脈沖電鍍技術(shù)參數(shù)介紹

1、脈沖電鍍技術(shù)參數(shù)介紹信豐正天偉研發(fā)部胡青華脈沖電鍍定義:脈沖電鍍廣泛定義為間斷電流電鍍。間斷電流是指正向電流在某一時間出現(xiàn)而在另一時間出現(xiàn)反向電流（或無電流）。自50年代開始已有人從事脈沖電鍍的研究，因脈沖電流能使鍍層結(jié)晶細(xì)化、結(jié)合力高、無孔隙，使鍍層有優(yōu)良的物理化學(xué)性能。70年代脈沖電鍍在PCB行業(yè)中電鍍金上使用，在90年代隨著大電流脈沖技術(shù)上的突破脈沖電鍍應(yīng)用在PCB電鍍銅上。PCB的電鍍銅的發(fā)展歷程：普通直流電鍍一PPR周期反向脈沖電鍍一新型直流電鍍，新型直流電鍍不同于普通直流電鍍的區(qū)別在于在槽液中加入了新型的作用特殊的添加劑來調(diào)整通孔和盲孔孔內(nèi)外的鍍層厚度的分布。常見的脈沖波形有方波、

2、三角波、階梯波、鋸齒波，根據(jù)確定脈沖波形的原則（實鍍效果、偏于分析和研究、易于獲得和控制、便于推廣），方波是最符合要求的波形。目前，脈沖電鍍中使用的波形多為方波。其波形有單向脈沖和雙向脈沖（周期反向脈沖）1 .單向脈沖：實際是就是有關(guān)斷時間的直流電鍍。波形如下所示：2 .雙向脈沖：即周期換向脈沖（PPR）。有以下幾種：a）有關(guān)斷時間的單個脈沖換向，一個正向脈沖經(jīng)過關(guān)斷時間后接一個反向脈沖,這種波形在實際中極小使用，波形如下圖：b）無關(guān)斷時間單個脈沖換向，一個無關(guān)斷時間的正向脈沖緊接著一個無關(guān)斷時間的反向脈沖，這種波形也稱為方波交流電。這種波形能改善鍍層的厚度分布，但對鍍層的結(jié)構(gòu)改善無作用。c）

3、脈動脈沖換向，一組正向脈沖接一組反向脈沖，這種波形是典型的周期換向波形，在功能性電鍍中應(yīng)用最為廣泛，既能改善鍍層的厚度分布又能改善鍍層結(jié)晶結(jié)構(gòu)。d）多組脈沖換向：簡稱多脈沖，在脈動脈沖基礎(chǔ)上增加可編程功能，在每一個程序或每一個時間段采用的脈沖參數(shù)各不一樣。多脈沖電鍍在適當(dāng)?shù)膮?shù)下能形成不同結(jié)構(gòu)和組成的多層鍍層，各層間的應(yīng)力能相互抵消，鍍層脆性下降，抗疲勞強(qiáng)度提高。PCB上所使用的脈沖電鍍嚴(yán)格的說應(yīng)稱為周期脈沖反向電鍍（PeriodicPulseReversePlating）。一般使用的是脈動脈沖波形。周期脈沖反向電鍍（PPR）的工作原理是應(yīng)用正向電流電鍍一段時間（10-20ms）,然后以一高電

4、流短時間反向電鍍（約0.5-2ms）oPPR與電鍍液及添加劑產(chǎn)生作用，將高電流密度區(qū)域極化，重新將電鍍電流再分配到低電流區(qū)域，其效果是在高電流密度區(qū)域的銅鍍層厚度減少，故此，在電路板的小孔中電鍍銅層的厚度會接近甚至超過表面銅層的厚度。脈沖參數(shù)脈沖參數(shù)有：（1）脈沖的頻率；（2）占空比；（3）正反時間比；（4）電流；（5）脈沖波形。脈沖頻率f=一1，高頻脈沖指大于5000Hz，中頻500-5000HZ,低頻小于500Hz,tontoff其中低頻用于陽極氧化很少用于電鍍，實際電鍍貴金屬多用1000Hz左右，對應(yīng)一個周期1ms。占空比1=tx100%指脈沖導(dǎo)通時間占整個脈沖周期的比率（tontoff

5、）電流分為峰值電流Jp和平均電流Jm,兩者之間的關(guān)系：JmH脈沖整流器中顯示的是平均電流。脈沖電流由正向穩(wěn)態(tài)向負(fù)向穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換過程中并非是突變，而是逐漸變化的，主要原因：1.電源、電纜、電鍍設(shè)備存在電感，在轉(zhuǎn)換過程中會阻礙電流的換向，這也是評價整流器和整個電鍍體系的關(guān)鍵參數(shù)；2.電鍍體系中電極-溶液之間存在電容，在電流轉(zhuǎn)向過程中有個充放電的緩沖。以典型的無關(guān)斷時間的單個換向的PPR為例，為了計算方便簡化模型，將電流正反向轉(zhuǎn)換過程電流變化為直線，對其時間點進(jìn)行分段，tab為正向至0的時間，tbc當(dāng)我們的PPR都取常用參數(shù)正向20ms反向1ms，正向電流I,反向電流為0至負(fù)向時間，依次如下圖：3I,進(jìn)

6、行如下計算:由幾何關(guān)系：3tab=tbc=tde=3tef總正向電流電量I正I*(20-tef-tde)+I*(tab+tef)/2=I(20-3tab)總負(fù)向電流電量I負(fù)：3I*(1-tab-tbc)+3I*(tbc+tde)/2=I(3-3tab)正反向電流電量比：I正/I負(fù)=（20-3tab）/（3-3tab）=1+17/（3-3tab）從上式可以看出當(dāng)tab等于0時，正反向電量比才是理論上的20:3,當(dāng)tab等于1時，正反向電量比為無窮大，說明沒有反向電流，為達(dá)到脈沖電鍍的目的需要盡量減小tab,需要降低整流器、電纜、電鍍設(shè)備的電感。深鍍能力與正反向?qū)嶋H脈沖電量有密切關(guān)系，一般來說比值

7、越小，深鍍能力越好，但是過小會影響生產(chǎn)效率和鍍層性能。研究表明：1.對于每種脈沖電鍍藥水都有對應(yīng)的最適合的正反電流比，延長反向電流的時間在一定范圍內(nèi)能幫助提高藥水的深鍍能力；2.不同波形適當(dāng)?shù)慕M合會對電鍍效果有改善作用。PPR的優(yōu)勢1 .所獲得的鍍層比直流電鍍的結(jié)晶細(xì)致，這是脈沖電鍍最最突出的特點；2 .分散能力更強(qiáng)，可獲得孔內(nèi)更均勻厚度的銅鍍層，對于高厚徑比的通孔TP險比直流電鍍高很多3 .所獲得的鍍層純度高，鍍層物性好；4 .添加劑的使用和消耗比直流電鍍要?。? .可采用更高的電流密度進(jìn)行電鍍，提高生產(chǎn)率；6 .在藥水和PPR脈沖參數(shù)匹配好的情況下所獲得鍍層的物性優(yōu)于直流電鍍。PPR的問題

8、1 .PPR的圖形調(diào)整是很困難的，對每一種藥水都不一樣的。因為脈沖電鍍的特點：電流轉(zhuǎn)換方向時，添加劑的脫吸附以及銅通過擴(kuò)散層的補(bǔ)給的時間對每一個藥水都是不一樣的，都必須經(jīng)過大量的測試；2 .脈沖上升時間tr對槽體的電連接要求非常高，因此脈沖整流器的電纜以及飛靶連接處的電阻都必須要小，并且整流器盡量靠近槽體減少電阻，電纜的長度不能超過兩米，并且采取比直流電鍍更粗的導(dǎo)線，為減小電感還要將陰陽極電纜扭成麻花狀；3 .成本高，脈沖電源是普通電源價格10倍以上。PPR的應(yīng)用領(lǐng)域PPR電鍍層應(yīng)力小，物性好，但是成本高，其主要應(yīng)用領(lǐng)域：1 .晶圓電鍍：TSV極小盲孔填孔電鍍，對于孔徑在10微米左右，深300微米左右的極小盲孔，直流電鍍很難以達(dá)到好的效果；2 .PCB高厚徑比通孔電鍍（12:1以上）對于厚徑比大的盲孔能提高TP%,對于20:1的盲孔TP%能達(dá)到90%;3 .PCB厚徑比1.4:1及以上的深盲孔電鍍，厚徑比大的盲孔直流電鍍后孔內(nèi)銅厚往往不足，用PPR能改善此情況；4 .水平電鍍填孔，如Atotech水平電鍍填孔，填孔速度快，一致性好?？偨Y(jié)在PCB亍業(yè)內(nèi)脈沖電鍍一般指周期反向脈沖電鍍（PPR）,所選擇