淺談高縱橫比多層板電鍍技術(shù)

　　高縱橫比通孔的電鍍，在多層板制造工藝中是個關(guān)鍵，由于板厚度與孔徑之比的數(shù)據(jù)高出5：1，要使鍍銅層能均勻的全部覆蓋在孔壁內(nèi)難度是很大的。由于孔徑小、高深度使通孔在整個處理過程都很難達到工藝要求。容易發(fā)生質(zhì)量問題的工步就是除環(huán)氧鉆污即凹蝕，使凹蝕的微蝕深度很難控制，因為孔徑小又深凹蝕液很難順利地通過整個孔內(nèi)，有的首先接觸的環(huán)氧樹脂部分發(fā)生凹蝕，等到全部被凹蝕液浸到時，越先的部位凹蝕深度超標，露出玻璃纖維。形成空洞使后來的沉銅無法覆蓋全部，就會出現(xiàn)空洞現(xiàn)象。第二就是沉銅過程中，溶液的交換受阻，更換新鮮沉銅液就很困難，使沉銅的覆蓋率大降低。第三就是電鍍的分散能力達不到工藝要求，很容易使一部分的沉銅層被溶解掉，形成空洞或無鍍銅層等造成的。在這種情況下，如何利用現(xiàn)有工藝裝備達到提高鍍覆孔的可靠性和孔鍍層完整達標是此文論述的重點。

　　一．高縱橫比通孔電鍍?nèi)毕莓a(chǎn)生的原因分析

　　為確保多層板的質(zhì)量的高可靠性和高穩(wěn)定性，就必須充分了解在多層板制造全過程中的關(guān)鍵即要害控制點。說的更明確些就是容易出現(xiàn)質(zhì)量問題的工序，不但要知道問題發(fā)生的部位，更必須知道的產(chǎn)生缺陷的根本原因和直簡接影響的因素。通過多年生產(chǎn)多層板的生產(chǎn)經(jīng)驗，經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量問題的部位就是去環(huán)氧鉆污（即凹蝕）。為什么呢？因為該種類型的多層板板厚而孔徑小而深，凹蝕液很難順利地通過整個孔內(nèi)，就像自來水管一樣，孔徑小很多水不能同時通過水管流動，于是產(chǎn)生水壓，才能使自來水順利通行。同樣由于孔溶 液的流動是靠自身的力量流入孔內(nèi)，如沒有壓力就很全部流過孔壁部位，同時樹脂本身還有對水的排斥力，就更難通過孔的全部。有的首先接觸的環(huán)氧樹脂部分發(fā)生凹蝕，等到全部被凹蝕液浸到時，先進行的部位的凹蝕深度超標，露出玻璃纖維，形成空洞使后來的沉銅無法覆蓋全部，就會出現(xiàn)空洞現(xiàn)象。在沉銅的過程中，溶液在孔內(nèi)的流動性差，其主要原因是因為孔徑小、孔深靠孔的兩面進溶液阻力過大，使孔內(nèi)的已反應(yīng)的溶液無法及時更換新鮮沉銅液，缺少銅離子而已沉銅的部位也會受到溶液的浸蝕。再加上在其它處理溶液處理過的板經(jīng)清洗后，孔內(nèi)水份未排盡，再進行沉銅液時形成空氣泡，阻礙銅離子的還原此部位也就會缺少導電層。在電鍍時，由于光亮酸性鍍銅的分散能力有限，當給沖擊電流時電流達到中心部位很難，往往也會由于銅的沉積不完全，而已沉銅的部位由于電流以引不到位，就無法獲取沉積層，因而被酸性溶液浸蝕而溶解，形成空洞。如果采取的沖擊電流過大，還會將已沉銅的部位，特別是孔口兩端被燒蝕。

　　二．高縱橫比通孔電鍍的控制與對策

　　根據(jù)上述所論述原因分析，對高縱橫比的多層板的沉銅和電鍍所存在的實際情況，必須采取相應(yīng)的工藝對策，針對容易產(chǎn)生問題的部位加強重點控制。特別在進行除環(huán)氧鉆污時，一方面要選擇潤濕性能好的凹蝕溶液；另一方面采取水平振動的裝置，使凹蝕液能順利的通過整個孔，使處理后的所形成的氣泡趕走，將經(jīng)過溶脹而變的疏松的環(huán)氧樹脂從內(nèi)層銅環(huán)表面除去，呈現(xiàn)理想的金屬光澤，增加與沉銅層和電鍍層的結(jié)合力。因為多層板的內(nèi)層電路是靠孔完整的孔鍍層達到與外層或所需要的內(nèi)層進行可靠的電氣互邊，如孔鍍層與內(nèi)層電路斷開或連接有嚴重缺陷，就會經(jīng)裝配后徹底造成電路斷路。如內(nèi)層環(huán)氧名污不是牢固粘附在孔壁上，即是鍍上銅層其結(jié)合孔很差，在電裝時由于熱的沖擊時就會脫落或經(jīng)拉脫試驗時也會脫開。所以，改進凹蝕的工藝方法，增加凹蝕液在孔內(nèi)的流動，不斷地更換新鮮凹蝕液，確保內(nèi)層銅環(huán)的環(huán)氧鉆污除干凈是保證孔內(nèi)鍍層完整根本。

　　第二方面要解決沉銅質(zhì)量問題，就要分析沉銅對小孔、孔深的關(guān)鍵點。重要的就是保證沉銅溶液在孔內(nèi)順利地流動，不斷地更換，使沉銅在孔壁表面形成致密的導電層。具體的做法，就是根據(jù)多層板板厚與孔徑比的特點，除了選擇活性比較高的沉銅系列的配方和工藝條件比較寬的外，主要就是為確保小孔溶液的流動性需增加相應(yīng)的輔助設(shè)備，在鍍覆孔的關(guān)鍵工序都應(yīng)增加振動裝置，目的就是要將多層板上所有的孔內(nèi)的氣泡逸出孔外，更重要的保證沉銅液在孔內(nèi)的自由流動，能充分的與孔壁接觸達到反應(yīng)完全，沉積層完整無缺陷。但是還要考慮如何與此裝置相匹配的裝掛方式也是極關(guān)重要的。如采用籃框裝掛沉銅析時，必將板傾斜一個角度，再加上擺動裝置，就可以提高孔內(nèi)沉銅液的流動性。

　　在電鍍時，根據(jù)多層板的特點，要使電流能在整個板上的孔內(nèi)表面的均勻分布，必須除板面四周添加輔助陰極外，還要調(diào)整工藝參數(shù)以確保孔內(nèi)鍍層的均勻分布。從電鍍原理分析要對現(xiàn)有的工藝參數(shù)進行科學的調(diào)整，就需要了解電流與被鍍厚度的關(guān)系，電鍍理論認為，在高酸低銅的硫酸鹽類型的溶液中，基板板面與孔內(nèi)鍍層的厚度落差（也稱之謂“電位差EIR”）是由下列公式?jīng)Q定的：

　　EIR＝IL2/2KD

　　其中公式中I －DK、 L—板厚、 K —電導率、D—孔徑。

　　從上述公式可發(fā)看出，降低陰極電流密度、增加溶液電導率或使電位差變小，使深孔鍍得以實現(xiàn)。但如果采取小電流密度，只能增加電鍍時間，勢必會降低生產(chǎn)效率，更重要的也無法確保深孔電鍍銅層的完整性，有可能電流還未到孔中心位置，其部分的導電層已被酸溶解。但適當?shù)慕档碗娏髅芏纫彩强尚械?，因為多少可增加鍍液分散能力，提高電鍍?nèi)芤荷羁纂婂兊哪芰ΑＴ诓挥绊懳g刻質(zhì)量的前提下，采取全板電鍍＋圖形電鍍的工藝方法解決深 孔電鍍的質(zhì)量問題。具體的方法就是將原來全板電鍍的時間由原15－25分鐘增至40 分鐘；原來圖形電鍍的時間由原來的60分鐘降致到35－40分鐘。其道理很清楚，就是使兩面的導電能力提高，使構(gòu)成兩面導電的深孔也能增加電流在其表面的均勻分布，也就達到金屬在其孔壁表面的均勻分布。

　　根據(jù)電解質(zhì)溶液理論，電導率表示每邊長1厘米的一立方厘米溶液的電導，而電導是表示導體導電性能的物理量。從試驗獲知在電鍍銅溶液中電導率K值是受硫酸含量影響較大的。即是硫酸含量越高，K值也就越大，而EIR就越小；當硫酸達至每升200克時，K值趨向穩(wěn)定。深孔理論認為：深孔電鍍的真實效果，是由硫酸與硫酸銅的比值決定的，其比值越大鍍液的深 鍍能力也就越強。根據(jù)這一理論，采取硫酸的濃度達到每升210克、硫酸銅的濃度為每升55克，其比值4，酸銅比為16。除此之外，采取提高電鍍液的溫度，降低水化離子水化作用程度，水化離子半徑降低，同時也會降低溶液的粘度，加強溶液的流動性，加快離子運動的速度，有利于電導率的增加。但要適當?shù)奶岣呷芤簻囟?，因為溫度過高，雖然可增加電流密度，但會使添加劑消耗增加，很容易失去平衡，使鍍層的整平和光亮性下降。

　　三．結(jié)論和建議

　　采用脈沖式水平電鍍銅工藝。根據(jù)電鑄銅所采用的脈沖電鍍工藝方法啟示，為解決深孔或深盲孔電鍍銅問題，提出采用“定時反電流或定時反脈沖”供電方式，試圖解決印制電路板生產(chǎn)過程所面臨的深孔鍍的技術(shù)難題。當然脈沖電鍍在印制電路板制造業(yè)中已不是什么新工藝，脈沖電源不同于直流電源，它是通過一個開關(guān)元件使整流器以（s的速度開/關(guān)，向陰極提供脈沖信號，當整流器處于關(guān)的狀態(tài)時，它比直流更有效地向孔內(nèi)的邊界層補充銅了子，從而能使高縱橫比孔徑內(nèi)壁電鍍銅層厚度更加均勻。

　　解決了多層板與積層板上面的深孔或深盲孔（縱橫比為1:1以上－指盲孔而言）電鍍的難題。它與常規(guī)的供電方式電鍍銅進行比較，其數(shù)據(jù)列表如下：

　　樣板 孔長（板厚） （mm） 孔徑 （mm）縱橫比　電流密度 ASD

　　脈沖電鍍銅 直流電鍍銅 反波/正波電流比（%）　正反時間比 （ms）分布力 （%）全時間 （分）分布力 （%）全程時間 （分）

　　A 2.4 0.3 8:1 3.3 310 20/1.0 92 58 75 113

　　B 3.2 0.3 10.7:1 3.0 250 20/1.0 78 45 70-75 70

　　C 3.2 0.35 9.2:1 3.0 250 20/1.0 85 45 80-85 70

　　D 1.5 0.40 4:1 3.0 250 15/0.5 112 60 103 120

　　板厚＝3.2mm

　　孔徑＝0.8mm

　　電流密度＝3.2A/dm2

　　電鍍銅時間＝50分鐘

　　四．結(jié)論

　　在常規(guī)電鍍工藝中，為解決多層板深孔電鍍問題，根據(jù)電鍍理論與實踐經(jīng)驗適當?shù)恼{(diào)整電鍍工藝參數(shù)和調(diào)整鍍液硫酸與硫酸銅的比列，提高多層板高縱橫比深孔電鍍質(zhì)量的合格率會有較大幅度的提高，但當厚徑比達至很高的時，建議采用脈沖式水平電鍍工藝。