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多層印刷電路板電鍍工藝及原理概述

2012-11-30 10:57 來源：中國電鍍網責編：喻小嘜

摘要：: 我國目前電路板工業一片蓬勃，產量高居世界第三位，然而在制作高層次的電路板時仍有許多頸尚待突破。鍍銅制程方面未來的趨勢是采用特殊設計的鍍槽并在化學配上力求改進，以期提高技術水準再創光明遠景。

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　　【CPP114】訊：隨著表面貼裝技術的蓬勃發展，印刷電路板未來的趨勢必然走向細線、小孔、多層之高密度封裝型態。然而制造此種高層次電路板其鍍銅制程也將面臨一些技術瓶頸，例如：如何使面板中央和邊緣得到均勻之鍍層，如何提高小孔孔壁之分布力、如何改善鍍層之物性如延展性、抗拉強度等都是未來值得努力之課題，本文主旨即是以基本的原理來說明制程困難所在及謀求因應之道，希望個人的淺見能對電路板從業人員有所助益。近年來隨著半導體及計算機工業的快速發展，印刷電路板的制作亦日益復雜，我們可由下列經驗公式作為判斷電路板困難程度之指針。

    電路板復雜程序指針=電路板層數*兩焊點間導線數目/二焊點間距(吋)*導線寬度(mil)

    (1)舉例而言，一個16層板，其焊點間距為0。1吋，導線寬度為5mils，二焊點間有三條導線則其復雜程度指標為96，自80年代起表面裝技術的風行帶動電路板工業朝向高層次之多層板邁進，因而使復雜指標快速上升，從傳統電路板的20左右升高到目前的100或更高，在此種更新、產品演進的過程中，當然不免遇到的一些技術瓶頸，以鍍銅制程為例，筆者嘗試以巨觀、微觀及微結構等三方面來探討其基本原理并謀求因應策略。

    (A)宏觀方面

    指電路板之板面而言，通常一大板子板面大小約為24”*18”，若要使中央和邊緣鍍層厚度均勻實非易事，根據法拉第電解定律，鍍層的厚度與外加電流成正比，假設鍍層的密度為一定值，則鍍層厚度分布即為陰極電流之分布，影響電流分布的因素很多包括溶液中之電阻、電極之極化、鍍件之幾何形狀、陰陽極之距離、外加電流大小、質量傳迅速率等，我們將在以下各節分別討論影響，當電流在電極上之分布沒有產生極化或其它干擾因素的情況下稱為一次電流分布其完全取決于鍍槽之幾何形狀，當一定電壓加于兩電極上﹐鍍浴中每一點亦有一定之電壓存在，其大小介于兩電極電壓之間，因為金屬電極導電性很強，我們可以假設電極表面每一點之電壓均相等同理，在鍍浴中亦可找出某些具有相等電位之假想平面，一般說，來*近電極之位置，等電位平面與電極形狀甚為類似但其形狀卻隨著與電極之距離逐漸增大而改變，圖一即說明等電位平面分布的狀況，在等位面分布較密集的地方電流密度較大，反之則較小。由電場理論得知，等電位之平面和其對應力的平面是互相垂直的，而電極本身屬于等電位平面，所以電流流進或流出電極某一點必與該點所在的平面互相垂直。圖二即說明等電位平面及電流流向分布之關系。如果等電位平面被一定整的導體取代或是等電位面所對應力之平面為一絕緣體所替代將不致影響其電場。反之，若是等位面被任何替代物所切，斷則整個電場將受到相等程度之干擾，電流分布亦將有所改變，以一為例，以A和BB當作電極和以A及C當作電極將會得到相同之電流分布，主要原因是BB平面恰好與等位面重合，因而不會影響電場，假設將圖一之A與C略加移動，使其偏離中心位置，則等位線之分布將和原來有很大的不同，因為電極位置的更動影響了電場使得電流分布亦產生了變化，如圖三所示。

    (A)1。改變一次電流分布的方法

    由前述電場基本理論得知，一次電流分布完全取決于鍍槽之幾何形狀。亦即陰陽極之距離、大小、形狀都會影響其電流分布。對電路板板面而言，其邊緣部份等位面分布較密集，故鍍層較厚而中央部份較薄。若要改善此種現象必須強調設計的概念。例如增加陰陽極之距離、加大陽極之面積、使用絕緣之屏蔽物來改變等位平面、采用輔助陽極來改善低電流區域之電流分布，使用輔助陰極來分散高電流區域之電流等都是可行的方法。

    (A)2。二次電流分布

    由于電極產生極化而改變了一次電流分布，此時，所得到之電流稱為二次電流分布，在此，首先必須將極化的觀念略加說明。

    簡單而言，極化是因為電極附近發生電化學反應而增加了溶液中之電阻。若要使期望的反應能順利產生，必須增加外加電壓。如此一來，將產生額外的熱及電力消耗。由于極化作用，電極電壓將與平稀電位有所差異，此二者之差值稱為過電壓在陰極附近，離子因參與電極反應，消耗太快來不及補充，此時造成之過電壓稱為濃度過電壓，若要使離子順利通過某種能量障礙而達到電極參加反應所須要之過電壓稱為活化過電壓，而總過電壓是濃度過電壓與活化過電壓之總和，是用來測量電極極化程度之指標。由于電流大小和陰陽極間之距離成反比，在電術術化作用下，相當于增加了陰陽極之距離。此距離雙稱為特征長度因為此種效應，二次電流或多或少將可減少一次電流不均勻的現象。

    (A)3。極化參數

    由前述電場基本理論了解到電流之分布力實際受下列兩種因素所左右，分別為溶液中之電阻及極化作用產生之電阻和ALKIRE曾經將極化參數P作了以下的定義。

    P=R/Rp=acFLj/RgTK(2)

    其中ac是移轉系數，F是法拉第常數，L是陰陽極距離，j是平均電流密度，Rg是氣體常數，T是溫度，K是溶液中之導電度。