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多层印刷电路板电镀工艺及原理概述(二)

放大字体  缩小字体发布日期:2012-11-30  浏览次数:648
核心提示:我国目前电路板工业一片蓬勃,产量高居世界第三位,然而在制作高层次的电路板时仍有许多颈尚待突破。
 

(B)3。特殊搅拌方式之使用

若要提高小孔内之电镀速率,必须使产生电极反应的金属离子迅速得到补充,通常有两种方式,一是藉助扩散作用,一是藉助对流,前者是由不孔内之铜离子往孔壁浓度低的地方运动,后者则是由镀液的快速流动使孔外的新鲜镀液流入孔内而褵消耗的铜离子,当小孔内毛细现象十分显著时,扩散层也具有一定的厚度使得扩散作有的进行受阻碍,如果孔内外对流良好,不但可降低扩散层之厚度亦可提高电镀的速率,亦即可使用高电流之快速电镀方式,至于采用何种搅拌方式以增强对流有以下两种可行的方法:

(1) 冲击喷射法,是用帮浦将镀液打时高压喷管直接垂直喷向通孔中,其优点是增加孔内质量传迅速率,但喷管的排列、孔径、喷射方向等均要作特殊设计,因而增加了设备制作、管理的费用。

(2) 单向压力差法,其原理是以电路板把镀槽分成两个区域,且要加以对紧。然后用帮浦使此二区域产生一压力差,如此镀液将别无选择地被迫从小孔通过,此法的优点是免除高速喷嘴设计的麻烦但缺点是无法达到量产的目标。

(B)4。镀槽设计的准则

镀小孔由于牵涉的因素太多,使得镀槽设计相当困难,不过kessler和alkire提出一些基本法则作为设计的依据值得吾人参考。他们首先定义两个基本参数N和E,N代表平均电流参数,E代表电流分布力参数,以物理意义来说,

N=溶液中之电阻/质量传迅所产生之电阻 (4)

E=溶液中之电阻/极化作用产生之电阻 (5)

如果N值很大,代表电流趋向于一次电流分布,比较不均匀,如果N值很小,有示趋向于质量传迅极限,亦即镀层的品质恶化,当E<<1时,极化作用的影响大于溶液中电阻的作用使电流趋向二次电流分布,将十分均匀,如果E>>1电流分布均匀度变差,如将N和E同时考虑归纳出下列两条准则:

(1) E<1将同时使面板及孔内得到均匀之电流分布。

(2) N>=64E可在孔内电流分布均匀性及镀层品质此二关系间达成平衡。

(C) 微结构方面。

高层次的多层印刷电路板常被当作军事用途,其可*性也必须物别讲究,需要通过美军规范如漂锡或温度循环的测试,因此镀层的物性如延展性、抗拉强度往往可以决定测试的成败,光泽和添加剂对改善镀层物性扮演相当重要的角色,在此特将其基本反应机构略加说明。

(C)1。电镀之基本反应机构

金属离子镀着于阴极底材上通常分两个步骤进行,第一步是溶液中之金属离子向阴极运动通过电双层亦即电荷移转反应,第二步是到达电极的离子互相结合或与原来的晶粒结,合此步骤称为结晶,由于金属离子在溶液中常被数个水分子所形成错离子,水分子必须慢慢除去方可使金属离子和电子结,合因为底材表面之晶格平面形状不一,曲型的几种包括平面状、弯曲状、边缘空隙及孔,状所以错离子去水的电荷移转反应先由平面而阶梯而弯曲状,比其直接置入孔状的位置中列能节省能量,至于结晶的形成。

(C)2。添加剂的作用

在电镀时为使表面的粗糙度降低或啬镀层之延展性常需加入添加剂或光泽剂曾经提出表面平整之反应机构凸起的部分可以吸附较多的光泽剂,因此增加了电阻,由于电流始终都朝向电阻较低的部位,所以电流便顺利流向镀层凹陷的部份得粗糙降低。又因为光泽剂大多数于有机物,Bockris也提出一理论说明其吸附于电极表面之状况。当电极本身带过多的负电荷或正电荷时,水分子的电双极将呈现下落或上扬的形态,亦即增加和电极间之吸附力,如此一来有机分子的吸附力降低,反之,若电极本身不带电荷,水分子上扬与下落的趋势互相抵消,吸附力减少因而增强了有机分子的吸附力,由此基本理论将可针对不同性质的镀层研究其添加剂的地方。

(c)3。脉波电镀对微结构的影响

脉波电镀最显著的功能是其以物性的方式来改变镀层的微结构,根据许多数据显示,在脉波电流下得到的镀层延展性、附着力均比传统直流电的方式来得大,且粗糙度降低,于于经由何种机构产生此种效应呢?至今仍不十分明了

结论

本文就多层印刷电路板的镀铜制程以巨观、微观及微结构三种观点来分析其基本理论,所得结论归纳如下:

(1) 就电路板面板而言,其电流分布主要决定于镀槽之几何形状,比如阴阳极的距离、排列、大小等,光泽剂或添加剂对电流分布的影响甚小。若要改变电流分布不均的现象可使有辅助装置如屏蔽物或辅助阴极等。

(2) 就电路板通孔而言电流分布及镀层物性,主要受溶液之电阻、电极极化和质量传迅等复杂因素影响。若要得到品质优良且分布均匀的镀层、势必要强调设计的观念,比方说应用特殊的搅拌方式,采用脉波电镀技术等。

(3) 添加剂或光泽剂可改变镀层的物性如延展性、抗拉强度等,但如用量过多亦可能造成有机物对镀层品质的污染,此外也增加管理的不便。因此,以脉波电镀来改善镀层物性的方法是值得努力研究的。

我国目前电路板工业一片蓬勃,产量高居世界第三位,然而在制作高层次的电路板时仍有许多颈尚待突破。镀铜制程方面未来的趋势是采用特殊设计的镀槽并在化学配上力求改进,以期提高技术水准再创光明远景。

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