隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，高速PCB設(shè)計(jì)也得到快速穩(wěn)步發(fā)展，而PCB制造也正向多層化、積層化、功能化和集成化方向發(fā)展，使得PCB制造技術(shù)難度更高，特別是多層板通孔的縱橫比超過(guò)５：１及積層板中大量采用的較深的盲孔，使常規(guī)的垂直電鍍工藝不能滿足高質(zhì)量、高可靠性互連孔的技術(shù)要求，常規(guī)的垂直電鍍工藝不能滿足高質(zhì)量、高可靠性互連孔的技術(shù)要求，于是產(chǎn)生水平電鍍技術(shù)。

水平電鍍技術(shù)是垂直電鍍法技術(shù)發(fā)展的繼續(xù)，也就是在垂直電鍍工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新穎電鍍技術(shù)。它的關(guān)鍵是應(yīng)制造出相適應(yīng)的水平電鍍系統(tǒng)，能使高分散能力的鍍液，在改進(jìn)供電方式和其它輔助裝置的配合下，顯示出比垂直電鍍法更為優(yōu)異的功能作用。

水平電鍍技術(shù)的發(fā)展不是偶然的，而是高密度、高精度、多功能、高縱橫比多層PCB產(chǎn)品特殊功能的需要是個(gè)必然的結(jié)果。它的優(yōu)勢(shì)就是要比現(xiàn)在所采用的垂直掛鍍工藝方法更為先進(jìn)，產(chǎn)品質(zhì)量更為可靠，能實(shí)現(xiàn)規(guī)?；拇笊a(chǎn)。它與垂直電鍍工藝方法相比具有以下長(zhǎng)處：

（１）適應(yīng)尺寸范圍較寬，無(wú)需進(jìn)行手工裝掛，實(shí)現(xiàn)全部自動(dòng)化作業(yè)，對(duì)提高和確保作業(yè)過(guò)程對(duì)基板表面無(wú)損害，對(duì)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；拇笊a(chǎn)極為有利。

（２）在工藝審查中，無(wú)需留有裝夾位置，增加實(shí)用面積，大大節(jié)約原材料的損耗。

（３）水平電鍍采用全程計(jì)算機(jī)控制，使基板在相同的條件下，確保每塊PCB的表面與孔的鍍層的均一性。

（４）從管理角度看，電鍍槽從清理、電鍍液的添加和更換，可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，不會(huì)因?yàn)槿藶榈腻e(cuò)誤造成管理上的失控問(wèn)題。

（５）從實(shí)際生產(chǎn)中可測(cè)所知，由于水平電鍍采用多段水平清洗，大大節(jié)約清洗水的用量及減少污水處理的壓力。

（６）由于該系統(tǒng)采用封閉式作業(yè)，減少對(duì)作業(yè)空間的污染和熱量的蒸發(fā)對(duì)工藝環(huán)境的直接影響，大大改善作業(yè)環(huán)境。特別是烘板時(shí)由于減少熱量的損耗，節(jié)約了能量的無(wú)謂消耗及大大提高生產(chǎn)效率。

水平電鍍與垂直電鍍方法和原理是相同的，都必須具有陰陽(yáng)兩極，通電后產(chǎn)生電極反應(yīng)使電解液主成份產(chǎn)生電離，使帶電的正離子向電極反應(yīng)區(qū)的負(fù)相移動(dòng)；帶電的負(fù)離子向電極反應(yīng)區(qū)的正相移動(dòng)，于是產(chǎn)生金屬沉積鍍層和放出氣體。因?yàn)榻饘僭陉帢O沉積的過(guò)程分為三步：即金屬的水化離子向陰極擴(kuò)散；第二步就是金屬水化離子在通過(guò)雙電層時(shí)，逐步脫水，并吸附在陰極的表面上；第三步就是吸附在陰極表面的金屬離子接受電子而進(jìn)入金屬晶格中。從實(shí)際觀察到作業(yè)槽的情況是固相的電極與液相電鍍液的界面之間的無(wú)法觀察到的異相電子傳遞反應(yīng)。其結(jié)構(gòu)可用電鍍理論中的雙電層原理來(lái)說(shuō)明，當(dāng)電極為陰極并處于極化狀態(tài)情況下，則被水分子包圍并帶有正電荷的陽(yáng)離子，因靜電作用力而有序的排列在陰極附近，最靠近陰極的陽(yáng)離子中心點(diǎn)所構(gòu)成的設(shè)相面而稱之亥姆霍茲（Helmholtz）外層，該外層距電極的距離約約１——１０納米。但是由于亥姆霍茲外層的陽(yáng)離子所帶正電荷的總電量，其正電荷量不足以中和陰極上的負(fù)電荷。而離陰極較遠(yuǎn)的鍍液受到對(duì)流的影響，其溶液層的陽(yáng)離子濃度要比陰離子濃度高一些。此層由于靜電力作用比亥姆霍茲外層要小，又要受到熱運(yùn)動(dòng)的影響，陽(yáng)離子排列并不像亥姆霍茲外層緊密而又整齊，此層稱之謂擴(kuò)散層。擴(kuò)散層的厚度與鍍液的流動(dòng)速率成反比。也就是鍍液的流動(dòng)速率越快，擴(kuò)散層就越薄，反則厚，一般擴(kuò)散層的厚度約５——５０微米。離陰極就更遠(yuǎn)，對(duì)流所到達(dá)的鍍液層稱之謂主體鍍液。因?yàn)槿芤旱漠a(chǎn)生的對(duì)流作用會(huì)影響到鍍液濃度的均勻性。擴(kuò)散層中的銅離子靠鍍液靠擴(kuò)散及離子的遷移方式輸送到亥姆霍茲外層。而主體鍍液中的銅離子卻靠對(duì)流作用及離子遷移將其輸送到陰極表面。所在在水平電鍍過(guò)程中，鍍液中的銅離子是靠三種方式進(jìn)行輸送到陰極的附近形成雙電層。

鍍液的對(duì)流的產(chǎn)生是采用外部現(xiàn)內(nèi)部以機(jī)械攪拌和泵的攪拌、電極本身的擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)方式，以及溫差引起的電鍍液的流動(dòng)。在越靠近固體電極的表面的地方，由于其磨擦阻力的影響至使電鍍液的流動(dòng)變得越來(lái)越緩慢，此時(shí)的固體電極表面的對(duì)流速率為零。從電極表面到對(duì)流鍍液間所形成的速率梯度層稱之謂流動(dòng)界面層。該流動(dòng)界面層的厚度約為擴(kuò)散層厚度的的十倍，故擴(kuò)散層內(nèi)離子的輸送幾乎不受對(duì)流作用的影響。

在電埸的作用下，電鍍液中的離子受靜電力而引起離子輸送稱之謂離子遷移。其遷移的速率用公式表示如下：ｕ＝zeoE/６πrη要。其中ｕ為離子遷移速率、ｚ為離子的電荷數(shù)、eo為一個(gè)電子的電荷量（即1.61019C）、Ｅ為電位、ｒ?yàn)樗想x子的半徑、η為電鍍液的粘度。根據(jù)方程式的計(jì)算可以看出，電位Ｅ降落越大，電鍍液的粘度越小，離子遷移的速率也就越快。

根據(jù)電沉積理論，電鍍時(shí)，位于陰極上的PCB為非理想的極化電極，吸附在陰極的表面上的銅離子獲得電子而被還原成銅原子，而使靠近陰極的銅離子濃度降低。因此，陰極附近會(huì)形成銅離子濃度梯度。銅離子濃度比主體鍍液的濃度低的這一層鍍液即為鍍液的擴(kuò)散層。而主體鍍液中的銅離子濃度較高，會(huì)向陰極附近銅離子濃度較低的地方，進(jìn)行擴(kuò)散，不斷地補(bǔ)充陰極區(qū)域。PCB類似一個(gè)平面陰極，其電流的大小與擴(kuò)散層的厚度的關(guān)系式為ＣＯＴＴＲＥＬＬ方程式：

其中Ｉ為電流、ｚ為銅離子的電荷數(shù)、Ｆ為法拉第常數(shù)、Ａ為陰極表面積、Ｄ為銅離子擴(kuò)散系數(shù)（Ｄ＝ＫＴ／６πｒη），Ｃb為主體鍍液中銅離子濃度、Ｃo為陰極表面銅離子的濃度、Ｄ為擴(kuò)散層的厚度、Ｋ為波次曼常數(shù)（Ｋ＝Ｒ／Ｎ）、Ｔ為溫度、ｒ?yàn)殂~水合離子的半徑、η為電鍍液的粘度。當(dāng)陰極表面銅離子濃度為零時(shí)，其電流稱為極限擴(kuò)散電流ii：

從上式可看出，極限擴(kuò)散電流的大小決定于主體鍍液的銅離子濃度、銅離子的擴(kuò)散系數(shù)及擴(kuò)散層的厚度。當(dāng)主體鍍液中的銅離子的濃度高、銅離子的擴(kuò)散系數(shù)大、擴(kuò)散層的厚度薄時(shí)，極限擴(kuò)散電流就越大。根據(jù)上述公式得知，要達(dá)到較高的極限電流值，就必須采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧簿褪遣捎眉訙氐墓に嚪椒āＲ驗(yàn)樯邷囟瓤墒箶U(kuò)散系數(shù)變大，增快對(duì)流速率可使其成為渦流而獲得薄而又均一的擴(kuò)散層。從上述理論分析，增加主體鍍液中的銅離子濃度，提高電鍍液的溫度，以及增快對(duì)流速率等均能提高極限擴(kuò)散電流，而達(dá)到加快電鍍速率的目的。水平電鍍基于鍍液的對(duì)流速度加快而形成渦流，能有效地使擴(kuò)散層的厚度降至１０微米左右。故采用水平電鍍系統(tǒng)進(jìn)行電鍍時(shí)，其電流密度可高達(dá)８Ａ/ｄｍ2。

PCB電鍍的關(guān)鍵，就是如何確?；鍍擅婕皩?dǎo)通孔內(nèi)壁銅層厚度的均勻性。要得到鍍層厚度的均一性，就必須確保印制板的兩面及通孔內(nèi)的鍍液流速要快而又要一致，以獲得薄而均一的擴(kuò)散層。要達(dá)到薄均一的擴(kuò)散層，就目前水平電鍍系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看，盡管該系統(tǒng)內(nèi)安裝了許多噴咀，能將鍍液快速垂直的噴向印制板，以加速鍍液在通孔內(nèi)的流動(dòng)速度，致使鍍液的流動(dòng)速率很快，在基板的上下面及通孔內(nèi)形成渦流，使擴(kuò)散層降低而又較均一。但是，通常當(dāng)鍍液突然流入狹窄的通孔內(nèi)時(shí)，通孔的入口處鍍液還會(huì)有反向回流的現(xiàn)象產(chǎn)生，再加上一次電流分布的影響，演常常造成入口處孔部位電鍍時(shí)，由于尖端效應(yīng)導(dǎo)致銅層厚度過(guò)厚，通孔內(nèi)壁構(gòu)成狗骨頭形狀的銅鍍層。根據(jù)鍍液在通孔內(nèi)流動(dòng)的狀態(tài)即渦流及回流的大小，導(dǎo)電鍍通孔質(zhì)量的狀態(tài)分析，只能通過(guò)工藝試驗(yàn)法來(lái)確定控制參數(shù)達(dá)到PCB電鍍厚度的均一性。因?yàn)闇u流及回流的大小至今還是無(wú)法通過(guò)理論計(jì)算的方法獲知，所以只有采用實(shí)測(cè)的工藝方法。從實(shí)測(cè)的結(jié)果得知，要控制通孔電鍍銅層厚度的均勻性，就必須根據(jù)PCB通孔的縱橫比來(lái)調(diào)整可控的工藝參數(shù)，甚至還要選擇高分散能力的電鍍銅溶液，再添加適當(dāng)?shù)奶砑觿┘案倪M(jìn)供電方式即采用反向脈沖電流進(jìn)行電鍍才給獲得具有高分布能力的銅鍍層。

特別是積層板微盲孔數(shù)量增加，不但要采用水平電鍍系統(tǒng)進(jìn)行電鍍，還要采用超聲波震動(dòng)來(lái)促進(jìn)微盲孔內(nèi)鍍液的更換及流通，再改進(jìn)供電方式利用反脈沖電流及實(shí)際測(cè)試的的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)正可控參數(shù)，就能獲得滿意的效果。

根據(jù)水平電鍍的特點(diǎn)，它是將PCB放置的方式由垂直式變成平行鍍液液面的電鍍方式。這時(shí)的PCB為陰極，而電流的供應(yīng)方式有的水平電鍍系統(tǒng)采用導(dǎo)電夾子和導(dǎo)電滾輪兩種。從操作系統(tǒng)方便來(lái)談，采用滾輪導(dǎo)電的供應(yīng)方式較為普遍。水平電鍍系統(tǒng)中的導(dǎo)電滾輪除作為陰極外，還具有傳送PCB的功能。每個(gè)導(dǎo)電滾輪都安裝著彈簧裝置，其目的能適應(yīng)不同厚度的PCB（０。１０——５。００ｍｍ）電鍍的需要。但在電鍍時(shí)就會(huì)出現(xiàn)與鍍液接觸的部位都可能被鍍上銅層，久面久之該系統(tǒng)就無(wú)法運(yùn)行。因此，目前的所制造的水平電鍍系統(tǒng)，大多將陰極設(shè)計(jì)成可切換成陽(yáng)極，再利用一組輔助陰極，便可將被鍍互滾輪上的銅電解溶解掉。為維修或更換方面起見(jiàn)，新的電鍍?cè)O(shè)計(jì)也考慮到容易損耗的部位便于拆除或更換。陽(yáng)極是采用數(shù)組可調(diào)整大小的不溶性鈦籃，分別放置在PCB的上下位置，內(nèi)裝有直徑為２５ｍｍ圓球狀、含磷量為０。００４——０。００６％可溶性的銅、陰極與陽(yáng)極之間的距離為４０ｍｍ。

鍍液的流動(dòng)是采用泵及噴咀組成的系統(tǒng)，使鍍液在封閉的鍍槽內(nèi)前后、上下交替迅速的流動(dòng)，并能確保鍍液流動(dòng)的均一性。鍍液為垂直噴向PCB，在PCB面形成沖壁噴射渦流。其最終目的達(dá)到PCB兩面及通孔的鍍液快速流動(dòng)形成渦流。另外槽內(nèi)裝有過(guò)濾系統(tǒng)，其中所采用的過(guò)濾網(wǎng)為網(wǎng)眼為１。２微米，以過(guò)濾去電鍍過(guò)程中所產(chǎn)生的顆粒狀的雜質(zhì)，確保鍍液的干凈無(wú)污染。

在制造水平電鍍系統(tǒng)時(shí)，還要考慮到操作方便和工藝參數(shù)的自動(dòng)控制。因?yàn)樵趯?shí)際電鍍時(shí)，隨著PCB尺寸的大小、通孔孔徑的尺寸的大小及所要求的銅厚度的不同、傳送速度、PCB間的距離、泵馬力的大小、噴咀的方向及電流密度的高低等工藝參數(shù)的設(shè)定，都需要進(jìn)行實(shí)際測(cè)試和調(diào)整及控制，才能獲得合乎技術(shù)要求的銅層厚度。就必采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。為提高生產(chǎn)效率及高檔次產(chǎn)品質(zhì)量的一致性和可靠性，將PCB的通孔前后處理（包括鍍覆孔）按照工藝程序，構(gòu)成完整的水平電鍍系統(tǒng)，才是滿足新品開(kāi)發(fā)、上市的需要。

以上就是有關(guān)水平電鍍的知識(shí)，當(dāng)高速PCB設(shè)計(jì)及制造遇上水平電鍍，更多需求將得到滿足。

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