一、概述

    完全為了適應高縱橫比通（tōng）孔電鍍的需要。但由於電（diàn）鍍過程的複雜性和特殊（shū）性，水平電鍍技術（shù）的呈現（xiàn）。設計與研製水平電鍍係統仍然存在著若幹技（jì）術性的問題。這有待於（yú）在實踐（jiàn）過程中加（jiā）以改進。盡（jìn）管如此，但水平電鍍係統的使用，對印製電路行業來說是很（hěn）大的發展和進步。因為此類型的設備在製造高密度多層板方麵的運用，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（yè）廢水廢氣，而且大大改善工藝環境和條件，提高電鍍層的（de）質量水準。水（shuǐ）平電鍍線適用於大規模產量24小時不間斷作業，水平電鍍線在調試的時候較（jiào）垂直電鍍線稍困難一些，一旦調試完畢是十（shí）分穩定的同時在使用過程（chéng）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。

    PCB製（zhì）造向多層（céng）化、積層（céng）化、功能化和集成化（huà）方向迅速的發展（zhǎn）。促使印製電（diàn）路設計大量采用微小孔、窄間距、細導線進行電路圖（tú）形的構思（sī）和設計，隨著微電子技術的飛速發展。使得PCB製造技術難度更（gèng）高，特別是多層板通孔的縱橫比（bǐ）超過５：１及積層板中（zhōng）大（dà）量采用（yòng）的較深的盲孔，使常規的垂直電（diàn）鍍工藝不能（néng）滿足高質量、高可靠性（xìng）互連孔的技（jì）術要求。其主要原因需從電鍍原理關於電（diàn）流分布狀態進行分析，通過實際（jì）電鍍時發現孔內（nèi）電流的分布呈現腰鼓形，出現孔內電流分布由孔邊到孔中央逐漸降（jiàng）低，致使大量的銅沉積在外表與（yǔ）孔邊，無法確保孔中央需（xū）銅的部位銅層應達到規範厚度，有時銅層極薄或無銅層，嚴重時會造成無可挽回的損（sǔn）失，導致大量的多層板報廢。為解決量（liàng）產中（zhōng）產品（pǐn）質量問題，目前都從電流及添加（jiā）劑方麵去解（jiě）決深孔電鍍問題。高縱橫比PCB電鍍銅（tóng）工藝中，大多都是優質的添加劑的（de）輔助作用下，配合適度的空氣攪拌和陰極移動，相對較低的（de）電流密度條件下進行的使孔內的電極反應控製區加（jiā）大，電鍍添加劑的（de）作用才幹顯示進去，再加上陰極移動非常有利於鍍液的深鍍能力的提高（gāo），鍍件的極化度加大，鍍層（céng）電結晶過程中晶（jīng）核的形成速度與晶粒長大速度相互補償，從而獲（huò）得高韌性銅（tóng）層（céng）。

    這兩種工藝措施就顯得無力（lì），然而當通孔的縱（zòng）橫比繼續增大或出現深盲孔的情況下。於是發生水平電鍍技術。垂直電鍍法技術發展（zhǎn）的繼續，也就是（shì）垂直電鍍工藝的基礎（chǔ）上發展（zhǎn）起（qǐ）來的新穎電鍍技術。這種技術的關鍵（jiàn）就是應製（zhì）造出相適應的相互配套的水平電鍍係（xì）統，能使高分（fèn）散能力的鍍液，改進供（gòng）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。

    二、水平（píng）電鍍原理簡介

    通電後發生電極反應使電解液主成份產生電離，水平電鍍（dù）與垂直電鍍方法和原理是相同的（de）都必須具有（yǒu）陰陽（yáng）兩極。使（shǐ）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（xiàng）移動，於是（shì）發生（shēng）金屬堆積鍍層和放出氣體。因為金屬在陰極沉積（jī）的過程分為三步：即（jí）金屬的水化離子向陰（yīn）極擴散；第二步就是（shì）金屬水化離子在通過雙電層時，逐步脫水，並吸附在陰（yīn）極的外表上；第三（sān）步就是吸附在陰極表（biǎo）麵的金（jīn）屬離子接受電（diàn）子而進入金屬（shǔ）晶格中。從實際觀（guān）察到（dào）作業槽的情況是固相（xiàng）的電極與液相電鍍液的界麵之（zhī）間的無法觀察到異相電子傳遞反（fǎn）應。其結構可用（yòng）電（diàn）鍍理論中的雙（shuāng）電層（céng）原理來說（shuō）明，當電極為陰極並處於極化狀態情況下，則被水分（fèn）子包圍並帶有正電荷的陽離子，因靜電作用力而有序的排列在陰（yīn）極附近，最靠近陰極的陽離子中心點所構成的設相麵而稱之亥姆霍茲（Helmholtz外層，該外層距（jù）電極的距離約約１－１０納米。但是由於亥姆（mǔ）霍茲（zī）外層的陽離（lí）子（zǐ）所帶（dài）正電荷的總電量，其正電荷（hé）量（liàng）不足以中和陰（yīn）極上（shàng）的負電荷。而離陰極（jí）較遠的鍍液受到對流的影響，其溶液層的陽離子濃（nóng）度要比陰離子濃度高一些。此層由於靜電（diàn）力作用比亥姆霍茲外層要小，又要受到熱運動的影響，陽離子排列並不（bú）像亥（hài）姆霍茲外層緊密而又整齊，此層（céng）稱之謂擴散層。擴散層的厚度與鍍液的流動（dòng）速率成反比。也（yě）就是鍍液（yè）的流動速（sù）率越快，擴散層就越薄，反則（zé）厚，一般（bān）擴散層的厚度約５－５０微米。離陰（yīn）極就更遠（yuǎn），對流（liú）所到達的鍍液層稱之謂主體鍍液。因為（wéi）溶液的發（fā）生的對流（liú）作用會（huì）影響到鍍液濃度的均勻性。擴散層中（zhōng）的銅離子靠鍍液靠擴散及離子的遷移方（fāng）式（shì）輸送到亥姆（mǔ）霍茲外層。而主體鍍（dù）液中的銅離子卻靠對流作用及離子遷移將其（qí）輸送到陰極表麵。所在水平電鍍過程中，鍍液中（zhōng）的銅離子是靠三種方式進（jìn）行（háng）輸送到陰極的附近形成雙電層。

    以及溫差引起的電（diàn）鍍液的流動。越靠近固（gù）體（tǐ）電極的（de）外表（biǎo）的地方，鍍液（yè）的（de）對流的發生是采用外部現內部以機（jī）械攪拌和泵的（de）攪（jiǎo）拌、電極本（běn）身的擺動或旋轉方式。由於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（tǐ）電極（jí）表麵的（de）對流速率（lǜ）為零。從電極表麵到對流鍍液間所形成的速率梯度層稱之謂流動界麵層。該流動界麵層的厚度約為擴散層厚度的十倍，故擴散層內離子的輸（shū）送幾乎不受對流作用的影響。

    電（diàn）鍍液中的離子受（shòu）靜電（diàn）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（biǎo）示（shì）如下：ｕ＝zeoE/６πrη要。其中ｕ為離子遷移速率、ｚ為離子的電（diàn）荷數、eo為一個電子的電荷量（即1.61019CＥ為電位、ｒ為水合離子的半徑、η為電鍍液的（de）粘度。根據方程式（shì）的計算可以看出，電埸的作用下（xià）。電位Ｅ降（jiàng）落越大，電鍍液的粘度越小，離子遷移的速率也就越快。

    電鍍時，根據電沉積理論。位於陰極上的PCB為非理想（xiǎng）的極化電極，吸附在陰極的外表上的銅離子獲得電子而被還原成銅原子，而使靠近陰極的（de）銅離子濃度降低。因此，陰（yīn）極附近會形成銅離子濃度（dù）梯度。銅離子（zǐ）濃度比主體鍍液的濃度（dù）低（dī）的這一層鍍（dù）液即（jí）為鍍液的擴散層。而主體鍍液中的銅離子濃度較高，會（huì）向陰極附近銅（tóng）離子濃度較低（dī）的地方，進行擴散，不（bú）時地補充陰極區域。PCB類似一個平麵陰極，其電流的大小與擴散層的厚度的關係式為ＣＯＴＴＲＥＬＬ方程式：

    其電流稱為極限擴散電流ii其中Ｉ為電流、ｚ為銅離子的電荷（hé）數、Ｆ為法拉（lā）第常（cháng）數、Ａ為陰（yīn）極表麵積、Ｄ為銅離子擴散係數（Ｄ＝ＫＴ／６πｒη）Ｃb為主體鍍液中銅離子濃度、Ｃo為陰極表麵銅離子的（de）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（dù）液的粘度。當陰極表麵銅（tóng）離子濃度為零時。

    極限擴（kuò）散（sàn）電流的大小決定於主體鍍液的（de）銅離子濃度、銅離子的擴散係（xì）數及擴散層的厚度。當主體鍍液（yè）中的銅離子的濃度高（gāo）、銅離子的（de）擴散係數大、擴散層的厚度薄時（shí），從上式可看出。極限擴散電（diàn）流就越大。

    要達到較高的極限電流值，根據上述公式得知。就必須采取適當的工藝措施，也（yě）就是采用加溫的工藝方法。因為升（shēng）高溫（wēn）度可使擴散係數變大（dà），增快對流速率可使其成為渦流而獲得（dé）薄而（ér）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（dù），提高電鍍液的溫度，以及增快對流速率等均能提高（gāo）極限擴散電流，而達到加快電鍍速率的目的（de）水平電鍍基於鍍（dù）液的對流速度加快而形成渦流，能有效地使擴散層的厚度（dù）降至１０微米左右。故采用水平電鍍係統進行（háng）電鍍（dù）時，其電流密度可高達８Ａ/ｄｍ2

    就是如何確保基（jī）板兩麵及導通孔內壁銅層厚度（dù）的均勻性。要得到鍍層厚度的（de）均一性，PCB電鍍的關鍵。就（jiù）必須確保印（yìn）製板的（de）兩麵及通（tōng）孔內的（de）鍍液流速要快而又要一致（zhì），以獲（huò）得薄而均一（yī）的擴散層。

要（yào）達到薄均（jun1）一（yī）的（de）擴散層，就目前水平（píng）電鍍係統的結構看，盡管該係統內安（ān）裝（zhuāng）了許多噴咀（jǔ），能將（jiāng）鍍液快速垂直的噴向印製板，以加速鍍液在通孔內的流動速度，致使鍍液的流動速率很快，基板的上下麵（miàn）及通孔內形（xíng）成渦流，使擴散層降（jiàng）低而又較均一。但是通常（cháng）當鍍液突然流入狹窄的通孔內時，通孔的入口處（chù）鍍液還會有反向回流的現象發生，再加上一次電流分布的影響，演經常造成入口處孔部位電鍍時（shí），由於尖端效應導（dǎo）致銅（tóng）層厚度過厚，通孔內壁構成狗骨頭（tóu）形狀的銅（tóng）鍍層。根據鍍液在通（tōng）孔內流動的狀態即渦流及（jí）回流的大小，導電鍍通孔質量的狀態（tài）分析，隻能通過工藝試驗（yàn）法來確定控製參數（shù）達到（dào）PCB電（diàn）鍍厚度的均一性。因為渦流及回流的大小（xiǎo）至今還是無法通（tōng）過理論計算的（de）方法獲知（zhī），所以隻有采用實測的工（gōng）藝方法。從實測的結果得知，要控製通孔電鍍銅層厚度（dù）的（de）均勻性，就必需根據PCB通孔的縱（zòng）橫比來調整可控的（de）工藝參數，甚至還要選擇（zé）高分散能力的電鍍銅溶（róng）液，再添加適當（dāng）的添加劑及改（gǎi）進供電方式即采用反向脈（mò）衝電流進（jìn）行（háng）電鍍才給獲得具有高分布能力（lì）的（de）銅鍍層。

    不（bú）但要采用（yòng）水平（píng）電（diàn）鍍係統進行電鍍，特別是積層板微盲孔數量增（zēng）加。還要采用超聲波震動來促進（jìn）微盲孔內鍍液的更換（huàn）及流通，再改進供電方式利（lì）用反脈衝電流（liú）及實（shí）際測試的數據來調正可控參數，就能獲得（dé）滿意的效果。

    三、水平電鍍係統（tǒng）基本結構

    將（jiāng）PCB放置的方（fāng）式由垂直式變成平行鍍液液麵的電鍍方式。這時的PCB為陰極，根據水平電鍍的特點。而電流的供應方式有的水平電（diàn）鍍係統采用導電夾子和導電滾輪兩種。從操作係統方（fāng）便來談（tán），采（cǎi）用滾輪導電的（de）供應方式較為（wéi）普遍。水平電鍍係統中（zhōng）的導電滾輪除作（zuò）為陰極外，還具有傳送PCB的功能。每個導（dǎo）電滾輪都安（ān）裝著彈簧裝（zhuāng）置，其目的能適應不同厚度的PCB（０．１０－５．００ｍｍ）電鍍的需要。但（dàn）在電鍍（dù）時就會出現與鍍液接觸的（de）部位都可能被（bèi）鍍（dù）上（shàng）銅層，久麵久之該係統就無（wú）法運（yùn）行。因此，目前的所製造的水平電鍍係統，大（dà）多將陰極設計成可切換成（chéng）陽極，再利用一組輔助陰極，便（biàn）可將被鍍互滾（gǔn）輪上的銅電解溶解掉。為維修或更換方麵（miàn）起見（jiàn），新的電鍍設計也考慮到（dào）容易損耗的部（bù）位便於撤除或更換。陽極是（shì）采用數組可調整大（dà）小（xiǎo）的（de）不溶性鈦籃，分別放置在PCB的上下（xià）位置，內裝有直徑為２５ｍｍ圓球狀、含磷量為０．００４－０．００６％可溶性的銅、陰（yīn）極與（yǔ）陽極之（zhī）間的距離為４０ｍｍ。

    使鍍（dù）液在封閉的鍍槽內前後（hòu）、上下交替迅（xùn）速的流動，鍍液的流動是采（cǎi）用泵及（jí）噴咀組（zǔ）成的係統（tǒng）。並能確保鍍液流動的均一性。鍍液為垂直噴向（xiàng）PCB，PCB麵形成衝壁噴射（shè）渦（wō）流。其（qí）最終目的達到PCB兩麵及通孔的鍍液（yè）快速流動形成（chéng）渦流。另外槽內裝有過濾係統，其中所采用的過濾網為網（wǎng）眼為１．２微米，以過濾去（qù）電鍍過程中所產生的顆粒狀的（de）雜質，確保鍍液的（de）幹淨無（wú）汙染。

    還要考慮到操作（zuò）方便（biàn）和工藝參數的自動控製。因為在實際（jì）電鍍時，製（zhì）造水平電鍍係統時。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（chuán）送速（sù）度、PCB間的距離、泵馬力的大小、噴咀的（de）方向及電流密度的高低等工藝參數的設定，都需要進行實際測試和調整及（jí）控製，才幹獲得合乎技術（shù）要求的銅層厚度。就必采（cǎi）用（yòng）計（jì）算機進行控製。為提高生產（chǎn）效率及高檔次產品質量的一致（zhì）性和可靠性，將PCB的（de）通（tōng）孔前後處理（包括鍍覆孔）依照工（gōng）藝（yì）順序，構成完整的水平電鍍（dù）係統，才是滿足（zú）新品開發、上市的需要（yào）。

    四、水平電鍍的發展優勢

    產品質量更為可靠（kào），水平電鍍技術的發展不是（shì）偶然的而是高密度、高（gāo）精度、多功能（néng）、高縱橫比多層PCB產品特殊功能的需要是個必然的結果。優勢就是要（yào）比現在所采用（yòng）的垂直掛鍍工藝方法更為先進。能實（shí）現規模化的大生產。與垂直（zhí）電鍍工藝方法相比具有以下優點：

    無需進行手工裝（zhuāng）掛（guà），１）適應尺寸範圍較寬。實現全部自動化作業，對（duì）提高和確保（bǎo）作（zuò）業過程對基板表麵無損害，對實現（xiàn）規模化的大生（shēng）產極為有利（lì）。

    無需留有（yǒu）裝夾位置，２）工藝審查中。增加實用（yòng）麵積（jī），大大節約原材料的損耗。

    使基板在相同的條件下，３）水平電鍍（dù）采用（yòng）全程計算機控製。確保每塊PCB的外表與孔的鍍層的均一性。

    電鍍槽從清理（lǐ）、電（diàn）鍍液的添加和更換，４）從管理角度看。可完全實現自（zì）動化作業，不會因為人為的錯誤造成管理上的失控問題。

    由於水平電鍍采用多段水平（píng）清洗，５）從實際生產中可測所知。大大節約清洗水的用量及減少汙水處理的壓（yā）力。

    減少對作業空間的汙染（rǎn）和熱量的蒸發對工藝環境（jìng）的（de）直接影響，６）由於該（gāi）係統采用封閉式作業（yè）。大大改善作業環境。特別是烘板（bǎn）時由於（yú）減（jiǎn）少熱量的（de）損耗，節約了能量（liàng）的無謂消耗及大大提高生產效率（lǜ）。