淺談高縱橫比多層PCB板電鍍技術(shù)

• 來(lái)源：本站
• 發(fā)布時(shí)間：2023-06-07
• 訪問(wèn)流量：745

淺談高縱橫比多層PCB板電鍍技術(shù)

　　高縱橫比通孔的電鍍，在多層PCB板制造工藝中是個(gè)關(guān)鍵，由于板厚度與孔徑之比的數(shù)據(jù)高出5：1，要使PCB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(gè)處理過(guò)程都很難達(dá)到工藝要求。最容易發(fā)生質(zhì)量問(wèn)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?yàn)榭讖叫∮稚畎嘉g液很難順利地通過(guò)整個(gè)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(shí)，越先的部位凹蝕深度超標(biāo)，露出玻璃纖維。形成空洞使后來(lái)的沉銅無(wú)法覆蓋全部，就會(huì)出現(xiàn)空洞現(xiàn)象。第二就是沉銅過(guò)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(dá)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(wú)PCB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(dá)到提高鍍覆孔的可靠性和孔鍍層完整達(dá)標(biāo)是此文論述的重點(diǎn)。

　　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PCB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PCB板制造全過(guò)程中的關(guān)鍵即要害控制點(diǎn)。說(shuō)的更明確些就是容易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的工序，不但要知道問(wèn)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(jiǎn)接影響的因素。通過(guò)多年生產(chǎn)多層PCB板的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題的部位就是去環(huán)氧鉆污（即凹蝕）。為什么呢？因?yàn)樵摲N類型的多層PCB板板厚而孔徑小而深，凹蝕液很難順利地通過(guò)整個(gè)孔內(nèi)，就像自來(lái)水管一樣，孔徑小很多水不能同時(shí)通過(guò)水管流動(dòng)，于是產(chǎn)生水壓，才能使自來(lái)水順利通行。同樣由于孔溶 液的流動(dòng)是靠自身的力量流入孔內(nèi)，如沒有壓力就很全部流過(guò)孔壁部位，同時(shí)樹脂本身還有對(duì)水的排斥力，就更難通過(guò)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(shí)，先進(jìn)行的部位的凹蝕深度超標(biāo)，露出玻璃纖維，形成空洞使后來(lái)的沉銅無(wú)法覆蓋全部，就會(huì)出現(xiàn)空洞現(xiàn)象。在沉銅的過(guò)程中，溶液在孔內(nèi)的流動(dòng)性差，其主要原因是因?yàn)榭讖叫　⒖咨羁靠椎膬擅孢M(jìn)溶液阻力過(guò)大，使孔內(nèi)的已反應(yīng)的溶液無(wú)法及時(shí)更換新鮮沉銅液，缺少銅離子而已沉銅的部位也會(huì)受到溶液的浸蝕。再加上在其它處理溶液處理過(guò)的板經(jīng)清洗后，孔內(nèi)水份未排盡，再進(jìn)行沉銅液時(shí)形成空氣泡，阻礙銅離子的還原此部位也就會(huì)缺少導(dǎo)電層。在電鍍時(shí)，由于光亮酸性PCB鍍銅的分散能力有限，當(dāng)給沖擊電流時(shí)電流達(dá)到中心部位很難，往往也會(huì)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(wú)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(guò)大，還會(huì)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(duì)策

　　根據(jù)上述所論述原因分析，對(duì)高縱橫比的多層PCB板的沉銅和電鍍所存在的實(shí)際情況，必須采取相應(yīng)的工藝對(duì)策，針對(duì)最容易產(chǎn)生問(wèn)題的部位加強(qiáng)重點(diǎn)控制。特別在進(jìn)行除環(huán)氧鉆污時(shí)，一方面要選擇潤(rùn)濕性能好的凹蝕溶液；另一方面采取水平振動(dòng)的裝置，使凹蝕液能順利的通過(guò)整個(gè)孔，使處理后的所形成的氣泡趕走，將經(jīng)過(guò)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?yàn)槎鄬覲CB板的內(nèi)層電路是靠孔完整的孔鍍層達(dá)到與外層或所需要的內(nèi)層進(jìn)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(yán)重缺陷，就會(huì)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(shí)由于熱的沖擊時(shí)就會(huì)脫落或經(jīng)拉脫試驗(yàn)時(shí)也會(huì)脫開。所以，改進(jìn)凹蝕的工藝方法，增加凹蝕液在孔內(nèi)的流動(dòng)，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(wèn)題，就要分析沉銅對(duì)小孔、孔深的關(guān)鍵點(diǎn)。重要的就是保證沉銅溶液在孔內(nèi)順利地流動(dòng)，不斷地更換，使沉銅在孔壁表面形成致密的導(dǎo)電層。具體的做法，就是根據(jù)多層PCB板板厚與孔徑比的特點(diǎn)，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(dòng)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(dòng)裝置，目的就是要將多層PCB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(dòng)，能充分的與孔壁接觸達(dá)到反應(yīng)完全，沉積層完整無(wú)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(shí)，必將板傾斜一個(gè)角度，再加上擺動(dòng)裝置，就可以提高孔內(nèi)沉銅液的流動(dòng)性。

　　在電鍍時(shí)，根據(jù)多層PCB板的特點(diǎn)，要使電流能在整個(gè)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?？變?nèi)鍍層的均勻分布。從電鍍?cè)矸治鲆獙?duì)現(xiàn)有的工藝參數(shù)進(jìn)行科學(xué)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(rèn)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(dǎo)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(dǎo)率或使電位差變小，使深孔鍍得以實(shí)現(xiàn)。但如果采取小電流密度，只能增加電鍍時(shí)間，勢(shì)必會(huì)降低生產(chǎn)效率，更重要的也無(wú)法確保深孔電PCB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(dǎo)電層已被酸溶解。但適當(dāng)?shù)慕档碗娏髅芏纫彩强尚械模驗(yàn)槎嗌倏稍黾渝円悍稚⒛芰?，提高電鍍?nèi)芤荷羁纂婂兊哪芰?。在不影響蝕刻質(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(wèn)題。具體的方法就是將原來(lái)全板電鍍的時(shí)間由原15－25分鐘增至40 分鐘；原來(lái)圖形電鍍的時(shí)間由原來(lái)的60分鐘降致到35－40分鐘。其道理很清楚，就是使兩面的導(dǎo)電能力提高，使構(gòu)成兩面導(dǎo)電的深孔也能增加電流在其表面的均勻分布，也就達(dá)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(dǎo)率表示每邊長(zhǎng)1厘米的一立方厘米溶液的電導(dǎo)，而電導(dǎo)是表示導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量。從試驗(yàn)獲知在電PCB鍍銅溶液中電導(dǎo)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??；當(dāng)硫酸達(dá)至每升200克時(shí)，K值趨向穩(wěn)定。深孔理論認(rèn)為：深孔電鍍的真實(shí)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(qiáng)。根據(jù)這一理論，采取硫酸的濃度達(dá)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(shí)也會(huì)降低溶液的粘度，加強(qiáng)溶液的流動(dòng)性，加快離子運(yùn)動(dòng)的速度，有利于電導(dǎo)率的增加。但要適當(dāng)?shù)奶岣呷芤簻囟?，因?yàn)闇囟冗^(guò)高，雖然可增加電流密度，但會(huì)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PCB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PCB鍍銅問(wèn)題，提出采用“定時(shí)反電流或定時(shí)反脈沖”供電方式，試圖解決印制電路板生產(chǎn)過(guò)程所面臨的深孔鍍的技術(shù)難題。當(dāng)然脈沖電鍍?cè)谟≈齐娐钒逯圃鞓I(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(guò)一個(gè)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(hào)，當(dāng)整流器處于關(guān)的狀態(tài)時(shí)，它比直流更有效地向孔內(nèi)的邊界層補(bǔ)充銅了子，從而能使高縱橫比孔徑內(nèi)壁電PCB鍍銅層厚度更加均勻。

　　解決了多層PCB板與積層PCB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PCB鍍銅進(jìn)行比較，其數(shù)據(jù)列表如下：

　　樣板 孔長(zhǎng)(板厚) (mm) 孔徑 (mm)縱橫比　電流密度 ASD
脈沖電PCB鍍銅 直流電PCB鍍銅 反波/正波電流比(%)　正反時(shí)間比 (ms)分布力 (%)全時(shí)間 (分)分布力 (%)全程時(shí)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PCB鍍銅時(shí)間＝50分鐘
　　四．結(jié)論

　　在常規(guī)電鍍工藝中，為解決多層PCB板深孔電鍍問(wèn)題，根據(jù)電鍍理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)適當(dāng)?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PCB板高縱橫比深孔電鍍質(zhì)量的合格率會(huì)有較大幅度的提高，但當(dāng)厚徑比達(dá)至很高的時(shí)，建議采用脈沖式水平電鍍工藝。