.擴(kuò)散層的厚度與鍍液的流動(dòng)速率成反比. 也就是鍍液的流動(dòng)速率 越快,擴(kuò)散層就越

3、薄,反那么厚,一般擴(kuò)散層的厚度約 550微米.離 陰極就更遠(yuǎn),對流所到達(dá)的鍍液層稱之謂主體鍍液. 由于溶液的產(chǎn)生 的對流作用會(huì)影響到鍍液濃度的均勻性. 擴(kuò)散層中的銅離子靠鍍液靠 擴(kuò)散及離子的遷移方式輸送到亥姆霍茲外層.而主體鍍液中的銅離子 卻靠對流作用及離子遷移將其輸送到陰極外表. 所在在水平電鍍過程 中,鍍液中的銅離子是靠三種方式進(jìn)行輸送到陰極的附近形成雙電層.鍍液的對流的產(chǎn)生是采用外部現(xiàn)內(nèi)部以機(jī)械攪拌和泵的攪拌、電 極本身的擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)方式,以及溫差引起的電鍍液的流動(dòng). 在越靠近 固體電極的外表的地方,由于其磨擦阻力的影響至使電鍍液的流動(dòng)變 得越來越緩慢,此時(shí)的固體電極外表的對流速率為零.

4、從電極外表到 厚度約為擴(kuò)散層厚度的的十倍,故擴(kuò)散層內(nèi)離子的輸送幾乎不受對流 作用的影響.對流鍍液間所形成的速率梯度層稱之謂流動(dòng)界面層.該流動(dòng)界面層的在電埸的作用下,電鍍液中的離子受靜電力而引起離子輸送稱之 謂離子遷移.其遷移的速率用公式表示如下：u = ze0E / 6 r 其中u為離子遷移速率、z為離子的電荷數(shù)、e0為一個(gè)電子的 電荷量即1.61019C、E為電位、r為水合離子的半徑、為電鍍 液的粘度.根據(jù)方程式的計(jì)算可以看出,電位 E降落越大,電鍍液 的粘度越小,離子遷移的速率也就越快.根據(jù)電沉積理論,電鍍時(shí),位于陰極上的印制電路板為非理想的 極化電極,吸附在陰極的外表上的銅離子獲得電子而

5、被復(fù)原成銅原子, 而使靠近陰極的銅離子濃度降低. 因此,陰極附近會(huì)形成銅離子濃度 梯度.銅離子濃度比主體鍍液的濃度低的這一層鍍液即為鍍液的擴(kuò)散 層.而主體鍍液中的銅離子濃度較高, 會(huì)向陰極附近銅離子濃度較低 的地方,進(jìn)行擴(kuò)散,不斷地補(bǔ)充陰極區(qū)域.印制電路板類似一個(gè)平面 陰極,其電流的大小與擴(kuò)散層的厚度的關(guān)系式為 COTTREL方程式：zFAD Cb - Co 其中I為電流、z為銅離子的電荷數(shù)、F為法拉第常數(shù)、A為陰極外表積、D為銅離子擴(kuò)散系數(shù)(D= KT/6 ( r () Cb為主體鍍液中銅離子濃度、Co為陰極外表銅離子的濃度、D為擴(kuò)散層的厚度、K為波次曼常數(shù)(K = R / N)、T為溫度、

6、r為銅水合離子的半徑、 (為電鍍液的粘度.當(dāng)陰極外表銅離子濃度為零時(shí),其電流稱為極限 擴(kuò)散電流 i( : zFADCb i(=(從上式可看出,極限擴(kuò)散電流的大小決定于主體鍍液的銅離子 濃度、銅離子的擴(kuò)散系數(shù)及擴(kuò)散層的厚度. 當(dāng)主體鍍液中的銅離子的 濃度高、銅離子的擴(kuò)散系數(shù)大、擴(kuò)散層的厚度薄時(shí),極限擴(kuò)散電流就 越大.根據(jù)上述公式得知,要到達(dá)較高的極限電流值,就必須采取適當(dāng) 的工藝舉措,也就是采用加溫的工藝方法.由于升高溫度可使擴(kuò)散系 數(shù)變大,增快對流速率可使其成為渦流而獲得薄而又均一的擴(kuò)散層. 從上述理論分析,增加主體鍍液中的銅離子濃度,提升電鍍液的溫度, 以及增快對流速率等均能提升極限擴(kuò)散電流

7、,而到達(dá)加快電鍍速率的 目的.水平電鍍基于鍍液的對流速度加快而形成渦流,能有效地使擴(kuò)散層的厚度降至10微米左右.故采用水平電鍍系統(tǒng)進(jìn)行電鍍時(shí),其 電流密度可高達(dá)8A/dm2.印制電路板電鍍的關(guān)鍵,就是如何保證基板兩面及導(dǎo)通孔內(nèi)壁銅層厚度的均勻性.要得到鍍層厚度的均一性,就必須保證印制板的兩 面及通孔內(nèi)的鍍液流速要快而又要一致,以獲得薄而均一的擴(kuò)散層.要到達(dá)薄均一的擴(kuò)散層,就目前水平電鍍系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看,盡管該系統(tǒng) 內(nèi)安裝了許多噴咀,能將鍍液快速垂直的噴向印制板, 以加速鍍液在 通孔內(nèi)的流動(dòng)速度,致使鍍液的流動(dòng)速率很快,在基板的上下面及通 孔內(nèi)形成渦流,使擴(kuò)散層降低而又較均一.但是,通常當(dāng)鍍液忽然流

8、 入狹窄的通孔內(nèi)時(shí),通孔的入口處鍍液還會(huì)有反向回流的現(xiàn)象產(chǎn)生,再加上一次電流分布的影響,演常常造成入口處孔部位電鍍時(shí),由于 尖端效應(yīng)導(dǎo)致銅層厚度過厚,通孔內(nèi)壁構(gòu)成狗骨頭形狀的銅鍍層. 根 據(jù)鍍液在通孔內(nèi)流動(dòng)的狀態(tài)即渦流及回流的大小, 導(dǎo)電鍍通孔質(zhì)量的 狀態(tài)分析,只能通過工藝試驗(yàn)法來確定限制參數(shù)到達(dá)印制電路板電鍍 厚度的均一性.由于渦流及回流的大小至今還是無法通過理論計(jì)算的 方法獲知,所以只有采用實(shí)測的工藝方法.從實(shí)測的結(jié)果得知,要控 制通孔電鍍銅層厚度的均勻性,就必須根據(jù)印制電路板通孔的縱橫比來調(diào)整可控的工藝參數(shù),甚至還要選擇高分散水平的電鍍銅溶液, 再 添加適當(dāng)?shù)奶砑觿┘案牧脊╇姺绞郊床捎梅?/p>

9、向脈沖電流進(jìn)行電鍍才給獲得具有高分布水平的銅鍍層.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(dòng)來促進(jìn)微盲孔內(nèi)鍍液的更換及流通, 再改良供電方式利用反脈沖電 流及實(shí)際測試的的數(shù)據(jù)來調(diào)正可控參數(shù),就能獲得滿意的效果.三.水平電鍍系統(tǒng)根本結(jié)構(gòu)根據(jù)水平電鍍的特點(diǎn),它是將印制電路板放置的方式由垂直式變成平行鍍液液面的電鍍方式.這時(shí)的印制電路板為陰極,而電流的供 應(yīng)方式有的水平電鍍系統(tǒng)采用導(dǎo)電夾子和導(dǎo)電滾輪兩種. 從操作系統(tǒng) 方便來談,采用滾輪導(dǎo)電的供給方式較為普遍. 水平電鍍系統(tǒng)中的導(dǎo) 電滾輪除作為陰極外,還具有傳送印制電路板的功能.每個(gè)導(dǎo)電滾輪 都安裝著彈簧裝置,其目

10、的能適應(yīng)不同厚度的印制電路板(0.10 -5.00mn)電鍍的需要.但在電鍍時(shí)就會(huì)出現(xiàn)與鍍液接觸的部位都可能 被鍍上銅層,久面久之該系統(tǒng)就無法運(yùn)行.因此,目前的所制造的水 平電鍍系統(tǒng),大多將陰極設(shè)計(jì)成可切換成陽極,再利用一組輔助陰極, 便可將被鍍互滾輪上的銅電解溶解掉. 為維修或更換方面起見,新的 電鍍設(shè)計(jì)也考慮到容易損耗的部位便于撤除或更換.陽極是采用數(shù)組 可調(diào)整大小的不溶性鈦籃,分別放置在印制電路板的上下位置,內(nèi)裝有直徑為25mn0球狀、含磷量為0.0040.006 %可溶性的銅、陰極 與陽極之間的距離為40mm鍍液的流動(dòng)是采用泵及噴咀組成的系統(tǒng),使鍍液在封閉的鍍梢鍍液內(nèi)前后、上下交替迅速

11、的流動(dòng),并能保證鍍液流動(dòng)的均一性. 為垂直噴向印制電路板,在印制電路板面形成沖壁噴射渦流. 其最終 目的到達(dá)印制電路板兩面及通孔的鍍液快速流動(dòng)形成渦流. 另外梢內(nèi) 裝有過濾系統(tǒng),其中所采用的過濾網(wǎng)為網(wǎng)眼為1.2微米,以過濾去電 鍍過程中所產(chǎn)生的顆粒狀的雜質(zhì),保證鍍液的干凈無污染.在制造水平電鍍系統(tǒng)時(shí),還要考慮到操作方便和工藝參數(shù)的自動(dòng) 限制.由于在實(shí)際電鍍時(shí),隨著印制電路板尺寸的大小、通孔孔徑的 尺寸的大小及所要求的銅厚度的不同、 傳送速度、印制電路板間的距 離、泵馬力的大小、噴咀的方向及電流密度的上下等工藝參數(shù)的設(shè)定, 都需要進(jìn)行實(shí)際測試和調(diào)整及限制,才能獲得符合技術(shù)要求的銅層厚 度.就必采

12、用計(jì)算機(jī)進(jìn)行限制.為提升生產(chǎn)效率及高檔次產(chǎn)品質(zhì)量的 一致性和可靠性,將印制電路板的通孔前后處理包括鍍覆孔根據(jù) 工藝程序,構(gòu)成完整的水平電鍍系統(tǒng),才是滿足新品開發(fā)、上市的需 要.四.水平電鍍的開展優(yōu)勢水平電鍍技術(shù)的開展不是偶然的,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(gè)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)模化的大生產(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(dòng)化作業(yè),對提升和保證作業(yè)過程對基板外表無損害,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)限制,使基板在相同的條件下,保證 每塊印制電路板的外表與孔的鍍層的均一性.(4)從治理角度看,電鍍梢從清理、電鍍液的添加和更換,可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè),不會(huì)由于人為的錯(cuò)誤造成治理上的失控問題.(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,大大節(jié)約清洗水的用量及減少污水處理的壓力.(6)由于該系統(tǒng)采用封閉式