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【簡介】
隨著微電子技術的飛速發(fā)展，印制電路板制造向多層化、積層化、功能化和集成化方向發(fā)展，使得印制電路板制造技術難度更高，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。本文從水平電鍍的原理、水平電鍍系統(tǒng)基本結構、水平電鍍的發(fā)展優(yōu)勢，對水平電鍍技術進行分析和評估，指出水平電鍍系統(tǒng)的使用，對印制電路行業(yè)來說是很大的發(fā)展和進步。
關鍵字：印制電路板水平電鍍垂直電鍍
一、概述
隨著微電子技術的飛速發(fā)展，印制電路板制造向多層化、積層化、功能化和集成化方向迅速的發(fā)展。促使印制電路設計大量采用微小孔、窄間距、細導線進行電路圖形的構思和設計，使得印制電路板制造技術難度更高，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。其主要原因需從電鍍原理關于電流分布狀態(tài)進行分析，通過實際電鍍時發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)電流的分布呈現(xiàn)腰鼓形，出現(xiàn)孔內(nèi)電流分布由孔邊到孔中央逐漸降低，致使大量的銅沉積在表面與孔邊，無法確保孔中央需銅的部位銅層應達到的標準厚度，有時銅層極薄或無銅層，嚴重時會造成無可挽回的損失，導致大量的多層板報廢。為解決量產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量問題，目前都從電流及添加劑方面去解決深孔電鍍問題。在高縱橫比印制電路板電鍍銅工藝中，大多都是在優(yōu)質(zhì)的添加劑的輔助作用下，配合適度的空氣攪拌和陰極移動，在相對較低的電流密度條件下進行的。使孔內(nèi)的電極反應控制區(qū)加大，電鍍添加劑的作用才能顯示出來，再加上陰極移動非常有利于鍍液的深鍍能力的提高，鍍件的極化度加大，鍍層電結晶過程中晶核的形成速度與晶粒長大速度相互補償，從而獲得高韌性銅層。
然而當通孔的縱橫比繼續(xù)增大或出現(xiàn)深盲孔的情況下，這兩種工藝措施就顯得無力，于是產(chǎn)生水平電鍍技術。它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。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(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。
二、水平電鍍原理簡介
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。
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