直接電鍍工藝介紹(2)

2017-09-25 22:05:34 admin 101

(七) 質量輸送
  帶正電荷的金屬離子團要不斷的泳向陰極,以補充其不斷的消耗.此種離子團的移動是以三種方式進行,即遷移,對流及擴散現分述于後:
  (1) 遷移──在1mole硫酸銅溶液中以1v/cm電位梯度在25℃下進行電鍍,Cu的絕對遷移率是5.9*10-4cm/sec.當陰陽極相距10cm在3V下操作時,陽極溶出的銅離子要93分鍾才向陰極走1cm遠,要15小時才能達到陰極表面.故知電鍍的成果,遷移所占的功勞實在不大,只能將陰極附近的金屬離子推向陸地而已.
  (2) 對流──鍍液必須做快速的流動,使後方高濃度的金屬離子能盡快的補充陰極膜中的消耗,故對流才是質量輸送的主力.以吹氣、過濾流動、攪動、及加熱等方式使鍍液快速的交換是電鍍最重要的工程.
  (3) 擴散──陰極膜厚約0.2m/m,在快速攪拌流速達25cm/sec時可壓薄至0.1m/m,大大加快了由高濃度向低濃度自然擴散的緩慢效果.但金屬離子團是如何抛棄掉各種配位的其它東西而獨自穿過最後的電雙層而自身或帶有少部份配體登陸的,其原理至今未明.
  由上可知,對PCB的鍍銅而言,最有效完成質量輸送的方式就是鍍液的快速攪拌,尤以對PTH而言,孔中鍍液的快流通才能有效的建立孔壁規範的厚度,而不至發生狗骨現象.因PCB板面面積很大,要鍍液經攪拌流過孔中或板子擺動使流過孔中都很不容易做到,較有可能的辦法是以強烽的液柱在鍍液中噴向孔去,當然大部份還是打在板面上或互相幹擾而無效,可改成部份抽回或在板子的背面抽回較有希望.總而言之如何使鍍液能快速的流過每一孔中是孔銅壁成長的主要開鍵.
  (八) 添加助劑
  除了基本配方法,電鍍的是否能實用化全在添加劑,尤其對于小孔深孔等高難度的板子,助劑更是非常重要.一般助劑約可分爲光澤劑Brightener,整平劑,載運劑,細晶劑,潤濕劑.此等助劑之理論基礎尚不成熟,多半是來自不斷實驗的結果,故幾乎全爲商業化的範圍,其參考來源多爲各種專利,但已發表者幾乎都已過時而不再是第一流的産品了,現役上市者多在階段.
  由各數據看來硫酸銅鍍液之微布力非常好能將待鍍面上種細小的刮痕及凹陷先預以填平,再鍍全面.但對PTH的孔壁而言,要想發揮這微分布的優點,則必須要使高濃度的鍍液能夠不斷的流進去,降低陰極膜的厚度,才是施展其長處的首要條件.
二.小孔或深孔鍍銅的討論
  電路板的裝配日趨緊密,其好處不外減少最後産品的體積及增加信息處理的容量及速度.尤其自VLSI大量開發後,IC在板子上的裝配已由早期的通孔插裝,漸改進至表面黏裝之SMT了.對板子而言細線及小孔是必然要面對的問題.而就小孔而言,受沖擊最大的就是現有的鍍銅技術,要在孔的長寬比很高時,既要得到1mil厚的孔壁,又不可發生狗骨現象,面且鍍層的各種物性雙要通過現有的各種規範,其中種種需待突破的困難實在不少.各國的業界現正從基本配方、添加劑、設備等多方面努力,至今尚少重大的突破.現將小孔的難鍍以下列事實討論之.實體部份遠大于孔徑部份,比種強力的水流幾乎都浪費在板面的阻礙上了.解決辦法之一就是使液中的銅濃度增加,或可減少通過的次數,但這也是一條行不通的死巷,因2oz/gal的銅量幾乎是板面與孔壁的鍍層均勻頒比率的上限,再提高時狗骨會變嚴重,已不是添加劑所能幫忙的了.解決辦法之二是改進化學銅鍍層的物性使能達到規範的要求,目前日立公司的TAFⅡ制程,已進行數年的研究.
  現階佒對硫酸銅鍍液所能做的事約有:
  (1) 選擇高純度的物定助劑,如特殊的整平劑使在高電流處抑制鍍層增加,使低電流處仍能有正常登陸,並嚴格分析、小心添加、仔細處理以保持鍍液的最佳效果.
  (2) 改變鍍的設計,加大陰陽間的距離,減少高低電流密度之間的差異.
  (3) 降低電流密度至15ASF以下,改善整流器出來直流的紋波量至2%以下.若不行時將電流密度再降低到5ASF,以時間換取品質.
  (4) 增強鍍液進出孔中的次數﹐或稱順孔攪拌﹐此點最爲重要﹐也最不容易解決﹐加強過濾循環每小時至少2次,蔌啬超音波攪拌.
  (5) 不要增加銅的濃度但要增大硫酸與銅的濃度比值,至少要在10/1以上.
  (6) 助劑添加則應減少光澤劑用量,增加載體用量,並用安培小時計管理添加,定時用CVS分析助劑之裂解情形.
  (7) 試用脈波電流法試鍍,以減少面銅與孔銅之間的差異,並增加銅層的延展性,並能以不加添加劑的方式使鍍層得以整平.
  脈波方式的電流,是一種非常值得研究的路徑,先期的成果也非常值得研究的路徑,先期的成果也非常令人興奮,只可惜市場上許多添加劑供貨商並不熱衷,爲保既得利益不大支持研究.因一旦可從電流供應的方式使鍍層得以改善,則銷售已久的添加劑可能乏人問津,或需另起爐竈,皆非所顧也.總而言之,PCB的小孔及深孔鍍銅待突破的地方還多得很,實非一蹴可及的.
  理論上每次進入孔中的鍍液其之銅量都全部留在孔壁上時所需要的次數爲300次.何況在實際電鍍銅所遭到的電流密度效率、陰極膜等等煩惱,實際上可能連20%的銅都未鍍出.若再遇到長寬比.125/.012或10/1的板子時,其所需的理論換液次要高達380次,以20%的登陸成果而言,至少也要有2000回合以上的Turn over才行.然而其困難尚不僅此而已,孔徑變小後,孔壁面積的減少遠不如流速的劇烈減低.以8mil孔與25mil孔比較,其面積只減少33%,但流速卻劇降至1.25%,更增加了更換2000次的困難.
  即使上述可行,還要克服鍍液的內聚力、與孔壁的阻力、分子引力、及陰極膜的障礙,故強力的水流是絕對需要的. 

信息來源:慧聰塗裝與表面處理頻道