印制电路板的水平电镀技术(2)

　　根据电沉积理论，电镀时，位于阴极上的印制电路板为非理想的极化电极，吸附在阴极的表面上的铜离子获得电子而被还原成铜原子，而使靠近阴极的铜离子浓度降低。因此，阴极附近会形成铜离子浓度梯度。铜离子浓度比主体镀液的浓度低的这一层镀液即为镀液的扩散层。而主体镀液中的铜离子浓度较高，会向阴极附近铜离子浓度较低的地方，进行扩散，不断地补充阴极区域。印制电路板类似一个平面阴极，其电流的大小与扩散层的厚度的关系式为ＣＯＴＴＲＥＬＬ方程式： 　　其中Ｉ为电流、ｚ为铜离子的电荷数、Ｆ为法拉第常数、Ａ为阴极表面积、Ｄ为铜离子扩散系数（Ｄ＝ＫＴ／６πｒη），Ｃb为主体镀液中铜离子浓度、Ｃo为阴极表面铜离子的浓度、Ｄ为扩散层的厚度、Ｋ为波次曼常数（Ｋ ＝Ｒ／Ｎ）、Ｔ为温度、ｒ为铜水合离子的半径、η为电镀液的粘度。当阴极表面铜离子浓度为零时，其电流称为极限扩散电流ii：
　　从上式可看出，极限扩散电流的大小决定于主体镀液的铜离子浓度、铜离子的扩散系数及扩散层的厚度。当主体镀液中的铜离子的浓度高、铜离子的扩散系数大、扩散层的厚度薄时，极限扩散电流就越大。
　　根据上述公式得知，要达到较高的极限电流值，就必须采取适当的工艺措施，也就是采用加温的工艺方法。因为升高温度可使扩散系数变大，增快对流速率可使其成为涡流而获得薄而又均一的扩散层。从上述理论分析，增加主体镀液中的铜离子浓度，提高电镀液的温度，以及增快对流速率等均能提高极限扩散电流，而达到加快电镀速率的目的。水平电镀基于镀液的对流速度加快而形成涡流，能有效地使扩散层的厚度降至１０微米左右。故采用水平电镀系统进行电镀时，其电流密度可高达８Ａ/ｄｍ2。
　　印制电路板电镀的关键，就是如何确保基板两面及导通孔内壁铜层厚度的均匀性。要得到镀层厚度的均一性，就必须确保印制板的两面及通孔内的镀液流速要快而又要一致，以获得薄而均一的扩散层。要达到薄均一的扩散层，就目前水平电镀系统的结构看，尽管该系统内安装了许多喷咀，能将镀液快速垂直的喷向印制板，以加速镀液在通孔内的流动速度，致使镀液的流动速率很快，在基板的上下面及通孔内形成涡流，使扩散层降低而又较均一。但是，通常当镀液突然流入狭窄的通孔内时，通孔的入口处镀液还会有反向回流的现象产生，再加上一次电流分布的影响，演常常造成入口处孔部位电镀时，由于尖端效应导致铜层厚度过厚，通孔内壁构成狗骨头形状的铜镀层。根据镀液在通孔内流动的状态即涡流及回流的大小，导电镀通孔质量的状态分析，只能通过工艺试验法来确定控制参数达到印制电路板电镀厚度的均一性。因为涡流及回流的大小至今还是无法通过理论计算的方法获知，所以只有采用实测的工艺方法。从实测的结果得知，要控制通孔电镀铜层厚度的均匀性，就必须根据印制电路板通孔的纵横比来调整可控的工艺参数，甚至还要选择高分散能力的电镀铜溶液，再添加适当的添加剂及改进供电方式即采用反向脉冲电流进行电镀才给获得具有高分布能力的铜镀层。
　　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的数据来调正可控参数，就能获得满意的效果。