水平電鍍和垂直
電鍍的方法和原理是一樣的,都必須有正負兩極。通電后,電極反應將產生電解質主要成分的電離,帶電的正離子將向電極反應區的負相移動;帶電的負離子移動到電極反應區的正常相,從而產生金屬沉積涂層并釋放氣體。
因為陰極的金屬沉積過程分為三個步驟:即金屬水合離子向陰極;擴散;第二步是金屬水合離子通過雙電層時逐漸脫水并吸附在陰極表面;第三步是將金屬離子吸附在陰極表面,接受電子和進入到金屬晶格上。從實際觀察來看,工作槽是固體電極和鍍液界面之間不可觀測的異質電子轉移反應。其結構可用電鍍理論中的雙電層原理來解釋。當電極處于陰極極化狀態時,由于靜電力,水分子包圍的帶正電荷的陽離子在陰極附近有序排列。最靠近陰極的陽離子中心形成的相平面稱為亥姆霍茲外層,外層和電極之間的距離約為1-10納米。然而,由于亥姆霍茲,外層陽離子的總正電荷,正電荷不足以中和陰極上的負電荷。然而,遠離陰極的電鍍液受到對流的影響,溶液層中的陽離子濃度高于陰離子濃度。由于靜電力的原因,這一層比亥姆霍茲的外層小,并且受到熱運動的影響。陽離子排列不像亥姆霍茲外層那樣緊密和整齊。這一層稱為擴散層。擴散層的厚度與鍍液的流速成反比。也就是說,鍍液流速越快,擴散層越薄,但越厚。通常,擴散層的厚度約為5-50微米。在遠離陰極,的地方,通過對流到達的鍍浴層被稱為主鍍浴。因為溶液產生的對流會影響鍍液濃度的均勻性。擴散層中的銅離子通過鍍液中的擴散和離子遷移被傳輸到亥姆霍茲的外層。然而,主鍍浴中的銅離子通過對流和離子遷移被輸送到陰極表面。在水平電鍍過程中,電鍍液中的銅離子以三種方式被輸送到陰極附近,形成雙電層。
鍍液的對流是由內外的機械攪拌和泵攪拌、電極本身的振動或旋轉以及溫差引起的鍍液流動產生的。由于摩擦阻力的影響,越靠近固體電極的表面,電鍍液的流動越慢。此時,固體電極表面的對流速率為零。從電極表面到對流電鍍液形成的速度梯度層稱為流動界面層。流動界面層的厚度約為擴散層的十倍,因此擴散層中離子的傳輸幾乎不受對流的影響。
在電的作用下,電鍍液中的離子通過靜電力遷移,這就是離子遷移。遷移率表示如下:u=zeoe/6 r 。其中u是離子遷移率,z是離子的電荷量,eo是一個電子的電荷量(即1.61019C),e是電勢,r是水合離子的半徑,是電鍍液的粘度。根據方程計算可知,電位降越大,電鍍液粘度越小,離子遷移速度越快。
根據電沉積理論,當電鍍時,陰極上的印刷電路板是非理想極化電極,吸附在陰極表面的銅離子得到電子并還原成銅原子,降低了陰極附近的銅離子濃度,因此,在陰極附近會形成銅離子濃度梯度。銅離子濃度低于主鍍液的鍍液層是鍍液的擴散層。但是,主鍍液中銅離子濃度高,會擴散到陰極附近銅離子濃度低的地方,不斷補充陰極地區。
電鍍印刷電路板的關鍵是如何保證基板兩側和過孔內壁銅層厚度的均勻性。為了獲得涂層厚度的均勻性,有必要確保印刷電路板兩側和通孔中的鍍液流速快速且一致,從而獲得薄且均勻的擴散層。以獲得薄且均勻的擴散層。
就目前的水平電鍍系統的結構而言,雖然系統中安裝了許多噴嘴,但是電鍍溶液可以快速且垂直地噴射到印刷電路板上,從而加速電鍍溶液在通孔中的流速,導致電鍍溶液在基板上方和下方的快速流速。