跟着微电子技能的飞速开展，印制电路板制作向多层化、积层化、功用化和集成化方向开展，使得印制电路板制作技能难度更高，惯例的笔直电镀工艺不能满意高质量、高牢靠性互连孔的技能要求，所以发生水平电镀技能。
本文从水平电镀的原理、水平电镀体系根本结构、水平电镀的开展优势，对水平电镀技能进行剖析和评价，指出水平电镀体系的运用，对印制电路职业来说是很大的开展和前进。
一、概述
跟着微电子技能的飞速开展，印制电路板制作向多层化、积层化、功用化和集成化方向敏捷的开展。促进印制电路规划很多选用微小孔、窄间隔、细导线进行电路图形的构思和规划，使得印制电路板制作技能难度更高，特别是多层板通孔的纵横比超越5：1及积层板中很多选用的较深的盲孔，使惯例的笔直电镀工艺不能满意高质量、高牢靠性互连孔的技能要求。
其主要原因需从电镀原理关于电流散布状况进行剖析，经过实践电镀时发现孔内电流的散布呈现腰鼓形，呈现孔内电流散布由孔边到孔中心逐渐下降，致使很多的铜堆积在外表与孔边，无法保证孔中心需铜的部位铜层应抵达的规范厚度，有时铜层极薄或无铜层，严峻时会构成无可挽回的丢失，导致很多的多层板作废。
为处理量产中产品质量问题，现在都从电流及增加剂方面去处理深孔电镀问题。在高纵横比印制电路板电镀铜工艺中，大多都是在优质的增加剂的辅佐作用下，合作适度的空气搅拌和阴极移动，在相对较低的电流密度条件下进行的。使孔内的电极反响操控区加大，电镀增加剂的作用才干显示出来，再加上阴极移动非常有利于镀液的深镀才干的前进，镀件的极化度加大，镀层电结晶进程中晶核的构成速度与晶粒长大速度彼此补偿，然后取得高韧性铜层。
可是当通孔的纵横比持续增大或呈现深盲孔的状况下，这两种工艺办法就显得无力，所以发生水平电镀技能。它是笔直电镀法技能开展的持续，也便是在笔直电镀工艺的基础上开展起来的新颖电镀技能。这种技能的要害便是应制作出相习惯的、彼此配套的水平电镀体系，能使高涣散才干的镀液，在改进供电办法和其它辅佐设备的合作下，显示出比笔直电镀法更为优异的功用作用。
二、水平电镀原理简介
水平电镀与笔直电镀办法和原理是相同的，都必须具有阴阳南北极，通电后发生电极反响使电解液主成份发生电离，使带电的正离子向电极反响区的负相移动;带电的负离子向电极反响区的正相移动，所以发生金属堆积镀层和放出气体。
由于金属在阴极堆积的进程分为三步：即金属的水化离子向阴极涣散;第二步便是金属水化离子在经过双电层时，逐渐脱水，并吸附在阴极的外表上;第三步便是吸附在阴极外表的金属离子承受电子而进入金属晶格中。从实践观察到作业槽的状况是固相的电极与液相电镀液的界面之间的无法观察到的异相电子传递反响。其结构可用电镀理论中的双电层原理来阐明，当电极为阴极并处于极化状况状况下，则被水分子围住并带有正电荷的阳离子，因静电作用力而有序的摆放在阴极邻近，最接近阴极的阳离子中心点所构成的设相面而称之亥姆霍兹(Helmholtz)外层，该外层距电极的间隔约约1-10纳米。可是由于亥姆霍兹外层的阳离子所带正电荷的总电量，其正电荷量不足以中和阴极上的负电荷。而离阴极较远的镀液遭到对流的影响，其溶液层的阳离子浓度要比阴离子浓度高一些。此层由于静电力作用比亥姆霍兹外层要小，又要遭到热运动的影响，阳离子摆放并不像亥姆霍兹外层严密而又规整，此层称之谓涣散层。涣散层的厚度与镀液的活动速率成反比。也便是镀液的活动速率越快，涣散层就越薄，反则厚，一般涣散层的厚度约5-50微米。离阴极就更远，对流所抵达的镀液层称之谓主体镀液。由于溶液的发生的对流作用会影响到镀液浓度的均匀性。涣散层中的铜离子靠镀液靠涣散及离子的搬迁办法运送到亥姆霍兹外层。而主体镀液中的铜离子却靠对流作用及离子搬迁将其运送到阴极外表。所在在水平电镀进程中，镀液中的铜离子是靠三种办法进行运送到阴极的邻近构成双电层。
镀液的对流的发生是选用外部现内部以机械搅拌和泵的拌和、电极自身的摇摆或旋转办法，以及温差引起的电镀液的活动。在越接近固体电极的外表的当地，由于其磨擦阻力的影响至使电镀液的活动变得越来越缓慢，此刻的固体电极外表的对流速率为零。从电极外表到对流镀液间所构成的速率梯度层称之谓活动界面层。该活动界面层的厚度约为涣散层厚度的的十倍，故涣散层内离子的运送简直不受对流作用的影响。
在电埸的作用下，电镀液中的离子受静电力而引起离子运送称之谓离子搬迁。其搬迁的速率用公式表明如下：u=zeoE/6πrη要。其间u为离子搬迁速率、z为离子的电荷数、eo为一个电子的电荷量(即1.61019C)、E为电位、r为水合离子的半径、η为电镀液的粘度。依据方程式的核算能够看出，电位E下降越大，电镀液的粘度越小，离子搬迁的速率也就越快。
依据电堆积理论，电镀时，坐落阴极上的印制电路板为非抱负的极化电极，吸附在阴极的外表上的铜离子取得电子而被还原成铜原子，而使接近阴极的铜离子浓度下降。因而，阴极邻近会构成铜离子浓度梯度。铜离子浓度比主体镀液的浓度低的这一层镀液即为镀液的涣散层。而主体镀液中的铜离子浓度较高，会向阴极邻近铜离子浓度较低的当地，进行涣散，不断地弥补阴极区域。印制电路板相似一个平面阴极，其电流的巨细与涣散层的厚度的关系式为COTTRELL方程式：
其间I为电流、z为铜离子的电荷数、F为法拉第常数、A为阴极外表积、D为铜离子涣散系数(D=KT/6πrη)，Cb为主体镀液中铜离子浓度、Co为阴极外表铜离子的浓度、D为涣散层的厚度、K为波次曼常数(K=R/N)、T为温度、r为铜水合离子的半径、η为电镀液的粘度。当阴极外表铜离子浓度为零时，其电流称为极限涣散电流ii：
从上式可看出，极限涣散电流的巨细决定于主体镀液的铜离子浓度、铜离子的涣散系数及涣散层的厚度。当主体镀液中的铜离子的浓度高、铜离子的涣散系数大、涣散层的厚度薄时，极限涣散电流就越大。依据上述公式得知，要抵达较高的极限电流值，就必须采纳恰当的工艺办法，也便是选用加温的工艺办法。由于升高温度可使涣散系数变大，增快对流速率可使其成为涡流而取得薄而又均一的涣散层。从上述理论剖析，增加主体镀液中的铜离子浓度，前进电镀液的温度，以及增快对流速率等均能前进极限涣散电流，而抵达加快电镀速率的意图。水平电镀依据镀液的对流速度加快而构成涡流，能有效地使涣散层的厚度降至10微米左右。故选用水平电镀体系进行电镀时，其电流密度可高达8A/dm2。
印制电路板电镀的要害，便是怎么保证基板双面及导通孔内壁铜层厚度的均匀性。要得到镀层厚度的均一性，就必须保证印制板的双面及通孔内的镀液流速要快而又要共同，以取得薄而均一的涣散层。要抵达薄均一的涣散层。
就现在水平电镀体系的结构看，虽然该体系内安装了许多喷咀，能将镀液快速笔直的喷向印制板，以加快镀液在通孔内的活动速度，致使镀液的活动速率很快，在基板的上下面及通孔内构成涡流，使涣散层下降而又较均一。可是，一般当镀液忽然流入狭隘的通孔内时，通孔的入口处镀液还会有反向回流的现象发生，再加上一次电流散布的影响，演常常构成入口处孔部位电镀时，由于顶级效应导致铜层厚度过厚，通孔内壁构成狗骨头形状的铜镀层。
依据镀液在通孔内活动的状况即涡流及回流的巨细，导电镀通孔质量的状况剖析，只能经过工艺实验法来确认操控参数抵达印制电路板电镀厚度的均一性。由于涡流及回流的巨细至今仍是无法经过理论核算的办法获悉，所以只要选用实测的工艺办法。从实测的成果得知，要操控通孔电镀铜层厚度的均匀性，就必须依据印制电路板通孔的纵横比来调整可控的工艺参数，乃至还要挑选高涣散才干的电镀铜溶液，再增加恰当的增加剂及改进供电办法即选用反向脉冲电流进行电镀才给取得具有高散布才干的铜镀层。
特别是积层板微盲孔数量增加，不但要选用水平电镀体系进行电镀，还要选用超声波轰动来促进微盲孔内镀液的替换及流转，再改进供电办法运用反脉冲电流及实践测验的的数据来调正可控参数，就能取得满意的作用。
三、水平电镀体系根本结构
依据水平电镀的特色，它是将印制电路板放置的办法由笔直式变成平行镀液液面的电镀办法。这时的印制电路板为阴极，而电流的供给办法有的水平电镀体系选用导电夹子和导电滚轮两种。从操作体系便利来谈，选用滚轮导电的供给办法较为遍及。水平电镀体系中的导电滚轮除作为阴极外，还具有传送印制电路板的功用。每个导电滚轮都安装着绷簧设备，其意图能习惯不同厚度的印制电路板(0.10-5.00mm)电镀的需求。但在电镀时就会呈现与镀液触摸的部位都或许被镀上铜层，久面久之该体系就无法运转。因而，现在的所制作的水平电镀体系，大多将阴极规划成可切换成阳极，再运用一组辅佐阴极，便可将被镀互滚轮上的铜电解溶解掉。为修理或替换方面起见，新的电镀规划也考虑到简单损耗的部位便于撤除或替换。阳极是选用数组可调整巨细的不溶性钛篮，别离放置在印制电路板的上下方位，内装有直径为25mm圆球状、含磷量为0.004-0.006%可溶性的铜、阴极与阳极之间的间隔为40mm。
镀液的活动是选用泵及喷咀组成的体系，使镀液在关闭的镀槽内前后、上下替换敏捷的活动，并能保证镀液活动的均一性。镀液为笔直喷向印制电路板，在印制电路板面构成冲壁喷发涡流。其终究意图抵达印制电路板双面及通孔的镀液快速活动构成涡流。别的槽内装有过滤体系，其间所选用的过滤网为网眼为1.2微米，以过滤去电镀进程中所发生的颗粒状的杂质，保证镀液的洁净无污染。
在制作水平电镀体系时，还要考虑到操作便利和工艺参数的自动操控。由于在实践电镀时，跟着印制电路板尺度的巨细、通孔孔径的尺度的巨细及所要求的铜厚度的不同、传送速度、印制电路板间的间隔、泵马力的巨细、喷咀的方向及电流密度的高低一级工艺参数的设定，都需求进行实践测验和调整及操控，才干取得符合技能要求的铜层厚度。就必选用核算机进行操控。为前进出产功率及高档次产品质量的共同性和牢靠性，将印制电路板的通孔前后处理(包含镀覆孔)依照工艺程序，构成完好的水平电镀体系，才是满意新品开发、上市的需求。
四、水平电镀的开展优势
水平电镀技能的开展不是偶尔的，而是高密度、高精度、多功用、高纵横比多层印制电路板产品特别功用的需求是个必定的成果。它的优势便是要比现在所选用的笔直挂镀工艺办法更为先进，产品质量更为牢靠，能完成规模化的大出产。它与笔直电镀工艺办法比较具有以下利益：
(1)习惯尺度规模较宽，无需进行手工装挂，完成悉数自动化作业，对前进和保证作业进程对基板外表无危害，对完成规模化的大出产极为有利。
(2)在工艺检查中，无需留有装夹方位，增加有用面积，大大节约原材料的损耗。
(3)水平电镀选用全程核算机操控，使基板在相同的条件下，保证每块印制电路板的外表与孔的镀层的均一性。
(4)从办理视点看，电镀槽从整理、电镀液的增加和替换，可彻底完成自动化作业，不会由于人为的过错构成办理上的失控问题。
(5)从实践出产中可测所知，由于水平电镀选用多段水平清洗，大大节约清洗水的用量及削减污水处理的压力。
(6)由于该体系选用关闭式作业，削减对作业空间的污染和热量的蒸腾对工艺环境的直接影响，大大改进作业环境。特别是烘板时由于削减热量的损耗，节约了能量的无谓耗费及大大前进出产功率。
五、总结
水平电镀技能的呈现，彻底为了习惯高纵横比通孔电镀的需求。但由于电镀进程的复杂性和特别性，在规划与研发水平电镀体系依然存在着若干技能性的问题。这有待于在实践进程中加以改进。
虽然如此，但水平电镀体系的运用，对印制电路职业来说是很大的开展和前进。由于此类型的设备在制作高密度多层板方面的运用，显示出很大的潜力，它不但能节约人力及作业时刻并且出产的速度和功率比传统的笔直电镀线要高。并且下降能量耗费、削减所需处理的废液废水废气，并且大大改进工艺环境和条件，前进电镀层的质量水准。水平电镀线适用于大规模产值24小时不间断作业，水平电镀线在调试的时分较笔直电镀线稍困难一些，一旦调试结束是非常安稳的，一起在运用进程中要随时监控镀液的状况对镀液进行调整，保证长时刻安稳作业。
