隨著微電子技術的飛速發(fā)展，高速PCB設計也得到快速穩(wěn)步發(fā)展，而PCB制造也正向多層化、積層化、功能化和集成化方向發(fā)展，使得PCB制造技術難度更高，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(guī)的垂直電鍍工藝不能滿足高質(zhì)量、高可靠性互連孔的技術要求，常規(guī)的垂直電鍍工藝不能滿足高質(zhì)量、高可靠性互連孔的技術要求，于是產(chǎn)生水平電鍍技術。

水平電鍍技術是垂直電鍍法技術發(fā)展的繼續(xù)，也就是在垂直電鍍工藝的基礎上發(fā)展起來的新穎電鍍技術。它的關鍵是應制造出相適應的水平電鍍系統(tǒng)，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(yōu)異的功能作用。

水平電鍍技術的發(fā)展不是偶然的，而是高密度、高精度、多功能、高縱橫比多層PCB產(chǎn)品特殊功能的需要是個必然的結果。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，產(chǎn)品質(zhì)量更為可靠，能實現(xiàn)規(guī)?；拇笊a(chǎn)。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(xiàn)全部自動化作業(yè)，對提高和確保作業(yè)過程對基板表面無損害，對實現(xiàn)規(guī)模化的大生產(chǎn)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(jié)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PCB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(xiàn)自動化作業(yè)，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(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)采用封閉式作業(yè)，減少對作業(yè)空間的污染和熱量的蒸發(fā)對工藝環(huán)境的直接影響，大大改善作業(yè)環(huán)境。特別是烘板時由于減少熱量的損耗，節(jié)約了能量的無謂消耗及大大提高生產(chǎn)效率。

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)生電極反應使電解液主成份產(chǎn)生電離，使帶電的正離子向電極反應區(qū)的負相移動；帶電的負離子向電極反應區(qū)的正相移動，于是產(chǎn)生金屬沉積鍍層和放出氣體。因為金屬在陰極沉積的過程分為三步：即金屬的水化離子向陰極擴散；第二步就是金屬水化離子在通過雙電層時，逐步脫水，并吸附在陰極的表面上；第三步就是吸附在陰極表面的金屬離子接受電子而進入金屬晶格中。從實際觀察到作業(yè)槽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應。其結構可用電鍍理論中的雙電層原理來說明，當電極為陰極并處于極化狀態(tài)情況下，則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心點所構成的設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，其正電荷量不足以中和陰極上的負電荷。而離陰極較遠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，又要受到熱運動的影響，陽離子排列并不像亥姆霍茲外層緊密而又整齊，此層稱之謂擴散層。擴散層的厚度與鍍液的流動速率成反比。也就是鍍液的流動速率越快，擴散層就越薄，反則厚，一般擴散層的厚度約５——５０微米。離陰極就更遠，對流所到達的鍍液層稱之謂主體鍍液。因為溶液的產(chǎn)生的對流作用會影響到鍍液濃度的均勻性。擴散層中的銅離子靠鍍液靠擴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表面。所在在水平電鍍過程中，鍍液中的銅離子是靠三種方式進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)部以機械攪拌和泵的攪拌、電極本身的擺動或旋轉方式，以及溫差引起的電鍍液的流動。在越靠近固體電極的表面的地方，由于其磨擦阻力的影響至使電鍍液的流動變得越來越緩慢，此時的固體電極表面的對流速率為零。從電極表面到對流鍍液間所形成的速率梯度層稱之謂流動界面層。該流動界面層的厚度約為擴散層厚度的的十倍，故擴散層內(nèi)離子的輸送幾乎不受對流作用的影響。

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＝zeoE/６πrη要。其中ｕ為離子遷移速率、ｚ為離子的電荷數(shù)、eo為一個電子的電荷量（即1.61019C）、Ｅ為電位、ｒ為水合離子的半徑、η為電鍍液的粘度。根據(jù)方程式的計算可以看出，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，位于陰極上的PCB為非理想的極化電極，吸附在陰極的表面上的銅離子獲得電子而被還原成銅原子，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散層。而主體鍍液中的銅離子濃度較高，會向陰極附近銅離子濃度較低的地方，進行擴散，不斷地補充陰極區(qū)域。PCB類似一個平面陰極，其電流的大小與擴散層的厚度的關系式為ＣＯＴＴＲＥＬＬ方程式：

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為陰極表面積、Ｄ為銅離子擴散系數(shù)（Ｄ＝ＫＴ／６πｒη），Ｃb為主體鍍液中銅離子濃度、Ｃo為陰極表面銅離子的濃度、Ｄ為擴散層的厚度、Ｋ為波次曼常數(shù)（Ｋ＝Ｒ／Ｎ）、Ｔ為溫度、ｒ為銅水合離子的半徑、η為電鍍液的粘度。當陰極表面銅離子濃度為零時，其電流稱為極限擴散電流ii：

從上式可看出，極限擴散電流的大小決定于主體鍍液的銅離子濃度、銅離子的擴散系數(shù)及擴散層的厚度。當主體鍍液中的銅離子的濃度高、銅離子的擴散系數(shù)大、擴散層的厚度薄時，極限擴散電流就越大。根據(jù)上述公式得知，要達到較高的極限電流值，就必須采取適當?shù)墓に嚧胧?，也就是采用加溫的工藝方法。因為升高溫度可使擴散系數(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散層。從上述理論分析，增加主體鍍液中的銅離子濃度，提高電鍍液的溫度，以及增快對流速率等均能提高極限擴散電流，而達到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，能有效地使擴散層的厚度降至１０微米左右。故采用水平電鍍系統(tǒng)進行電鍍時，其電流密度可高達８Ａ/ｄｍ2。

PCB電鍍的關鍵，就是如何確?；鍍擅婕皩變?nèi)壁銅層厚度的均勻性。要得到鍍層厚度的均一性，就必須確保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散層。要達到薄均一的擴散層，就目前水平電鍍系統(tǒng)的結構看，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)的流動速度，致使鍍液的流動速率很快，在基板的上下面及通孔內(nèi)形成渦流，使擴散層降低而又較均一。但是，通常當鍍液突然流入狹窄的通孔內(nèi)時，通孔的入口處鍍液還會有反向回流的現(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，由于尖端效應導致銅層厚度過厚，通孔內(nèi)壁構成狗骨頭形狀的銅鍍層。根據(jù)鍍液在通孔內(nèi)流動的狀態(tài)即渦流及回流的大小，導電鍍通孔質(zhì)量的狀態(tài)分析，只能通過工藝試驗法來確定控制參數(shù)達到PCB電鍍厚度的均一性。因為渦流及回流的大小至今還是無法通過理論計算的方法獲知，所以只有采用實測的工藝方法。從實測的結果得知，要控制通孔電鍍銅層厚度的均勻性，就必須根據(jù)PCB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能力的電鍍銅溶液，再添加適當?shù)奶砑觿┘案倪M供電方式即采用反向脈沖電流進行電鍍才給獲得具有高分布能力的銅鍍層。

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)進行電鍍，還要采用超聲波震動來促進微盲孔內(nèi)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的數(shù)據(jù)來調(diào)正可控參數(shù)，就能獲得滿意的效果。

根據(jù)水平電鍍的特點，它是將PCB放置的方式由垂直式變成平行鍍液液面的電鍍方式。這時的PCB為陰極，而電流的供應方式有的水平電鍍系統(tǒng)采用導電夾子和導電滾輪兩種。從操作系統(tǒng)方便來談，采用滾輪導電的供應方式較為普遍。水平電鍍系統(tǒng)中的導電滾輪除作為陰極外，還具有傳送PCB的功能。每個導電滾輪都安裝著彈簧裝置，其目的能適應不同厚度的PCB（０。１０——５。００ｍｍ）電鍍的需要。但在電鍍時就會出現(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)就無法運行。因此，目前的所制造的水平電鍍系統(tǒng)，大多將陰極設計成可切換成陽極，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，新的電鍍設計也考慮到容易損耗的部位便于拆除或更換。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PCB的上下位置，內(nèi)裝有直徑為２５ｍｍ圓球狀、含磷量為０。００４——０。００６％可溶性的銅、陰極與陽極之間的距離為４０ｍｍ。

鍍液的流動是采用泵及噴咀組成的系統(tǒng)，使鍍液在封閉的鍍槽內(nèi)前后、上下交替迅速的流動，并能確保鍍液流動的均一性。鍍液為垂直噴向PCB，在PCB面形成沖壁噴射渦流。其最終目的達到PCB兩面及通孔的鍍液快速流動形成渦流。另外槽內(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)，確保鍍液的干凈無污染。

在制造水平電鍍系統(tǒng)時，還要考慮到操作方便和工藝參數(shù)的自動控制。因為在實際電鍍時，隨著PCB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、PCB間的距離、泵馬力的大小、噴咀的方向及電流密度的高低等工藝參數(shù)的設定，都需要進行實際測試和調(diào)整及控制，才能獲得合乎技術要求的銅層厚度。就必采用計算機進行控制。為提高生產(chǎn)效率及高檔次產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性，將PCB的通孔前后處理（包括鍍覆孔）按照工藝程序，構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。

以上就是有關水平電鍍的知識，當高速PCB設計及制造遇上水平電鍍，更多需求將得到滿足。

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