隨著表面貼裝技術(shù)的蓬勃發(fā)展，印刷電路板未來的趨勢必然走向細(xì)線、小孔、多層之高密度封裝型態(tài)。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(shù)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(qiáng)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(yīng)之道，希望個(gè)人的淺見能對電路板從業(yè)人員有所助益。近年來隨著半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)工業(yè)的快速發(fā)展，印刷電路板的制作亦日益復(fù)雜，我們可由下列經(jīng)驗(yàn)公式作為判斷電路板困難程度之指針。

電路板復(fù)雜程序指針=電路板層數(shù)*兩焊點(diǎn)間導(dǎo)線數(shù)目/二焊點(diǎn)間距(吋)*導(dǎo)線寬度(mil)

(1) 舉例而言，一個(gè)16層板，其焊點(diǎn)間距為0。1吋，導(dǎo)線寬度為5mils，二焊點(diǎn)間有三條導(dǎo)線則其復(fù)雜程度指標(biāo)為96，自80年代起表面裝技術(shù)的風(fēng)行帶動(dòng)電路板工業(yè)朝向高層次之多層板邁進(jìn)，因而使復(fù)雜指標(biāo)快速上升，從傳統(tǒng)電路板的20左右升高到目前的100或更高，在此種更新、產(chǎn)品演進(jìn)的過程中，當(dāng)然不免遇到的一些技術(shù)瓶頸，以鍍銅制程為例，筆者嘗試以巨觀、微觀及微結(jié)構(gòu)等三方面來探討其基本原理并謀求因應(yīng)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?qū)嵎且资拢鶕?jù)法拉第電解定律，鍍層的厚度與外加電流成正比，假設(shè)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(zhì)量傳迅速率等，我們將在以下各節(jié)分別討論影響，當(dāng)電流在電極上之分布沒有產(chǎn)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(dāng)一定電壓加于兩電極上﹐鍍浴中每一點(diǎn)亦有一定之電壓存在，其大小介于兩電極電壓之間，因?yàn)榻饘匐姌O導(dǎo)電性很強(qiáng)，我們可以假設(shè)電極表面每一點(diǎn)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(yīng)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(jìn)或流出電極某一點(diǎn)必與該點(diǎn)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(guān)系。如果等電位平面被一定整的導(dǎo)體取代或是等電位面所對應(yīng)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(gè)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(dāng)作電極和以A及C當(dāng)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(shè)將圖一之A與C略加移動(dòng)，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?yàn)殡姌O位置的更動(dòng)影響了電場使得電流分布亦產(chǎn)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(xiàn)象必須強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)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(qū)域之電流分布，使用輔助陰極來分散高電流區(qū)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(chǎn)生極化而改變了一次電流分布，此時(shí)，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?yàn)殡姌O附近發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而增加了溶液中之電阻。若要使期望的反應(yīng)能順利產(chǎn)生，必須增加外加電壓。如此一來，將產(chǎn)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(yīng)，消耗太快來不及補(bǔ)充，此時(shí)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(dá)到電極參加反應(yīng)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(biāo)。由于電流大小和陰陽極間之距離成反比，在電術(shù)術(shù)化作用下，相當(dāng)于增加了陰陽極之距離。此距離雙稱為特征長度因?yàn)榇朔N效應(yīng)，二次電流或多或少將可減少一次電流不均勻的現(xiàn)象。

(A)3。極化參數(shù)

由前述電場基本理論了解到電流之分布力實(shí)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(chǎn)生之電阻和ALKIRE曾經(jīng)將極化參數(shù)P作了以下的定義。

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

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

如果P<<1，代表極化作用遠(yuǎn)超過電場效應(yīng)，則電流傾向于二次電流分布，將十分均勻。如果P>>1，則電流傾向于一次電流分布，完全取決于鍍槽之幾何形狀，他們并以硫酸銅鍍浴作多層板鍍銅實(shí)驗(yàn)，各參數(shù)基本數(shù)據(jù)為ac=0。5， Ma-sec/g-ep，L=30。5cm， j=26。9Ma/cm2 ， K=0。55(奧姆cm)-1， RgT/F=25。6Mv/(23℃)結(jié)果P=29。13>>1代表電流傾向于一次電流分布，其均勻與否完全決定于鍍槽之設(shè)計(jì)，而溶液之導(dǎo)電度、極化反應(yīng)之影響均不大，此外，光澤劑或添加劑對板面的巨觀電流分布力均沒有什么影響，若要得到均勻之電流分布可使用屏蔽物或輔助陰極。

(B) 微蝕方面

這里是針對電路板之鍍通孔(PTH)而言，近五年來，表面貼裝組件的大量采用，使得電路板趨向細(xì)線、小孔、多層化的困難層次，因而在鉆孔、除膠渣、鍍銅等都面臨了前所未有之挑戰(zhàn)，舉例來說，一個(gè)0。3吋厚之多層板如果鉆上15mils的通孔，鍘縱橫比高達(dá)20:1，如此之小孔已經(jīng)類似一根毛細(xì)管具有相當(dāng)程度的表面張力，根據(jù)理論計(jì)算至少需要0。093psi之外加壓力方能使液體順利穿過此一細(xì)雙深之孔，傳統(tǒng)的吹氣攪拌方式已經(jīng)無法滿足這種要求。因此鍍槽勢必要作特殊設(shè)計(jì)。

(B)1。三次電流分布

對于通孔及其附近而言，影響電流分布的因素甚多包括鍍槽幾何形狀、鍍浴導(dǎo)電性、質(zhì)量傳迅速率、銅離子之濃度等。電流受這許多因素錯(cuò)綜復(fù)雜的影響其分布稱為三次電流分布，在此最值得一提的是小孔內(nèi)質(zhì)量傳迅的問題。晚們知道，在縱橫比甚高的小孔，內(nèi)溶液穿過不易，再加上離子褵的速率遠(yuǎn)比離子消耗來得慢，所以在*近孔壁及遠(yuǎn)離孔壁之區(qū)域間形成了擴(kuò)散層。此擴(kuò)散層將影響電鍍的速率，如果希望增加電鍍速率則必須提高外加電流，但電流增高將使鍍層品質(zhì)逐漸惡化。當(dāng)電流上升至某一程度時(shí)，鍍層呈粗糙、松散而無法接受，此時(shí)之電流稱為極限電流密度，以Jlim=nFDCb/∮ (3)其中n是電子數(shù)目，F(xiàn)是法拉常數(shù)， Cb為擴(kuò)散層厚度。一般而言，外加電流密度如果保持極限電流密度如果保持極限電漢密度25%以內(nèi)，將可得到品質(zhì)良好的鍍層，如果能設(shè)法提高極限電流密度則電鍍速率亦將提高。由(3)式可看出提高極限電流密度的方法包括增加銅離子濃度、提高擴(kuò)散常數(shù)、降低擴(kuò)散層厚度等。升高溫度亦有提高擴(kuò)散常數(shù)之效果，而脈波電鍍技術(shù)的采用則對減少擴(kuò)散層的厚度有相當(dāng)?shù)某尚??；旧希}波電鍍是一種借著不同波形的電流或電壓將金屬附著于底材的電鍍技術(shù)，用的波形大致可分為三類分別為方形波、正弦波及三角形波。此外，針對各種物殊需要亦可由三種基本波形演出不同形狀之波形，假若我們采用直流電作外加電流。