隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，印制電路板制造向多層化、積層化、功能化和集成化方向迅速的發(fā)展。促使印制電路設(shè)計(jì)大量采用微小孔、窄間距、細(xì)導(dǎo)線進(jìn)行電路圖形的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，使得印制電路板制造技術(shù)難度更高，特別是多層板通孔的縱橫比超過5：1及積層板中大量采用的較深的盲孔(尤其是二階、三階式的盲孔)，使用常規(guī)的電鍍方法就很難奏效。從電鍍原理進(jìn)行分析，其結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)孔內(nèi)電流分布由孔邊到孔中央逐漸降低，致使大量的銅沉積在表面與孔邊，無法確保孔中央需銅的部位銅層應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)厚度，有時(shí)銅層極薄或無銅層，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成無可挽回的損失，導(dǎo)致大量的多層板報(bào)廢。為解決量產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量問題，目前都從電流及添加劑方面去解決深孔電鍍問題。在高縱橫比印制電路板電鍍銅工藝中，大多都是在優(yōu)質(zhì)的添加劑的輔助作用下，配合適度的空氣攪拌和陰極移動(dòng)，在相對較低的電流密度條件下進(jìn)行的。使孔內(nèi)的電極反應(yīng)控制區(qū)加大，電鍍添加劑的作用才能顯示出來，再加上陰極移動(dòng)非常有利于鍍液的深鍍能力的提高，鍍件的極化度加大，鍍層電結(jié)晶過程中晶核的形成速度與晶粒長大速度相互補(bǔ)償，從而獲得高韌性銅層。 然而當(dāng)通孔的縱橫比繼續(xù)增大或出現(xiàn)深盲孔的情況下，這兩種工藝措施就顯得無力。根據(jù)電鑄銅所采用的脈沖電鍍工藝方法啟示，為解決深孔或深盲孔電鍍銅問題，提出采用“定時(shí)反電流或定時(shí)反脈沖”供電方式，試圖解決印制電路板生產(chǎn)過程所面臨的深孔鍍的技術(shù)難題。當(dāng)然脈沖電鍍在印制電路板制造業(yè)中已不是什么新工藝，脈沖電源不同于直流電源，它是通過一個(gè)開關(guān)元件使整流器以μs的速度開／關(guān)，向陰極提供脈沖信號，當(dāng)整流器處于關(guān)的狀態(tài)時(shí)，它比直流更有效地向孔內(nèi)的邊界層補(bǔ)充銅離子，從而能使高縱橫比孔徑內(nèi)壁電鍍更加均勻。但如何真正應(yīng)用到深孔或深盲孔電鍍過程中，還必須對脈沖原理進(jìn)一步的研究和探討。 所謂“定時(shí)反脈沖”按照時(shí)間使電流在供電方式上忽而正鍍忽而反鍍(即陽極溶解)按照時(shí)間比例交替進(jìn)行，使電鍍銅的沉積很難在常規(guī)供電方式取得相應(yīng)的銅層厚度而得以解決。當(dāng)陰極上的印制電路板處于反電流時(shí)，就可以將孔口高電流密度區(qū)銅層得到迅速的溶解，由于添加劑的作用，對低電流密度區(qū)影響卻很微，因而將逐漸使得孔內(nèi)銅層厚度與板面銅的厚度趨向于均等。一、反脈沖理論依據(jù) 根據(jù)反脈沖原理，其脈沖時(shí)間變化是極快的，會(huì)引發(fā)很大的電感，沒有高品質(zhì)的反脈沖整流器，就很難獲得所產(chǎn)生陰極性的負(fù)波式時(shí)間，按照試驗(yàn)所確定的正鍍與反鍍的時(shí)間比例進(jìn)行，其負(fù)波將無法達(dá)到所預(yù)期的電流強(qiáng)度。 從供電方式來說，當(dāng)導(dǎo)體中有電流通過時(shí)，周圍會(huì)立即產(chǎn)生垂直于電流的截面圓形磁場。當(dāng)電流有所變化時(shí)，周圍磁場的大小也會(huì)隨之變化，所造成磁場會(huì)直接影響電流強(qiáng)度，而使其無法隨著改變。此種影響所造成的電流變化的惰性，稱之為電感。常用單位為μH(微亨利)，其計(jì)算公式如下： 時(shí)間(ms)=（電感（μH）·電流變化量）/上限電壓（32V）=（L·△I）/V 從安全角度出發(fā)，批量生產(chǎn)過程將電壓設(shè)定為32伏以下。現(xiàn)將電感值分別假設(shè)在2．0μH與3．0μH7電壓設(shè)定為24伏，于是可按電流的變化量與所需的反應(yīng)時(shí)間. （1）電感值為2.0μH時(shí)： 電流變化量（安培） 300 600 1200 1800 2400 3000 3600 時(shí)間（μs) 25 50 100 150 200 250 300 （1）電感值為3.0μH時(shí)： 電流變化量（安培） 300 600 1200 1800 2400 3000 3600 時(shí)間（μs) 38 75 150 225 300 375 450 從上述兩表中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)電鍍進(jìn)行過程中其導(dǎo)體的電感值愈大時(shí)，正反波所需反應(yīng)的時(shí)間就會(huì)愈長，即時(shí)在電感值為2．0μH下3300A的變化也需耗去275μs。故知上述反鍍時(shí)的0．5ms(500μs)過程中，真正有效利用的反波時(shí)間只有225μs。通過電感值與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系，可清楚的知道為獲取更有效反脈沖效果，就必須將其電感值的數(shù)據(jù)變得更小才有可能實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)際應(yīng)用效果。二．降低電感是實(shí)現(xiàn)反脈沖技術(shù)的基礎(chǔ) 從電鍍原理在實(shí)施電鍍過程中的實(shí)際應(yīng)用可知，它是由電解液、槽體結(jié)構(gòu)、整流器及導(dǎo)體的連接構(gòu)成電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)。而這些裝置和輔助裝置就是電感的來源。 (1)整流器電感的產(chǎn)生 從整流器輸入的交流電后通過變壓成直流形進(jìn)入槽導(dǎo)電部分，而整流器系統(tǒng)中的脈沖單元內(nèi)部的電感值并不高，但整流器輸入電流的瞬間變化量極大，這就必須考慮電感值如何降低才能使電流強(qiáng)度達(dá)到預(yù)定的數(shù)據(jù)卻是整流器高品質(zhì)的關(guān)鍵。也就說如何減少其正波與負(fù)波的上升時(shí)間，使得電鍍銅的有效時(shí)間變得更長些卻是重點(diǎn)考慮的基礎(chǔ)。從電阻、電感串聯(lián)電路形式提示，同在交流電壓的作用下，電路中有交流電流通過時(shí)，因此電阻上的電壓降為電流乘電阻，與電流同相位；而電感上的電壓降為電流乘感抗，相位比電流超π／2。 從矢量圖計(jì)算得出的結(jié)論電路的電流與電壓成正比，與電路的阻抗成反比。所以，要解決電感對整流器的影響，就必須從電路上去解決它。 (2)電纜產(chǎn)生的電感 根據(jù)供電方式，通常以每公尺所呈現(xiàn)的微亨利(μH／m)值當(dāng)成實(shí)用單位，不管采用何種形連接，如電纜或匯流排及導(dǎo)電桿，都要盡可能的短，也就是將整流器中的“脈沖單元”盡量接近電鍍槽。此種特殊要求對密閉式水平輸送系統(tǒng)而言，遠(yuǎn)比開放式垂直掛鍍的設(shè)置方便的多。為防止槽液的濺著與腐蝕環(huán)境對整流器的影響起見，整流器其精密敏感的電器裝置必須加以封閉防護(hù)。至于降低電感的部分，則可利用磁場能量相反而彼此抵銷的原理，在電鍍槽體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，采取將陽極與陰極盡量靠的很近，甚至最好采取將陽極與陰極捆在一起以達(dá)到正負(fù)電感中和的目的。下圖及公式即說明其計(jì)算的結(jié)果。 除上述所采取的措施外，還可以進(jìn)一步將兩正兩負(fù)的四根電纜交錯(cuò)排列捆在一群，使電感降至更低為0．08μH／m數(shù)值。為取得加好的效果，盡量使得外表的絕緣層越薄越好，為此，所采取的第三種方法就是使用電纜(請見下圖6)其降低電效果介于雙股與四股電纜效果之間，但長期此類型電纜成增加而且也不易掌握。 除了采用上述三種電纜結(jié)構(gòu)形式達(dá)到降低電感的方法外，至于低電感的導(dǎo)體通路，除了電纜還可以采用硬質(zhì)純銅板條狀的平行匯流排(即板)尤其是直行的部分更為方便。此種形式結(jié)構(gòu)的匯流排其電感的大小受其板面的寬度左右影響最大，愈寬愈好，其兩板的間距越近越好，此時(shí)有電感值可按下式進(jìn)行計(jì)算： L0=（377*板寬）/（光速*板距）或L0=（377*W）/（C*D） (3)鍍槽系統(tǒng)的電感 鍍槽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，往往是直接影響深孔鍍銅的效果。從反脈沖的原理與對實(shí)際的應(yīng)用的要求也就更加嚴(yán)格，方能奏效。目前在電鍍槽體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)多數(shù)采用新式密閉輸送型水平電鍍生產(chǎn)線，當(dāng)采用反脈沖供電方式時(shí)，其電感值的降低比起開放式大槽垂直掛鍍的方法就方便的很多。假設(shè)掛鍍大槽的陰極導(dǎo)電桿長度為5m，操作中陰陽極距離為500毫米時(shí)，此種體系的槽體結(jié)構(gòu)其電感值達(dá)到3．OμH，而采用水平式結(jié)構(gòu)的槽體系統(tǒng)就比其操作起來就更容易。當(dāng)然，垂直掛鍍結(jié)構(gòu)槽體系統(tǒng)如使用反脈沖供電方式，就必須注意下列事項(xiàng)： 1．陰極往復(fù)擺動(dòng)的銅質(zhì)的導(dǎo)電桿，與相連接的電纜之間要有很好的保護(hù)措施，以免長期擺動(dòng)的情況下，造成電纜接頭與絕緣層的磨損。 2．脈沖輸出單元或整流器全機(jī)組，都必須盡量靠近電鍍槽。 3．整流器到槽體之間的捆綁電纜，要愈短愈好以盡量降低電感，雙股或四股陰極電纜，需要每500毫米應(yīng)做一綁結(jié)。 這三種電感值的來源，通過結(jié)構(gòu)形式的變化與改造，就有可能達(dá)到實(shí)用的目的。當(dāng)其總電感值未超過2．7μH時(shí)，則高速電鍍銅的整體分布將大為改善。并制造反脈沖整流器，迅速地推廣應(yīng)用到水平電鍍生產(chǎn)線和垂直掛鍍銅生產(chǎn)線上，取得了很好的結(jié)果。三、反脈沖技術(shù)的應(yīng)用效果 通過對反脈沖的理論研究，經(jīng)過酸性電鑄銅的應(yīng)用效果，進(jìn)一步研究和改進(jìn)將其反脈沖技術(shù)應(yīng)用到印制電路板生產(chǎn)中，很好的解決了多層板與積層板上面的深孔或深盲孔（縱橫比為1：1以上一指盲孔面言）電鍍的難題。它同常規(guī)的供電方式電鍍銅進(jìn)行比較，其數(shù)據(jù)列表如下： 匯流板的寬度（mm) 匯流板距（mm) 阻抗（Zo) 電感值（μH/m) 50 10 75.4 0.25 50 6 45.24 0.15 100 6 22.62 0.08 100 7 26.39 0.09 樣板 孔長（板厚（mm) 孔徑（mm) 縱橫比 電流密度ASD 脈沖電鍍銅 直流電鍍銅 反波/正波電流比％ 正反時(shí)間比（ms) 分布力（％） 全程時(shí)間（分） 分布力（％） 全程時(shí)間（分） A 2.4 0.3 8：1 3.3 310 20/1.0 92 58 75 113 D 3.2 0.3 10.7：1 3.0 250 20/1.0 78 45 70-75 70 D 3.2 0.35 9.2：1 3.0 250 20/1.0 85 45 80-85 70 D 1.5 0.40 4：1 3.0 250 15/0.5 112 60 103 120 從上述直流電鍍法與脈沖電鍍法數(shù)據(jù)比較，反脈沖電鍍銅技術(shù)能成功的應(yīng)用在多層印制電路板的深孔電鍍與積層板中深盲孔電鍍?nèi)〉脴O明顯成效，其深鍍能力確保了深孔鍍層的厚度的均勻性和一致性。采用常觀直流電鍍銅，盡管采用高酸低銅電、 解液、使用較低于正常操作所使用的電流密度及含量不高的添加劑的有益作用，但孔電鍍的效果仍然是無法與反脈沖電鍍銅工藝方法是相比的。脈沖電鍍其最顯著的優(yōu)點(diǎn)是使孔內(nèi)鍍層與板面的鍍層己真正接近1：1，特別是在深孔鍍銅方面比常觀直流電鍍有了很大的改善；它能使全板面的鍍層厚薄相差很小，對蝕刻細(xì)導(dǎo)線非常有利，其良品率有了很大的提高；可提高使用的電流密度約30％，并大大縮短操作時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。
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