多層印刷電路板電鍍工藝及原理概述
2012-11-30 10:57 來源:中國電鍍網 責編:喻小嘜
- 摘要:
- 我國目前電路板工業一片蓬勃,產量高居世界第三位,然而在制作高層次的電路板時仍有許多頸尚待突破。鍍銅制程方面未來的趨勢是采用特殊設計的鍍槽并在化學配上力求改進,以期提高技術水準再創光明遠景。
如果P<<1,代表極化作用遠超過電場效應,則電流傾向于二次電流分布,將十分均勻。如果P>>1,則電流傾向于一次電流分布,完全取決于鍍槽之幾何形狀,他們并以硫酸銅鍍浴作多層板鍍銅實驗,各參數基本數據為ac=0。5,
Ma-sec/g-ep,L=30。5cm,j=26。9Ma/cm2,K=0。55(奧姆cm)-1,RgT/F=25。6Mv/(23℃)結果P=29。13>>1代表電流傾向于一次電流分布,其均勻與否完全決定于鍍槽之設計,而溶液之導電度、極化反應之影響均不大,此外,光澤劑或添加劑對板面的巨觀電流分布力均沒有什么影響,若要得到均勻之電流分布可使用屏蔽物或輔助陰極。
(B)微蝕方面
這里是針對電路板之鍍通孔(PTH)而言,近五年來,表面貼裝組件的大量采用,使得電路板趨向細線、小孔、多層化的困難層次,因而在鉆孔、除膠渣、鍍銅等都面臨了前所未有之挑戰,舉例來說,一個0。3吋厚之多層板如果鉆上15mils的通孔,鍘縱橫比高達20:1,如此之小孔已經類似一根毛細管具有相當程度的表面張力,根據理論計算至少需要0。093psi之外加壓力方能使液體順利穿過此一細雙深之孔,傳統的吹氣攪拌方式已經無法滿足這種要求。因此鍍槽勢必要作特殊設計。
(B)1。三次電流分布
對于通孔及其附近而言,影響電流分布的因素甚多包括鍍槽幾何形狀、鍍浴導電性、質量傳迅速率、銅離子之濃度等。電流受這許多因素錯綜復雜的影響其分布稱為三次電流分布,在此最值得一提的是小孔內質量傳迅的問題。晚們知道,在縱橫比甚高的小孔,內溶液穿過不易,再加上離子褵的速率遠比離子消耗來得慢,所以在*近孔壁及遠離孔壁之區域間形成了擴散層。此擴散層將影響電鍍的速率,如果希望增加電鍍速率則必須提高外加電流,但電流增高將使鍍層品質逐漸惡化。當電流上升至某一程度時,鍍層呈粗糙、松散而無法接受,此時之電流稱為極限電流密度,以Jlim=nFDCb/∮
(3)其中n是電子數目,F是法拉常數
Cb為擴散層厚度。一般而言,外加電流密度如果保持極限電流密度如果保持極限電漢密度25%以內,將可得到品質良好的鍍層,如果能設法提高極限電流密度則電鍍速率亦將提高。由(3)式可看出提高極限電流密度的方法包括增加銅離子濃度、提高擴散常數、降低擴散層厚度等。升高溫度亦有提高擴散常數之效果,而脈波電鍍技術的采用則對減少擴散層的厚度有相當的成效;旧,脈波電鍍是一種借著不同波形的電流或電壓將金屬附著于底材的電鍍技術,用的波形大致可分為三類分別為方形波、正弦波及三角形波。此外,針對各種物殊需要亦可由三種基本波形演出不同形狀之波形,假若我們采用直流電作外加電流。
(B)3。特殊攪拌方式之使用
若要提高小孔內之電鍍速率,必須使產生電極反應的金屬離子迅速得到補充,通常有兩種方式,一是藉助擴散作用,一是藉助對流,前者是由不孔內之銅離子往孔壁濃度低的地方運動,后者則是由鍍液的快速流動使孔外的新鮮鍍液流入孔內而褵消耗的銅離子,當小孔內毛細現象十分顯著時,擴散層也具有一定的厚度使得擴散作有的進行受阻礙,如果孔內外對流良好,不但可降低擴散層之厚度亦可提高電鍍的速率,亦即可使用高電流之快速電鍍方式,至于采用何種攪拌方式以增強對流有以下兩種可行的方法:
(1) 沖擊噴射法,是用幫浦將鍍液打時高壓噴管直接垂直噴向通孔中,其優點是增加孔內質量傳迅速率,但噴管的排列、孔徑、噴射方向等均要作特殊設計,因而增加了設備制作、管理的費用。
(2) 單向壓力差法,其原理是以電路板把鍍槽分成兩個區域,且要加以對緊。然后用幫浦使此二區域產生一壓力差,如此鍍液將別無選擇地被迫從小孔通過,此法的優點是免除高速噴嘴設計的麻煩但缺點是無法達到量產的目標。
(B)4。鍍槽設計的準則
鍍小孔由于牽涉的因素太多,使得鍍槽設計相當困難,不過kessler和alkire提出一些基本法則作為設計的依據值得吾人參考。他們首先定義兩個基本參數N和E,N代表平均電流參數,E代表電流分布力參數,以物理意義來說,
N=溶液中之電阻/質量傳迅所產生之電阻(4)
E=溶液中之電阻/極化作用產生之電阻(5)
如果N值很大,代表電流趨向于一次電流分布,比較不均勻,如果N值很小,有示趨向于質量傳迅極限,亦即鍍層的品質惡化,當E<<1時,極化作用的影響大于溶液中電阻的作用使電流趨向二次電流分布,將十分均勻,如果E>>1電流分布均勻度變差,如將N和E同時考慮歸納出下列兩條準則:
(1)E<1將同時使面板及孔內得到均勻之電流分布。
Ma-sec/g-ep,L=30。5cm,j=26。9Ma/cm2,K=0。55(奧姆cm)-1,RgT/F=25。6Mv/(23℃)結果P=29。13>>1代表電流傾向于一次電流分布,其均勻與否完全決定于鍍槽之設計,而溶液之導電度、極化反應之影響均不大,此外,光澤劑或添加劑對板面的巨觀電流分布力均沒有什么影響,若要得到均勻之電流分布可使用屏蔽物或輔助陰極。
(B)微蝕方面
這里是針對電路板之鍍通孔(PTH)而言,近五年來,表面貼裝組件的大量采用,使得電路板趨向細線、小孔、多層化的困難層次,因而在鉆孔、除膠渣、鍍銅等都面臨了前所未有之挑戰,舉例來說,一個0。3吋厚之多層板如果鉆上15mils的通孔,鍘縱橫比高達20:1,如此之小孔已經類似一根毛細管具有相當程度的表面張力,根據理論計算至少需要0。093psi之外加壓力方能使液體順利穿過此一細雙深之孔,傳統的吹氣攪拌方式已經無法滿足這種要求。因此鍍槽勢必要作特殊設計。
(B)1。三次電流分布
對于通孔及其附近而言,影響電流分布的因素甚多包括鍍槽幾何形狀、鍍浴導電性、質量傳迅速率、銅離子之濃度等。電流受這許多因素錯綜復雜的影響其分布稱為三次電流分布,在此最值得一提的是小孔內質量傳迅的問題。晚們知道,在縱橫比甚高的小孔,內溶液穿過不易,再加上離子褵的速率遠比離子消耗來得慢,所以在*近孔壁及遠離孔壁之區域間形成了擴散層。此擴散層將影響電鍍的速率,如果希望增加電鍍速率則必須提高外加電流,但電流增高將使鍍層品質逐漸惡化。當電流上升至某一程度時,鍍層呈粗糙、松散而無法接受,此時之電流稱為極限電流密度,以Jlim=nFDCb/∮
(3)其中n是電子數目,F是法拉常數
Cb為擴散層厚度。一般而言,外加電流密度如果保持極限電流密度如果保持極限電漢密度25%以內,將可得到品質良好的鍍層,如果能設法提高極限電流密度則電鍍速率亦將提高。由(3)式可看出提高極限電流密度的方法包括增加銅離子濃度、提高擴散常數、降低擴散層厚度等。升高溫度亦有提高擴散常數之效果,而脈波電鍍技術的采用則對減少擴散層的厚度有相當的成效;旧,脈波電鍍是一種借著不同波形的電流或電壓將金屬附著于底材的電鍍技術,用的波形大致可分為三類分別為方形波、正弦波及三角形波。此外,針對各種物殊需要亦可由三種基本波形演出不同形狀之波形,假若我們采用直流電作外加電流。
(B)3。特殊攪拌方式之使用
若要提高小孔內之電鍍速率,必須使產生電極反應的金屬離子迅速得到補充,通常有兩種方式,一是藉助擴散作用,一是藉助對流,前者是由不孔內之銅離子往孔壁濃度低的地方運動,后者則是由鍍液的快速流動使孔外的新鮮鍍液流入孔內而褵消耗的銅離子,當小孔內毛細現象十分顯著時,擴散層也具有一定的厚度使得擴散作有的進行受阻礙,如果孔內外對流良好,不但可降低擴散層之厚度亦可提高電鍍的速率,亦即可使用高電流之快速電鍍方式,至于采用何種攪拌方式以增強對流有以下兩種可行的方法:
(1) 沖擊噴射法,是用幫浦將鍍液打時高壓噴管直接垂直噴向通孔中,其優點是增加孔內質量傳迅速率,但噴管的排列、孔徑、噴射方向等均要作特殊設計,因而增加了設備制作、管理的費用。
(2) 單向壓力差法,其原理是以電路板把鍍槽分成兩個區域,且要加以對緊。然后用幫浦使此二區域產生一壓力差,如此鍍液將別無選擇地被迫從小孔通過,此法的優點是免除高速噴嘴設計的麻煩但缺點是無法達到量產的目標。
(B)4。鍍槽設計的準則
鍍小孔由于牽涉的因素太多,使得鍍槽設計相當困難,不過kessler和alkire提出一些基本法則作為設計的依據值得吾人參考。他們首先定義兩個基本參數N和E,N代表平均電流參數,E代表電流分布力參數,以物理意義來說,
N=溶液中之電阻/質量傳迅所產生之電阻(4)
E=溶液中之電阻/極化作用產生之電阻(5)
如果N值很大,代表電流趨向于一次電流分布,比較不均勻,如果N值很小,有示趨向于質量傳迅極限,亦即鍍層的品質惡化,當E<<1時,極化作用的影響大于溶液中電阻的作用使電流趨向二次電流分布,將十分均勻,如果E>>1電流分布均勻度變差,如將N和E同時考慮歸納出下列兩條準則:
(1)E<1將同時使面板及孔內得到均勻之電流分布。
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