PCBブログ - PCBボードレベルのめっき技術について

概要

マイクロエレクトロニクス技術の急速な発展、製造 PCBボード 多層の方向に急速に発達している。スタックアップ、機能化と統合という特徴がある。小さな穴を使用した回路パターンの設計と設計を促進する。プリント回路設計における狭い間隔と細線は、プリント回路基板の製造技術をより難しくする。特に、多層基板の貫通孔のアスペクト比は5：1を超え、積層体に広く用いられている深いブラインドホールは、従来の垂直電気めっきプロセスは、高品質で高信頼性の相互接続孔の技術的要求を満たすことができない。主な理由は電気めっき原理から電流分布状態を解析することである。実際の電気めっき中、穴の電流分布がウエストドラム形状を示すことが分かった。そして、穴の電流分布は、孔の端から穴の中心まで次第に減少する。表面と穴に堆積した多量の銅を生じる穴の端で、銅が必要とされる穴の中心における銅層の標準的厚さを確保することは不可能である。時々、銅層は非常に薄いか、または銅層がない。厳しい事件で、それは回復できない損失を引き起こすでしょう。多数の多層ボードを廃棄することは大量生産における製品品質問題解決のために、深穴電気めっきの問題は現在電流と添加物の観点から解決されている。高アスペクト比のプリント回路基板のための銅の電気めっきプロセスの大部分は、高品質添加物を用いて比較的低い電流密度で実施される。適度な空気攪拌、陰極運動電気メッキ添加剤の効果は、正孔の電極反応制御領域を増加させることによってのみ表示することができる。加えて、カソードの移動はめっき液の深めっき性の向上に非常に有益である。そして、メッキ部品の偏光度が増加する。結晶核の形成速度と結晶粒の成長速度は互いに補償する。高靭性銅層を得るために、スルーホールのアスペクト比が増加し続けるかまたは深い盲目の穴が現れるとき、これら2つの方法は効果がない。水平電気めっき技術の結果として生じる。垂直電気めっき技術の開発の継続だ。それで、垂直電気めっきプロセスに基づいて開発した新しい電気めっき技術の鍵は、電気的モードの改善と他の補助デバイスの協力によって、高い電気的分散性を有するめっき液が垂直電気めっき法よりも優れ得るように、互いに適合する水平電気めっきシステムを作成することである。

2 .水平電気めっきの原理入門

水平電気めっきおよび垂直電気メッキの方法および原理は同じであり、両方ともカソードおよびアノード電極を有する。電化後、電極反応が起こり電解質の主要成分をイオン化し、荷電正イオンが電極反応ゾーンの負相に移動する荷電負イオンは電極の方へ移動する。次いで、反応ゾーンの正の位相シフトは、金属蒸着コーティングおよびアウトガス放出を生じる。カソードにおける金属堆積のプロセスは3つのステップに分けられるので、すなわち、金属の水和イオンはカソードに拡散する第2のステップは、電気二重層を通過するときに、金属水和イオンが徐々に脱水されて、カソードの表層に吸着されるということである第1のステップは、カソード表面に吸着した金属イオンが電子を受け入れ、金属格子に入ることである。作動槽の実際の観察は固相電極と液相めっき液の界面との間の観測不可能な相間電子移動反応である。その構造は電気めっき理論における電気二重層の原理で説明できる。電極が陰極であり、分極状態にあるとき、水分子によって囲まれた正電荷を有する陽イオンは、静電力によりカソードに規則的に配置される。近傍において、カソード中心付近のカチオン中心点によって形成される位相面は、ヘルムホルツ外層と呼ばれ、外側層と電極との間の距離は約1ナノメートルである。しかし、外層の陽イオンによってもたらされる正電荷の総量のために、正電荷はカソード上の負電荷を中和するには不十分である。陰極から離れためっき液は対流の影響を受け、溶液層中の陽イオン濃度は陰イオンより高い。この層は静電気力による外層よりも小さく、また熱運動の影響を受ける。陽イオン配列は、ヘルムホルツ外層としてコンパクトで、正味ではない。この層を拡散層と呼ぶ。拡散層の厚さは浴の流量に反比例する。すなわち、メッキ液の流量が速くなり、拡散層が薄くなり、逆に逆になる。一般に、拡散層の厚さは5〜50ミクロンである。カソードから遠い方にあり、対流によって到達したメッキ液層を主メッキ液と呼ぶ。溶液によって生じた対流は、めっき液の濃度の均一性に影響を及ぼす。拡散層中の銅イオンは、メッキ液中の拡散及びイオンマイグレーションによって外部ヘルメットホール層に輸送される。主浴中の銅イオンは対流とイオンマイグレーションにより陰極表面に輸送される。水平電気めっき工程では、メッキ液中の銅イオンを陰極近傍まで3方向に輸送して電気二重層を形成する。

メッキ液の対流は、外部及び内部の機械的攪拌及びポンプ攪拌、電極自体のスイング又は回転、及び温度差によるメッキ液の流れによって発生する。固体電極の表面に近いほど、電気抵抗の流動は摩擦抵抗の影響で遅くなり遅くなる。電極表面から対流性めっき液に形成される速度勾配層をフロー界面層と呼ぶ。流れ界面層の厚さは拡散層の約10倍であり，拡散層中のイオンの輸送は対流の影響をほとんど受けない。電場の作用により、電気めっき液中のイオンは静電気力を受けてイオン移動を起こし、イオンマイグレーションと呼ばれる。その移動速度は、次のように表される。U＝Zeoe／6 - Cherno . R .−Uは、イオン移動速度、Zはイオンの電荷数、すなわち電子の電荷（IE 1.61019 C）、Eは電位、Rは水和イオンの半径、および、Cellは電気めっき液の粘度である。式の計算によれば、電位Eの低下が大きくなり、電気めっき液の粘度が小さくなり、イオンマイグレーション率が速くなることが分かる。電着理論によれば、電気めっきの際、陰極上のプリント回路基板は非理想的な分極電極であり、カソード表面に吸着された銅イオンは電子を得て銅原子に還元され、カソードに近い銅イオンの濃度が増加する。減らす。このため、陰極近傍に銅イオン濃度勾配が形成される。主めっき液の濃度より低い銅イオン濃度のメッキ液層は、メッキ液の拡散層である。しかし、主メッキ液中の銅イオン濃度は高く、銅イオン濃度が低いカソード付近に拡散し、連続的にカソード領域を補充する。

PCBボード電気めっきは、基板の両側およびバイアホールの内壁上の銅層の厚さの均一性を確保する方法である。膜厚の均一性を得るため、プリント基板およびスルーホールの両側のメッキ液の流量は、薄く均一な拡散層を得るために迅速かつ一貫性があることを保証する必要がある。薄く均一な拡散層を達成するために、現在の水平電気めっきシステムの構造によれば、多くのノズルがシステムにインストールされるが、めっき液は、貫通孔内のメッキ液の流れを加速するために、プリント基板上に迅速かつ垂直に噴霧することができる。メッキ液の流量は非常に速い。そして、渦電流は、拡散層が減らされて、より均一になるように、サブストレートの上下の側およびスルーホールにおいて、形成される。しかし、めっき液が急に狭い貫通孔に流れ込むと、貫通孔の入口のメッキ液は、逆リフローの現象もある。電流分布の影響と結合したこの現象はしばしば入口の穴の電気めっきを引き起こす。銅の層は、その効果により、厚すぎる。そして、貫通孔の内壁は、犬の骨の形で銅メッキ層を形成する。スルーホールにおけるめっき液の流動状態、それで、渦電流の大きさとリフロー、導電性めっきスルーホールの品質の解析制御パラメータは、プリント回路基板のめっき厚さの均一性を達成するために、工程試験方法によってのみ決定することができる。渦電流と逆流の大きさはまだ理論計算法では知ることができないので、測定されたプロセス法だけが使用される。測定結果から、スルーホール銅めっき層の厚さの均一性を制御するために知られている。プリント基板のアスペクト比に応じて制御可能なプロセスパラメータを調整する必要がある。さらに、高分散銅電気めっき液を選択する。それから、適切な添加剤を加えて、電源モードを改良すること。それで、電気めっきのための逆パルス電流の使用、高い分配能力を有する銅被覆を得ることができる。特に、積層板の微小ブラインドホール数は増加した。電気めっきのために水平電気めっきシステムを使用すべきではない。しかし、超音波振動は、マイクロブラインドホールにおけるメッキ液の交換及び循環を促進するために使用されるべきである。データは、制御可能なパラメータを修正するように調整することができ、良好な結果が得られる。

水平電気めっきシステムの基本構造

水平電気めっきの特性によれば、プリント配線板の配置方法を垂直から平行メッキ液レベルに変える電気めっき法である。このとき、プリント回路基板は陰極であり、いくつかの水平電気メッキシステムは、電流の供給のために導電性クリップおよび導電性ローラを使用する。運転系の便宜の観点から、ローラ伝導の供給方法を使用することは、より一般的である。陰極であることに加えて、水平電気メッキシステムの伝導性ローラも、プリント回路基板を運ぶ機能を有する。各導電性ローラはばね装置を備え、その厚みは異なるプリント回路板（0.10〜5.00 mm）の電気めっきの必要性に適応することが目的である。しかしながら、電気メッキ時にはメッキ液に接する部分を銅層でメッキして、長時間動作させることができない。したがって、現在の水平電気メッキシステムの大部分は、カソードを陽極に切り換えるように設計され、次いで、補助陰極のセットを使用して、めっきされたローラ上の銅を電解溶解する。メンテナンスまたは交換目的のために、新しいメッキ設計も、簡単な除去または摩耗やすい地域の置き換えを考慮に入れる。陽極は、プリント回路基板の上下の位置に配置され、直径25mmの球状、可溶性銅、0.004〜0.006%のリン含有量、およびカソードとアノードとの間の距離によって充填され、不溶性チタンバスケットの配列で作られている。

メッキ液の流れは、ポンプとノズルからなるシステムであり、メッキ液を密閉メッキ槽内で交互に前後に上下に流れ、メッキ液の均一性を確保することができる。メッキ液はプリント基板上に垂直に噴射され、プリント基板の表面に壁面噴流渦電流が形成される。最終的には、プリント基板とスルーホールの両面にメッキ液を急速に流れ、渦電流を形成することが目標である。また、タンク内にフィルタシステムを設置し、使用したフィルターメッシュを1.2ミクロンとして、電気メッキ処理中に発生した微粒子不純物を除去して、メッキ液を清浄で無害にする。水平電気めっきシステムの製造においては，操作の容易さとプロセスパラメータの自動制御も考慮すべきである。実際の電気メッキでは、プリント配線板の大きさ、貫通孔径の大きさ、および必要な銅箔の厚さ、伝送速度、プリント回路基板間の距離、ポンプ馬力の大きさ、ノズル、銅の方向や電流密度などのプロセスパラメータの設定などが必要である。技術的要求を満たす銅層の厚さを得るために調整及び制御される。それはコンピュータによって制御されなければならない。副生産物の製造効率及び品質の一貫性及び信頼性を向上させるために、プリント配線板のスルーホール（メッキスルーホールを含む）の前処理と後処理とは、新製品の開発及び立ち上げに適した完全な水平電気メッキシステムを形成するプロセス手順に基づいている。

水平電気めっきの開発利点

水平電気めっき技術の開発は、偶然ではなく、高密度、高精度、多機能、高アスペクト比の多層プリント回路基板製品の特別な機能を必要とする必然的な結果である。その利点は、現在使用されている垂直ラックメッキプロセスよりも高度であり、製品品質がより信頼性が高く、大規模生産を達成することができるという点である。垂直めっき法に比べて以下の利点がある。

（1）手動設置や吊り下げなしで広範囲のサイズに適応でき、すべての自動運転を実現でき、操作プロセスが基板表面を損傷しないことを保証し、大規模生産の実現に非常に有益である。

（2）プロセスレビューでは、クランプ位置を残して実用領域を大きくし、原料のロスを大幅に節約する必要がない。

（3）水平電気メッキの全工程をコンピュータにより制御し、基板の表面及び孔に対するメッキの均一性を確保するため、基板を同一条件とする。

（4）管理の観点から，電気めっき槽の洗浄、電気めっき液の添加・交換が完全に自動化でき、ヒューマンエラーにより管理が切れない。

（5）水平電気めっきは多段水平洗浄を採用し、洗浄水の量を大幅に節約し、下水処理の圧力を低下させることが実際の製品から知られている。

（6）システムはクローズド操作を採用しているため、作業空間に対する作業空間の汚染や熱蒸発の直接的影響を低減し、作業環境を大幅に改善する。特に、プレートを焼く場合には、熱損失を低減するため、不要なエネルギー消費量を節約でき、生産効率が大幅に向上する。

まとめ

高アスペクト比スルーホールめっきのニーズを満たすための水平めっき技術の出現。しかし、電気めっきプロセスの複雑さと詳細性のために、電気めっきシステムの設計と開発にはまだいくつかの技術的問題がある。これは実際に改善される必要がある。それにもかかわらず、水平電気めっきシステムの使用は印刷回路産業にとって大きな発展と進歩である。高密度多層基板の製造におけるこの種の装置の適用は大きな可能性を示す。それはマンパワーと操作時間を節約できない。しかし、従来の垂直電気メッキラインよりも速く、より効率的に製造する。エネルギー消費量を減らす。廃液、廃水及び処理される排ガスは、減らされる。プロセスの環境と条件が大幅に改善される。そして、電気メッキ層の品質レベルは改良される。水平電気めっきラインは大規模生産の24時間連続操業に適している。水平電気めっきラインは、垂直電気メッキラインよりも、デバッグするのがやや困難である。デバッグが完了すると、非常に安定だ。メッキ液を調整して長時間安定した操業を行う。 PCBボード.

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