多层电路板(PCB)的电镀工艺

=ａcFLj/RgTK (2)

其中ａc是移转系数,F是法拉第常数,L是阴阳极距离,j是平均电流密度, Rg是气体常数,T是温度,K是溶液中之导电度. 如果P1,代表极化作用远超过电场效应,则电流倾向于二次电流分布,将十分均匀.如果P>>1,则电流倾向于一次电流分布,完全取决于镀槽之几何形状,他们并以硫酸铜镀浴作多层板镀铜实验,各参数基本数据为ａc=0.5, Ma-sec/g-ep,L=30.5cm, j=26.9Ma/cm2 , K=0.55(奥姆cm)-1,
RgT/F=25.6Mv/(23℃)结果P=29.13>>1代表电流倾向于一次电流分布,其均匀与否完全决定于镀槽之设计,而溶液之导电度、极化反应之影响均不大,此外,光泽剂或添加剂对板面的巨观电流分布力均没有什么影响,若要得到均匀之电流分布可使用屏蔽物或辅助阴极. 　　

微蚀方面　　
这里是针对电路板之镀通孔(PTH)而言,近五年来,表面黏装组件的大量采用,使得电路板趋向细线、小孔、多层化的困难层次,因而在钻孔、除胶渣、镀铜等都面临了前所未有之挑战,举例来说,一个0.3吋厚之多层板如果钻上15mils的通孔,铡纵横比高达20:1,如此之小孔已经类似一根毛细管具有相当程度的表面张力,根据理论计算至少需要0.093psi之外加压力方能使液体顺利穿过此一细双深之孔,传统的吹气搅拌方式已经无法满足这种要求.因此镀槽势必要作特殊设计. 　　

a.三次电流分布　　
于通孔及其附近而言,影响电流分布的因素甚多包括镀槽几何形状、镀浴导电性、质量传迅速率、铜离子之浓度等.电流受这许多因素错综复杂的影响其分布称为三次电流分布,在此最值得一提的是小孔内质量传迅的问题.晚们知道,在纵横比甚高的小孔,内溶液穿过不易,再加上离子褵的速率远比离子消耗来得慢,所以在靠近孔壁及远离孔壁之区域间形成了扩散层.此扩散层将影响电镀的速率,如果希望增加电镀速率则必须提高外加电流,但电流增高将使镀层品质逐渐恶化.当电流上升至某一程度时,镀层呈粗糙、松散而无法接受,此时之电流称为极限电流密度,以Jlim=nFDCb/∮ (3)

其中n是电子数目,F是法拉常数, Cb为扩散层厚度.一般而言,外加电流密度如果保持极限电流密度如果保持极限电汉密度25%以内,将可得到品质良好的镀层,如果能设法提高极限电流密度则电镀速率亦将提高.由(3)式可看出提高极限电流密度的方法包括增加铜离子浓度、提高扩散常数、降低扩散层厚度等.升高温度亦有提高扩散常数之效果,而脉波电镀技术的采用则对减少扩散层的厚度有相当的成效.基本上,脉波电镀是一种借着不同波形的电流或电压将金属附着于底材的电镀技术,用的波形大致可分为三类分别为方形波、正弦波及三角形波.此外,针对各种物殊需要亦可由三种基本波形演出不同形状之波形,假若我们采用直流电作外加电流. 　　

b.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

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. 　

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. 　　

c.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E1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: E1将同时使面板及孔内得到均匀之电流分布;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. 　　

微结构方面
高层次的多层印刷电路板常被当作军事用途,其可靠性也必须物别讲究,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.