一、概述

　　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(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。其主要原因需從電鍍?cè)黻P(guān)于電流分布狀態(tài)進(jìn)行分析，通過(guò)實(shí)際電鍍時(shí)發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)電流的分布呈現(xiàn)腰鼓形，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(wú)法確�？字醒胄桡~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(wú)銅層，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成無(wú)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(wèn)題，目前都從電流及添加劑方面去解決深孔電鍍問(wèn)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(duì)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(lái)，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(guò)程中晶核的形成速度與晶粒長(zhǎng)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(wú)力，于是產(chǎn)生水平電鍍技術(shù)。它是垂直電鍍法技術(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)。這種技術(shù)的關(guān)鍵就是應(yīng)制造出相適應(yīng)的、相互配套的水平電鍍系統(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。

二、水平電鍍?cè)砗?jiǎn)介

　　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)，位于陰極上的印制電路板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。印制電路板類似一個(gè)平面陰極，其電流的大小與擴(kuò)散層的厚度的關(guān)系