隨著消費(fèi)電子的持續(xù)發(fā)展，對(duì)印制線路板制造技術(shù)提出了更高的要求，印制板上的金屬化過孔向高厚徑比方向發(fā)展。傳統(tǒng)的直流電鍍（DC）在面對(duì)12:1以上高的厚徑比金屬化通孔電鍍時(shí)，鍍層的均勻性問題越來越突出，給印制板制作后工序帶來嚴(yán)重的影響。在對(duì)此類高厚徑比通孔金屬化時(shí)，人們一直在尋找更可靠、更高效的孔金屬化技術(shù)。脈沖電鍍可在孔內(nèi)鍍銅厚度不變的情況下，大大降低表面銅層厚度，因而可減少蝕刻的側(cè)蝕，可實(shí)現(xiàn)細(xì)線路的制作。
在脈沖電鍍過程中，電流在每秒鐘內(nèi)正反向切換很多次。一個(gè)周期的作用過程中，典型的是正反向時(shí)間比是20ms：1ms，即正向作用20ms的時(shí)間后，電流切換成反向作用1ms。在反向作用期間，電鍍添加劑有機(jī)物分子從板面脫附開來。高電流密度電鍍效率高，加速劑分子在高電流密度區(qū)脫附快于低電流密度區(qū)，作用結(jié)果就是高低電流密度區(qū)鍍層更加均勻。對(duì)于通孔，尤其是高厚徑比通孔，孔口是電流密度最高的區(qū)域，孔內(nèi)則是電流密度較低區(qū)域。在普通直流電鍍（DC）下，得到的往往是“狗骨頭”模型（如圖1），而在脈沖電鍍系統(tǒng)下，可以得到孔內(nèi)、外很好的鍍層分布效果。
圖1 直流電鍍中高厚徑比通孔銅鍍層分布示意圖（“狗骨頭”狀）
圖2 脈沖電流波形示意圖
反向脈沖電鍍工藝使用的是專用的脈沖整流機(jī)輸出的周期脈沖電流，輸出電流的理論波形如圖2所示。每個(gè)作用周期內(nèi)，整流機(jī)系統(tǒng)通過內(nèi)置電流切換系統(tǒng)得到一個(gè)預(yù)設(shè)的反向輸出電流，采用示波器可以測(cè)試實(shí)際輸出的電流大小和波形穩(wěn)定情況，如圖3所示。
圖3 脈沖電流實(shí)際波形示意圖
從圖3來看，電流從正向穩(wěn)態(tài)變至反向穩(wěn)態(tài)是一個(gè)逐漸變化的過程，而不是突變；同樣從反向穩(wěn)態(tài)變至正向穩(wěn)態(tài)也是一個(gè)逐漸變化的過程。出現(xiàn)這種現(xiàn)象主要是由線路回路中的電感引起的。脈沖電鍍系統(tǒng)的電感主要來源于以下三個(gè)方面：1、脈沖電源自身的電感；2、聯(lián)接線纜的電感；3、電鍍?cè)O(shè)備如陽(yáng)極桿、電鍍飛巴等。這些因素使得電流在正反向轉(zhuǎn)換的過程中，多了緩沖作用，從而延緩了正反向兩電流穩(wěn)態(tài)之間的更迭變換。
目前針對(duì)脈沖電鍍參數(shù)優(yōu)化文章報(bào)道甚多，但是在實(shí)際脈沖波形擾動(dòng)對(duì)通孔深鍍能力影響的研究較少，電鍍銅直觀看到的只是一個(gè)結(jié)果，影響它的有藥水和設(shè)備，在脈沖電鍍中脈沖電流是一個(gè)關(guān)鍵因素，他會(huì)對(duì)添加劑的吸附和脫附產(chǎn)生影響。本文通過調(diào)整對(duì)比不同陰極接線方式及震動(dòng)模式來測(cè)試輸入到PCB板上的實(shí)際電流波形，并進(jìn)一步測(cè)試其在超高厚徑比通孔電鍍均勻性能力差別。通過本文的闡述，以期加深對(duì)脈沖電鍍波形影響的理解，為進(jìn)一步提升電鍍能力提供改善方向。
測(cè)試是在一條6000L的脈沖電鍍生產(chǎn)線上實(shí)施的，試驗(yàn)板尺寸為18 inch×24 inch，板的厚度為5.0mm，孔徑為0.15mm（1 #）和0.2mm（2 #）。
測(cè)試方案
為了考察陰極接線方式對(duì)輸入到板上電流波形的影響，設(shè)置了兩種不同的接線方式。一種是傳統(tǒng)的飛巴與V座的契合方式，陰極導(dǎo)線連接在V座上，通過V座導(dǎo)電；另一種是陰極導(dǎo)線直接連接在飛巴上導(dǎo)電（如圖4所示）。
圖4 兩種不同接線方式示意圖
（上：飛巴契合方式；下：陰極一體化方式）
同時(shí)為了考察震動(dòng)方式對(duì)脈沖電鍍波形的影響，設(shè)置了幾種不同間隔的震動(dòng)模式，振幅和普通直流一致。V1：震動(dòng)20s，停止20s；V2震動(dòng)20s，停止60s；V3：震動(dòng)20s，停止120s；V4：震動(dòng)20s，停止180s。
實(shí)驗(yàn)過程電鍍參數(shù)統(tǒng)一使用15ASF的正向電流密度，1:4的正反電流比，120:6ms的正反時(shí)間比。制作測(cè)試板，讀取通孔的鍍通率數(shù)據(jù)。
表1 脈沖電鍍方案
序號(hào) | 接線方式 | 震動(dòng)模式 | 電鍍參數(shù) |
1 | 飛巴契合 | V1 | 正向電流密度：1.5ASD 反向電流密度：6.0ASD 正反時(shí)間比：100:5ms |
2 | V2 | ||
3 | V3 | ||
4 | V4 | ||
5 | 陰極一體化 | V1 |
采用金相切片的方法表征脈沖電鍍?cè)囼?yàn)板的深鍍能力，數(shù)據(jù)讀取示意圖如圖5所示。
圖5 通孔深鍍能力表征示意圖
本文中用6點(diǎn)法來表征通孔的深鍍能力，計(jì)算方式為：TP（%）=[( E+F)÷2]/ [(A+B+C+D)÷4] ×100%結(jié)果與討論
脈沖電鍍過程與直流電鍍最大的區(qū)別在于其擁有高電流短時(shí)間的反向電流的作用，采用示波器可以將輸出的電流展示出來。如圖6所示為在脈沖電鍍條件下，不同狀態(tài)下用示波器檢測(cè)到的波形情況。對(duì)比三個(gè)圖可看出，對(duì)于陰極一體化接線方式，振動(dòng)對(duì)其基本沒有影響；而采用飛巴契合的方式，在沒有振動(dòng)的情況下，其波形較好，當(dāng)振動(dòng)打開后有較多的噪音影響，且輸出正反向電流有略微波動(dòng)。
圖6 不同接線方式實(shí)際波形圖
（左：陰極一體化；中：飛巴契合方式無振動(dòng)；右：飛巴契合方式有振動(dòng)）
陰極一體化的接線方式，一方面減少了中間V座的傳導(dǎo)媒介，減少了兩個(gè)界面接觸電阻，有利于減小脈沖電流的傳輸電感。另一方面避免了振動(dòng)對(duì)實(shí)際輸出波形的影響，有利于生產(chǎn)過程中PCB板承接電流的穩(wěn)定。實(shí)際生產(chǎn)過程中，強(qiáng)烈震動(dòng)會(huì)造成飛巴兩端與V座契合處有微小的平移，影響接觸，產(chǎn)生更多的雜波噪音。從波形測(cè)試結(jié)果看陰極一體化的方式要在整個(gè)電鍍過程中波形的穩(wěn)定上好于飛巴契合方式。
下面是在相同條件下測(cè)試得到兩種連接方式在高厚徑比通孔電鍍上的深鍍能力結(jié)果。
從上表可以看出，對(duì)于高厚徑比通孔來說，陰極一體化方式的陰極接線方式更加有利于深鍍能力的提升。這和上述波形穩(wěn)定情況相吻合，進(jìn)一步證明在脈沖電鍍過程中波形的重要性。不同震動(dòng)方式對(duì)深鍍能力影響
在傳統(tǒng)PCB電鍍過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生由于氣泡堵孔而產(chǎn)生的孔無銅情況?？變?nèi)氣泡產(chǎn)生一是由電鍍缸鼓氣形成的微小氣泡進(jìn)入孔內(nèi)；二是在前處理清洗不徹底，造成PCB板孔壁在后續(xù)銅缸電鍍?nèi)芤翰唤?rùn)，形成“真空區(qū)”。雖然電鍍缸有搖擺等機(jī)械攪拌，但是氣泡一旦進(jìn)孔，受表面張力的影響，就很難驅(qū)除。故對(duì)于大批量制作，采用震動(dòng)方式是必不可少的。
由上述實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果可知振動(dòng)對(duì)于脈沖電流波形有較大影響，進(jìn)而對(duì)電鍍效果產(chǎn)生負(fù)面影響。陰極一體化方式雖然有利于深鍍能力的發(fā)揮，可以最大程度減少輸入到PCB板上的脈沖電流的變形，但是這種方式飛巴不能獨(dú)立運(yùn)行，不利于進(jìn)行大批量自動(dòng)化生產(chǎn)。故需要對(duì)飛巴契合連接方式的震動(dòng)模式進(jìn)行調(diào)整，以減少震動(dòng)對(duì)波形產(chǎn)生的影響，使其也能得到滿意的鍍通率。
下面是在陰極和飛巴契合方式條件下，在不同震動(dòng)模式下測(cè)試得到的深鍍能力結(jié)果。
圖7 不同震動(dòng)模式下不同孔徑通孔深鍍能力變化趨勢(shì)圖
從圖7可看出，超高厚徑比通孔的深鍍能力隨著震動(dòng)間隔時(shí)間的加大總體呈現(xiàn)向上趨勢(shì)，但當(dāng)間隔時(shí)間在120 s以上時(shí)，雖然TP還是上升，但是其改變已經(jīng)變得很緩慢。脈沖電鍍過程中，震動(dòng)模式對(duì)鍍通率的影響上，主要受制于實(shí)際電鍍板面電流波形情況，震動(dòng)對(duì)于擴(kuò)散層厚度的改善不是關(guān)鍵因素（藥水流動(dòng)）。對(duì)于普通震動(dòng)模式（震動(dòng)20s，停20s），雖震動(dòng)強(qiáng)烈，表面、邊上孔內(nèi)藥水交換更好，但是整個(gè)電鍍過程震動(dòng)時(shí)間占比一半，波形的擾動(dòng)嚴(yán)重，最終導(dǎo)致其深鍍能力不佳。隨著震動(dòng)模式中震動(dòng)停止的時(shí)間的加長(zhǎng)，波形擾動(dòng)比例降低，TP逐漸提高。同時(shí)，考慮到震動(dòng)對(duì)孔無銅的改善，其間隔時(shí)間不能是越長(zhǎng)越好，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，可選擇震動(dòng)20s，停止120s的方式來調(diào)節(jié)脈沖電鍍的深鍍情況。
脈沖電鍍過程中波形的擾動(dòng)對(duì)高厚徑比通孔的電鍍均勻性有較大影響，實(shí)際生產(chǎn)過程中需要通過對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行改造來減小對(duì)脈沖波形的擾動(dòng)，提高輸出電流的穩(wěn)定性。
研究發(fā)現(xiàn)，陰極同軸電纜接線直接與陰極飛巴相連能夠有效減小震動(dòng)對(duì)波形的擾動(dòng)，進(jìn)而得到較好的通孔深鍍能力。試驗(yàn)表明，對(duì)于超高厚徑比的通孔，采用陰極接線一體化的方式，深鍍能力可以提高十五個(gè)百分點(diǎn)。而對(duì)于目前在大批量生產(chǎn)中普遍采用的飛巴與V座契合式的連接方式，可采用調(diào)節(jié)震動(dòng)模式來減小波形的擾動(dòng)，提高通孔的電鍍均勻性。實(shí)驗(yàn)得出，震動(dòng)20s，停止120s的振動(dòng)方式可以得到較為滿意的高厚徑比通孔電鍍均勻性。
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