PCB水平電鍍的發展
2022-07-09 13:59
為了適應PCB制造向多層化、積層化、功能化和集成化方向迅速發展，帶來的高縱橫比通孔電鍍的需要，發展出水平電鍍技術。設計與研制水平電鍍系統仍然存在著若干技術性的問題，但水平電鍍系統的使用，對印制電路行業來說是很大的發展和進步。特別是多層板通孔的縱橫比超過5:1及積層板中大量采用的較深的盲孔，使常規的垂直電鍍工藝不能滿足高質量、高可靠性互連孔的技術要求。
水平電鍍則在制造高密度多層板方面的運用，顯示出很大的潛力，不但能節省人力及作業時間而且生產的速度和效率比傳統的垂直電鍍線要高。而且降低能量消耗、減少所需處理的廢液廢水廢氣，而且大大改善工藝環境和條件，提高電鍍層的質量水準。
一、水平電鍍原理簡介
水平電鍍技術，是垂直電鍍法技術發展的繼續，是在垂直電鍍工藝的基礎上發展起來的新穎電鍍技術。這種技術的關鍵就是應制造出相適應的、相互配套的水平電鍍系統，能使高分散能力的鍍液，在改進供電方式和其它輔助裝置的配合下，顯示出比垂直電鍍法更為優異的功能作用。
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，通電后產生電極反應使電解液主成份產生電離，使帶電的正離子向電極反應區的負相移動;帶電的負離子向電極反應區的正相移動，于是產生金屬沉積鍍層和放出氣體。
因為金屬在陰極的沉積過程分為三個步驟：金屬的水合離子擴散到陰極；第二步是當金屬水合離子通過雙電層時，它們逐漸脫水并吸附在陰極表面；第三步是吸附在陰極表面的金屬離子接受電子并進入金屬晶格。由于靜電作用，該層比亥姆霍茲外層小，并且受到熱運動的影響。陽離子排列不像亥姆霍茲外層那樣緊密和整齊。該層稱為擴散層。擴散層的厚度與鍍液的流速成反比。即鍍液流速越快，擴散層越薄，越厚。通常，擴散層的厚度約為5-50微米。在遠離陰極的地方，通過對流到達的鍍液層稱為主鍍液。因為溶液的對流會影響鍍液濃度的均勻性。擴散層中的銅離子通過擴散和離子遷移傳輸到亥姆霍茲外層。主鍍液中的銅離子通過對流和離子遷移被輸送到陰極表面。
二、水平電鍍的難點及對策
PCB電鍍的關鍵是如何保證基板兩側和通孔內壁銅層厚度的均勻性。為了獲得涂層厚度的均勻性，必須確保印制板兩側和通孔中的鍍液流速應快速一致，以獲得薄而均勻的擴散層。為了獲得薄而均勻的擴散層，根據目前水平電鍍系統的結構，雖然系統中安裝了許多噴咀，但它可以將鍍液快速垂直地噴射到印制板上，從而加快鍍液在通孔中的流速，因此鍍液流速非常快，并且在基板和通孔的上下部分形成渦流，從而使擴散層減少且更均勻。但是，一般情況下，當鍍液突然流入狹窄的通孔時，通孔入口處的鍍液也會出現反向回流現象。
此外，由于一次電流分布的影響，由于尖端效應，入口孔處的銅層厚度過厚，通孔內壁形成狗骨狀銅涂層。根據鍍液在通孔內的流動狀態，即渦流和回流的大小，以及導電鍍通孔質量的狀態分析，控制參數只能通過工藝測試方法確定，以實現印刷電路板電鍍厚度的均勻性。由于渦流和回流的大小無法通過理論計算得到，因此只能采用測量過程的方法。
從測量結果可知，為了控制通孔鍍銅層厚度的均勻性，需要根據印刷電路板通孔的縱橫比調整可控的工藝參數，甚至選擇分散能力強的鍍銅溶液，添加合適的添加劑，改進供電方式，即反向脈沖電流電鍍，獲得分布能力強的銅鍍層。特別是積層板微盲孔數量增加，不但要采用水平電鍍系統進行電鍍，還要采用超聲波震動來促進微盲孔內鍍液的更換及流通，再改進供電方式利用反脈沖電流及實際測試的數據來調正可控參數，就能獲得滿意的效果。
三、水平電鍍的發展優勢
水平電鍍技術的發展不是偶然的，而是高密度、高精度、多功能、高縱橫比多層印制電路板產品特殊功能的需要是個必然的結果。它的優勢就是要比現在所采用的垂直掛鍍工藝方法更為先進，產品質量更為可靠，能實現規模化的大生產。它與垂直電鍍工藝方法相比具有以下長處：
（１）適應尺寸范圍較寬，無需進行手工裝掛，實現全部自動化作業，對提高和確保作業過程對基板表面無損害，對實現規模化的大生產極為有利。
（２）在工藝審查中，無需留有裝夾位置，增加實用面積，大大節約原材料的損耗。
（３）水平電鍍采用全程計算機控制，使基板在相同的條件下，確保每塊印制電路板的表面與孔的鍍層的均一性。
（４）從管理角度看，電鍍槽從清理、電鍍液的添加和更換，可完全實現自動化作業，不會因為人為的錯誤造成管理上的失控問題。
（５）從實際生產中可測所知，由于水平電鍍采用多段水平清洗，節約清洗水用量及減少污水處理的壓力。
（６）由于該系統采用封閉式作業，減少對作業空間污染和熱量蒸發對工藝環境的直接影響，大大改善作業環境。特別是烘板時由于減少熱量損耗，節約了能量的無謂消耗及提高生產效率。
四、總結
水平電鍍技術的出現，完全為了適應高縱橫比通孔電鍍的需要。但由于電鍍過程的復雜性和特殊性，在設計與研制水平電鍍系統仍存在著若干技術性的問題。這有待在實踐過程中改進。盡管如此，水平電鍍系統的使用對印制電路行業來說是很大的發展和進步。因為此類型的設備在制造高密度多層板方面的運用，顯示出很大的潛力。水平電鍍線適用于大規模產量24小時不間斷作業，水平電鍍線在調試的時候較垂直電鍍線稍困難一些，一旦調試完畢是十分穩定的，同時在使用過程中要隨時監控鍍液的情況對鍍液進行調整，確保長時間穩定工作。
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