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印制电路板(PCB)深孔电镀过程中镀层柱状结晶的形成机理、关键影响因素和预防措施,对生产高可靠性的高多层通讯背板具有重要的指导意义。本文对PCB酸性镀铜工艺镀液成分进行了较为全面的研究:通过设计正交实验研究了镀液中的无机成分对阴极极化的影响,在不存在有机添加剂的情况下,硫酸铜、硫酸和Cl-浓度的改变对阴极极化影响较小,硫酸铜浓度增加,增加了电镀的极限电流密度,使用电流密度范围变宽,硫酸在镀液中主要起导电作用,同时H+具有同离子效应,能改变Cu2+的浓差极化,Cl-通常具有细化晶粒的作用,但是只添加Cl-对阴极极化影响不大。在不存在Cl-的条件下,有机添加剂对阴极极化只有降低作用,但当Cl-与有机添加剂共存时,有机添加剂能使阴极极化增加。 采用自行设计的深孔模型对镀液体系进行了研究,极化曲线的测试结果表明,在电沉积过程中,表面的极化远大于孔内的极化;对镀液采用鼓气方式进行搅拌时,表面与孔内的极化都有所降低,但是表面的极化仍大于孔内的极化。电流阶跃和电位阶跃的测试结果表明,表面的电沉积过程的极化电阻要高于孔内的极化电阻;孔内的溶液电阻要大于表面的溶液电阻。在不同电流密度下,电镀不同厚径比的板件,并测试了孔内与板面铜镀层的厚度,得到了板面电流密度与孔内电流密度的关系曲线,结果表明,在相同的厚径比条件下,电流密度较低时,板面与孔内的电流密度较为接近,随着电流密度的增加,其差异也在增大。 通过柱状结晶模拟实验研究表明,在实际生产过程中,一旦存在溶液交换困难时,孔内极易形成柱状结晶,随着板件的增厚,柱状结晶的形成概率增加;温度偏高(30℃以上)、光亮剂浓度偏高和电流密度偏小均会产生异常结晶,生产过程需严格监控;传质方式不当也会导致异常结晶,盲孔板件须采用侧喷的方式避免异常结晶。在直流电镀时,随着电流密度的增加,铜镀层延展率下降,拉伸强度增加。在脉冲电镀时,电流密度增大,镀层延展率提高,正反向电流比对延展率也有一定影响。内部互联应力测试结果表明,主要影响因素为:材料性质、孔壁上铜镀层厚度、孔壁平整度和表面涂覆层。深镀能力测试结果表明,随着电流密度的增大,深镀能力呈线性下降,电流密度每增加0.1A·dm-2,深镀能力降低约1.31%。