PCB 블로그 - PCB 보드 수평 도금 기술 소개

1. 개요

마이크로 전자 기술의 급속한 발전에 따라 PCB 보드의 제조는 다층화, 스택화, 기능화, 집적화의 방향으로 빠르게 발전하고 있다.인쇄회로 설계에 작은 구멍, 좁은 간격, 가는 선을 사용하는 회로 패턴의 설계와 설계를 촉진하여 인쇄회로기판의 제조 기술을 더욱 어렵게 합니다.특히 다층판 통공의 종횡비가 5: 1을 초과하고 이 제품이 층압판에서 널리 사용하는 깊은 맹공으로 인해 전통적인 수직도금공예는 고품질, 고신뢰성 상호련결공의 기술요구를 만족시킬수 없게 되였다.그 원인은 주로 도금 원리에서 전류의 분포 상태를 분석하는 것이다.실제 도금 과정에서 구멍 속의 전류 분포는 장구 모양이고, 구멍 속의 전류 분포는 구멍의 가장자리에서 구멍의 중심으로 점차 줄어들어 대량의 구리가 표면과 구멍에 퇴적하는 것을 발견하였다.구멍의 가장자리에서 구멍 중심에 구리가 필요한 구리 레이어의 표준 두께를 확인할 수 없습니다.때로는 동층이 매우 얇거나 동층이 없다.심각한 상황에서, 그것은 메울 수 없는 손실을 초래하여 대량의 다층판을 폐기할 수 있다.대량 생산 중의 제품 품질 문제를 해결하기 위해 현재 전류와 첨가제 두 방면에서 심공 도금 문제를 해결하였다.높은 종횡비 인쇄 회로 기판에 사용되는 대부분의 구리 도금 작업은 고품질 첨가제, 적정 공기 믹서 및 음극 이동의 도움으로 상대적으로 낮은 전류 밀도에서 수행됩니다.도금 첨가제의 효과는 구멍의 전극 반응 제어 면적을 증가시켜서만 나타날 수 있다.또한 음극의 이동은 도금액의 깊이 도금 능력을 향상시키고 도금 부분의 극화 정도를 증가시키는 데 매우 유리하다.결정핵의 형성 속도와 결정 입자의 성장 속도가 서로 보상되어 강인성이 높은 구리층을 얻는다.그러나 통과 구멍의 종횡비가 계속 증가하거나 깊은 사각 구멍이 발생할 때 이 두 가지 공정 조치는 무효화되어 수평 도금 기술을 초래했다.그것은 수직 도금 기술 발전의 연속, 즉 수직 도금 공예의 기초 위에서 발전된 신형 도금 기술이다.이 기술의 핵심은 상호 호환되는 수평 도금 시스템을 만들어 전원 모드의 개선과 기타 보조 설비의 배합 하에 높은 분산성을 가진 도금 용액이 수직 도금 방법보다 우수하도록 하는 것이다.

2. 수평식 도금 원리 소개

수평 도금과 수직 도금의 방법과 원리는 같으며, 모두 음극과 양극이 있어야 한다.전기가 통하면 전극반응이 발생하여 전해질의 주요성분을 이온화하여 전기를 띤 양이온이 전극반응구역의 음상으로 이동하게 한다.전하를 띤 음이온은 전극으로 이동한다.반응 영역의 양의 이동은 금속 퇴적 코팅과 탈기를 발생시킵니다.왜냐하면 금속이 음극에서 퇴적하는 과정은 세 단계로 나뉘기 때문이다. 즉 금속의 수화이온이 음극으로 확산된다.두 번째 단계는 금속 수화이온이 이중 전층을 통과할 때 점차 탈수하여 음극 표면에 흡착되는 것입니다.첫 번째 단계는 음극 표면에 흡착된 금속 이온이 전자를 받아 금속 결정체에 들어가는 것이다.작업홈의 실제 관찰은 고상전극과 액상도금 용액의 인터페이스 사이에서 관찰할 수 없는 이상전자전이반응이다.그것의 구조는 도금 이론 중의 이중 전층 원리로 해석할 수 있다.전극이 음극이고 극화 상태일 때, 정전기 때문에 물 분자에 둘러싸인 양전하를 가진 양이온은 질서 있는 방식으로 음극에 배열된다.부근에서 양이온의 중심점이 음극부근에서 형성된 상평면은 헬름호즈의 외층이라고 하는데 외층과 전극 사이의 거리는 약 1~10나노메터이다.그러나 헬름홀츠 외층의 양이온이 가지고 있는 양전하의 총량 때문에 양전하가 음극상의 음전하를 중화시키기에는 부족하다.음극에서 더 멀리 떨어진 전기 도금 용액은 대류의 영향을 받아 용액층에서 양이온의 농도가 음이온의 농도보다 높다.정전기 때문에, 이 층은 헬름홀츠 외층보다 작고, 열운동의 영향도 받는다.양이온의 배열은 헬름홀츠 외층처럼 치밀하고 정연하지 않다.이 층을 확산층이라고 합니다.확산층의 두께는 목욕의 유속과 반비례한다.즉, 도금액의 유속이 빠를수록 확산층이 얇아지고 그 반대도 마찬가지다.일반적으로 확산층의 두께는 약 5-50 마이크로미터입니다.그것은 음극에서 더 멀리 떨어져 대류를 통해 도달하는 도금층을 주도금이라고 부른다.용액에 의한 대류는 도금 농도의 균일성에 영향을 미치기 때문이다.확산층 속의 구리 이온은 도금 용액 속의 확산과 이온 이동을 통해 외함호즈층으로 전송된다.주욕 중의 구리 이온은 대류와 이온의 이동을 통해 음극 표면으로 수송된다.수평 도금 공정에서 도금 용액 중의 구리 이온은 세 가지 방식으로 음극 부근으로 전송되어 이중 전층을 형성한다.

전기 도금 용액의 대류는 외부와 내부의 기계 교반과 펌프 교반, 전극 자체의 진동이나 회전, 온도 차로 인한 전기 도금 용액의 흐름에 의해 발생한다.고체 전극의 표면에 가까울수록 도금 용액의 흐름은 마찰 저항력의 영향으로 점점 느려지고 이때 고체 전극 표면의 대류 속도는 0이다.전극 표면에서 대류 도금액으로 형성된 속도 경도층을 유동계면층이라고 한다.유동계면층의 두께는 확산층의 약 10배이므로 확산층에서의 이온의 전송은 대류의 영향을 거의 받지 않는다.전기장의 작용하에 도금용액중의 이온은 정전력의 작용을 받아 이온이동을 산생하는데 이를 이온이동이라고 한다.그 이동 속도는 다음과 같은 것을 나타낸다: u = zeon/6Ír섬. 그 중에서 u는 이온 이동 속도이고 z는 이온의 전하수이기 때문에 전자의 전하(즉 1.61019C)이고 E는 전세이며 r는 수합 이온의 반경이고 섬은 도금 용액의 점도이다.이 방정식의 계산에 따르면 전세E의 하강폭이 클수록 도금용액의 점도가 작고 이온이동속도가 빠르다는것을 알수 있다.

전기침적리론에 따르면 전기도금과정에 음극상의 인쇄회로판은 비리상적인 극화전극으로서 음극표면에 흡착된 동이온이 전자를 획득하고 동원자로 환원되여 음극에 가까운 동이온의 농도를 증가시킨다.감소따라서 음극 부근에 구리 이온 농도 경도가 형성된다.구리 이온 농도가 주 도금액 농도보다 낮은 도금액의 층은 도금액의 확산층이다.그러나 주 도금액의 구리 이온 농도가 높으면 음극 부근의 구리 이온 농도가 낮은 곳으로 퍼져 음극 면적을 계속 보충한다.인쇄회로기판은 평면 음극과 유사하며, 전류 크기와 확산층 두께 사이의 관계는 COTTRELL 방정식이다: 여기서 I는 전류, z는 구리 이온의 전하수, F는 패러데이 상수, a는 음극 표면적, D는 구리 이온 확산 계수 (D=KT/6μr),Cb는 주욕 중 구리 이온의 농도, Co는 음극 표면상 구리 이온의 밀도, D는 확산층의 두께, K는 포트만 상수(K=R/N), T는 온도, R은 구리 수화물 이온의 반경, 섬은 도금 용액의 점도다.음극 표면의 구리 이온 농도가 0 일 때 그 전류는 극한 확산 전류 ii라고 합니다.

상단에서 볼 수 있듯이 확산 제한 전류의 크기는 주 도금액의 구리 이온 농도, 구리 이온의 확산 계수와 확산층의 두께에 의해 결정된다.주 도금액 중 구리 이온의 농도가 높을 때 구리 이온의 확산 계수가 크고 확산층의 두께가 얇으며 확산 전류가 큰 것을 제한한다.

상술한 공식에 따르면 더 높은 극한 전류값을 달성하기 위해서는 가열 기술을 사용하는 적절한 기술적 조치가 필요하다.온도를 높이면 확산 계수가 증가하고 대류율을 높이면 와류가 발생하며 얇고 균일한 확산층을 얻을 수 있기 때문이다.이상의 이론적 분석을 보면 주요 도금액 중의 구리 이온 농도를 높이고 도금액의 온도를 높이며 대류속도를 높이면 극한 확산 전류를 증가시켜 도금 속도를 높이는 목적을 달성할 수 있다.수평 도금은 도금 용액의 대류 속도가 빨라져 형성된 와류에 기초한 것으로 확산층의 두께를 약 10마이크로미터로 효과적으로 줄일 수 있다.따라서 수평 도금 시스템을 사용하여 도금할 때 전류 밀도는 8A/dm2에 달할 수 있습니다.PCB 도금의 관건은 어떻게 기판 량측의 동층과 과공내벽 두께의 균일성을 확보하는가 하는것이다.코팅 두께의 균일성을 얻기 위해서는 얇고 균일한 확산층을 얻기 위해 인쇄판 양쪽과 통공의 도금 유속이 빠르게 일치해야 한다.얇고 균일한 확산층을 구현하기 위해 현재 수평 도금 시스템의 구조에 따라 시스템에 많은 노즐이 설치되어 있지만 도금은 인쇄판에 빠르고 수직으로 분사되어 도금이 구멍에서 빠르게 흐를 수 있습니다.전기 도금 용액의 유속은 매우 빠르며 기판의 위쪽과 아래쪽, 그리고 통공에 와전류를 형성하여 확산층을 감소시키고 더욱 균일하게 한다.그러나 도금액이 갑자기 좁은 통공으로 유입되면 통공 입구의 도금액도 역환류 현상이 나타난다.게다가 전류분포의 영향으로 이런 현상은 흔히 전기도금구멍이 입구에 있게 된다.이런 영향으로 동층이 너무 두꺼워 통공의 내벽은 개뼈모양의 동도금층을 형성한다.도금액의 통공에서의 류동상태, 즉 와류와 회류의 크기, 그리고 전도도금통공의 질량에 대한 분석에 근거하여 공정시험방법을 통해서만 제어매개변수를 확정하여 인쇄회로기판 도금층의 두께의 균일성을 실현할수 있다.소용돌이와 회류의 크기는 여전히 이론적으로 계산된 방법을 통해 알 수 없기 때문에 측정 과정의 방법만 사용한다.측정 결과에서 알 수 있듯이 통공 구리 도금층 두께의 균일성을 제어하기 위해서는 인쇄회로기판 통공의 종횡비에 따라 제어 가능한 공정 매개변수를 조정하고 심지어 고분산 구리 도금 용액을 선택해야 한다.그런 다음 적절한 첨가제를 첨가하여 전력 공급 방식을 개선합니다. 즉, 역방향 펄스 전류로 도금하면 높은 분포 능력을 가진 구리 코팅을 얻을 수 있습니다.특히 층압판 미맹공 수량이 증가함에 따라 수평 도금 시스템으로 도금해야 할 뿐만 아니라 초음파 진동으로 미맹공 중 도금액의 교체와 순환을 촉진해야 한다.제어 가능한 매개변수를 보정하기 위해 데이터를 조정하고 만족스러운 결과를 얻을 수 있습니다.

3. 수평 도금 시스템의 기본 구조

수평 도금의 특징에 따라, 그것은 인쇄 회로 기판의 배치 방식을 수직 도금 액위에서 평행 도금 액위로 바꾸는 도금 방법이다.이때 인쇄회로기판은 음극으로서 일부 수평전기도금시스템은 전도클립과 전도롤러를 사용하여 전류를 제공한다.운영 체제의 편의성 측면에서 볼 때, 더 흔히 볼 수 있는 것은 롤러 전도를 사용하는 공급 방식이다.수평 도금 시스템의 전도 롤러는 음극 외에 인쇄 회로판을 수송하는 기능도 가지고 있다.각 전도성 롤러에는 서로 다른 두께의 인쇄회로기판 (0.10-5.00mm) 의 도금 수요에 적응하기 위한 스프링 장치가 장착되어 있다.그러나 도금 과정에서 도금 용액과 접촉하는 부품은 구리 층을 도금할 수 있으며 시스템이 장시간 작동하지 않을 수 있습니다.따라서 현재 대부분의 수평 도금 시스템은 음극을 양극으로 전환한 다음 보조 음극을 사용하여 도금 롤러의 구리를 전해 용해하도록 설계되었습니다.또한 새 도금 설계는 유지 보수 또는 교체를 위해 쉽게 마모되는 영역을 쉽게 제거하거나 교체할 수 있습니다.양극은 인쇄회로기판의 상하 위치에 배치되고 직경 25mm의 구형 가용성 구리로 채워진 크기를 조절할 수 있는 불용성 티타늄 바구니 배열로 제작되었으며 인 함량은 0.004-0.006%로 음극과 양극 사이의 거리가 있습니다.40mm입니다.도금액의 흐름은 펌프와 노즐로 구성된 시스템으로 도금액이 폐쇄된 도금조에서 빠르게 흐르고 왔다갔다하며 상하로 교체되어 도금액 흐름의 균일성을 보장할 수 있다.도금 용액은 인쇄회로기판에 수직으로 분사되어 인쇄회로기판 표면에 벽 소용돌이 전류를 형성한다.최종 목표는 도금 용액이 인쇄회로기판 양쪽에서 빠르게 흐르고 구멍을 통해 와류를 형성하는 것이다.이밖에 홈내에는 려과시스템이 설치되였는데 사용하는 려과망은 1.2미크론으로서 전기도금과정에서 발생하는 립자불순물을 려과하여 도금액의 청결에 오염이 없도록 확보하였다.

수평식 도금 시스템을 제조할 때는 조작의 편리성과 공정 매개 변수의 자동 제어도 고려해야 한다.실제 도금에서는 인쇄회로기판의 크기, 통공 지름의 크기와 필요한 구리 두께, 전송속도, 인쇄회로기판 사이의 거리, 펌프 마력의 크기, 노즐, 공정 매개변수의 설정에 따라 구리의 방향과 전류 밀도 등을 테스트해야 하기 때문이다.기술 요구 사항을 충족하는 구리 두께를 얻을 수 있습니다.컴퓨터에 의해 제어되어야 합니다.생산 효율과 하위 제품 품질의 일치성과 신뢰성을 높이기 위해 인쇄회로기판 통공 (전도금 통공 포함) 의 전처리와 후처리는 모두 공정 절차를 바탕으로 완전한 수평 도금 시스템을 형성하여 신제품의 개발과 출시에 적합하다.필요

4.수평식 도금의 발전 우세

수평도금기술의 발전은 우연이 아니라 고밀도, 고정밀도, 다기능, 고종횡비 다층인쇄회로기판제품의 특수기능수요에 대한 필연적인 결과이다.그 장점은 현재 사용하고 있는 입식 랙 도금 공정보다 더 선진적이고 제품 품질이 더 믿을 수 있으며 대규모 생산을 실현할 수 있다는 것이다.수직 도금 방법과 비교할 때 다음과 같은 이점이 있습니다.

1) 수동으로 설치하거나 걸지 않고도 다양한 크기에 적응할 수 있으며 모든 자동화 작업을 수행할 수 있습니다. 이는 운영 프로세스가 기판 표면을 손상시키지 않고 대규모 생산에 매우 유리하도록 개선하고 보장합니다.

2) 공예심사에서 끼워넣을 위치를 남기지 않아도 되고 실용면적을 증가시켜 원자재의 손실을 크게 절약할수 있다.

3) 수평 도금의 전체 과정은 컴퓨터에 의해 제어되며 각 인쇄 회로 기판의 표면과 구멍의 도금 균일성을 보장하기 위해 기판을 동일한 조건에 놓습니다.

4) 관리의 관점에서 볼 때, 도금조의 청결, 도금액의 첨가와 교체는 모두 완전 자동화를 실현할 수 있으며, 관리는 인위적인 실수로 인해 통제력을 잃지 않는다.

5) 실제 제품에서 볼 수 있듯이 수평식 도금은 다단계 수평식 세척을 사용하여 세척 수량을 크게 절약하고 오수 처리 압력을 낮춘다.

6) 이 시스템은 폐쇄식 조작을 사용하기 때문에 작업 공간의 오염과 열 증발이 작업 환경에 미치는 직접적인 영향을 줄이고 작업 환경을 크게 개선했다.특히 판재를 구울 때 열 손실을 줄여 불필요한 에너지 소비를 절감하고 생산성을 크게 높였다.

5. 요약

수평 도금 기술의 출현은 완전히 높은 종횡비 통공 도금의 수요를 만족시키기 위한 것이다.그러나 도금 작업의 복잡성과 특수성 때문에 도금 시스템의 설계와 개발에는 아직도 기술적인 문제가 존재한다.이것은 실천 중에 개선해야 한다.그럼에도 불구하고 수평도금시스템의 사용은 인쇄회로업종에 있어서 거대한 발전과 진보이다.이 유형의 장비는 고밀도 다층판 제조에서의 응용이 큰 잠재력을 나타내기 때문에 인력과 조작 시간을 절약할 수 있을 뿐만 아니라 전통적인 수직 도금 라인보다 생산이 빠르고 효율적이다.이밖에 에너지소모를 낮추고 처리해야 할 페액, 페수와 페기를 감소시켜 공예환경과 조건을 크게 개선하고 전기도금층의 품질수준을 제고시켰다.수평 도금 라인은 24시간 중단 없는 대규모 생산 작업에 적합하다.수평 도금선의 조정 난이도는 수직 도금선보다 약간 높다.일단 디버깅이 완료되면, 그것은 매우 안정적이다.도금 용액은 PCB 보드에서 장시간 안정적으로 작동하도록 조정되었습니다.