PCB电镀技能细节与周全解析

在撰写本文的过程中，我们只管即便简化了一些繁芜的科学事理和技能细节，使非专业人士也能轻松理解。
然而，PCB制造和电镀技能涉及的内容非常广泛，本文并不能包含所有的知识点。

1.PCB家当与制造技能概要

1.1 PCB的定义、浸染

1).印制板的定义

印制电路Printed Circuit：在绝缘基材上，按预定设计形成印制元件、印制线路或两者结合的导电图形。

印制电路板Printed Circuit Board (PCB)：在绝缘基材上，按预定设计形成从点到点间连接导线及印制元件的印制板。

印制板Printed Board (PB)：完备加工好的印制电路板和印制线路板的通称。
包括刚性、挠性和刚挠结合基材的单面、双面和多层板。

2) 印制板的浸染

印制板的构成紧张是绝缘基材与导体两类材料，构成PCB的基本元素是绝缘基材、导电线路、孔、阻焊层和连接盘涂饰层。
PCB在电子设备中起到支撑、互连和部分电路元件的浸染。
凡是电子设备，均用到印制板。

电子电路是PCB和安装电子元器件的凑集。
电子元器件有电阻、电容、电感、变压器、滤波器、晶体管、集成电路和电池、天线等。

1.2.印制板种类

印制板种类的划分有多种办法，有按用场区分，有按材料区分，有按构造区分等。

印制板产品的构造特色更能反响产品性能特点与利用代价，因此行业中大多数按构造区分种类。
印制板以构造分类如图所示。

1.3. 印制电路技能发展

印制电路技能的起源可追溯到二十世纪初。
印制电路产品发展进程如图所示。

印制板技能发展趋

高密度化：层厚度越来越薄，线路和节距越来越细，导通孔越来越小。

2. 电镀技能在印制电路板制造中运用

2.1. 印制电路板制造中电镀运用

紧张的印制电路板种类及其常规制造流程和电镀运用简要先容如下。

1) 单面印制电路板 – 只有一层导电图形的印制板。

单面印制板制造流程：单面覆铜箔层压板 – 印刷抗蚀刻线路图形 – 化学蚀刻铜箔 - 印刷阻焊图形 - 印刷标记笔墨图形 – 冲切孔与形状 – 表面涂覆处理 – 电路检测 – 考验包装出货。

此过程中与电镀干系的是“表面涂覆处理”工序，涂覆处理所用涂层有有机防氧剂(OSP)、化学镀锡或银、化学镀镍/金、热风整平焊锡(HASL)，根据用户哀求选择涂层。

2) 双面印制电路板 – 有两层导电图形的印制板，层间可以有或无镀通孔连接。

双面印制板制造流程：双面覆铜箔层压板 – 钻孔 – 孔金属化 – 电镀铜 – 光致干膜抗蚀刻图形 – 化学蚀刻铜箔 - 印刷阻焊图形 -表面涂覆处理– 形状加工 – 电路检测 – 考验包装出货。

此过程中与电镀干系的是“孔金属化、电镀铜、表面涂覆处理”工序。

3) 多层印制电路板 – 有三层及三层以上导电图形的印制板，层间有导通孔连接。

多层印制板制造流程：（1）内层板制作，双面覆铜箔层压板 –– 印刷抗蚀刻线路图形 –化学蚀刻铜箔 – 氧化处理。
（2）外层制作，内层板与粘结片、铜箔压合 - 钻孔 – 孔金属化 – 电镀铜 – 光致干膜抗蚀刻图形 – 化学蚀刻铜箔 - 印刷阻焊图形 - 表面涂覆处理 – 形状加工 – 电路检测 – 考验包装出货。

此过程中与电镀干系的是“氧化处理、孔金属化、电镀铜、表面涂覆处理”工序。
特殊点是图形电镀铜、锡，退锡处理，板边插头镀镍、金。

4) 积层印制电路板 – 由积层法制作的有盲/埋微导通孔和细线路高密度互连的多层板，亦称HDI板。

常规逐层积层法HDI板制造流程：

(1) 芯板制作，双面覆铜箔层压板 –– 印刷抗蚀刻线路图形 – 化学蚀刻铜箔 – 氧化处理。

(2）积层制作：a.减去法，层压RCC或Pp+铜箔，钻孔、化学镀铜、电镀铜、…。

b.半加成法：层压绝缘介质，钻孔、化学镀铜、电镀铜、…。

此过程中与电镀干系的是“孔金属化、电镀铜、表面涂覆处理”工序(与多层板同)。

5) 挠性印制电路板 – 包括挠性单面板、双面板、多层板、刚挠板，工艺与刚性板相同，须要同样的电镀工艺。

2.2．印制电路板对电镀性能哀求

印制电路板上电镀层是功能性哀求。

化学镀铜，是在绝缘基材上产生金属铜层，起到导电基底层浸染，常日厚度仅数微米，哀求铜层致密，韧性佳，与基材结合稳定。

电镀铜，在铜箔或已有金属层上电镀铜，增加铜层厚度，提高导电性。
哀求镀铜层致密、平整和达到须要厚度，有韧性与延展性，与基底金属结合稳定。

电镀锡，在铜面上电镀锡或锡合金，起到保护铜层抗碱性蚀刻浸染，个别的作为助焊层。
哀求镀锡层致密、平整和达到须要厚度，与基底金属结合稳定。

电镀镍，在铜面上电镀镍(镍磷合金)，作为镀金衬底层，也有保护铜层抗酸性蚀刻浸染。
哀求镀镍层致密、平整和达到须要厚度，与基底金属结合稳定。

电镀金，在铜面或镍面上电镀金(软金或硬金)，提高表面连接盘或板边插头导电性、可焊性与可接合性，也有保护铜层抗酸性蚀刻浸染。
哀求镀金层致密、平整，达到须要厚度与硬度，与基底金属结合稳定。

化学镀镍、金、锡、银、钯，作为连接盘表面的保护、可焊或可接合涂饰层。
哀求镀层致密、平整，达到功能。

OSP和HASL，作为连接盘表面的保护、可焊或可接合涂饰层。
哀求涂层致密、平整，达到功能。

2.3．印制电路板制造中电镀技能发展

印制电路板发展的几十年中所运用的电镀技能也在不断发展。

1) 电镀铜

印制电路板制造中电镀铜工艺，早期是用焦磷酸盐镀铜液。
镀铜溶液配方紧张是焦磷酸钾与焦磷酸铜，以硒酸钠为光亮剂，其电流密度较小，电镀韶光很长。

约在1970年代中期起采取光亮硫酸铜液电镀铜，大大提高电镀效率和改进铜层质量，可以达到普通双面印制板和多层印制板的哀求。

HDI印制板构造中有埋孔与盲孔，从2010年代开始，为确保金属化孔的化可靠性，HDI板中埋孔与盲孔及贯通孔普遍哀求孔内添补铜，由电镀铜实现。
这又开展了新一轮硫酸铜电镀添加剂改进，以及电镀设备改进。

2) 电镀锡铅合金与电镀锡

在1970年代中期前的印制板成品表面哀求可焊性高的板面铜导体上电镀锡铅合金层，锡铅身分比例靠近60:40与含铅焊锡相称。
那时采取氟硼酸盐电镀液电镀锡铅合金，紧张身分氟硼酸和氟硼酸锡、氟硼酸铅，还有提高电镀分散性与光亮度的有机添加剂。

印制板制造中图形电镀工艺的涌现，把电镀锡铅合金层作为铜在碱性化学蚀刻中的抗蚀层，因此电镀锡铅合金非常盛行。
自2000年代起，由有利于环保的无氟无铅的锡镀层取代氟硼酸盐锡铅镀层，电镀锡溶液有紧张身分硫酸亚锡与硫酸的硫酸盐溶液，或烷基磺酸盐溶液。

图形电镀工艺中无论锡铅合金镀层或锡镀层都在铜化学蚀刻后被退除，退除方法有化学法和电化学法，常用的是用含硝酸溶液化学法在室温下退除锡镀层。

3) 电镀镍

电镀镍很早就采取硫酸镍、氯化镍酸性电镀液，多年来变革不大。
紧张差异在电镀液中光亮剂与缓冲剂成份，PCB用电镀镍是半光亮镍或光亮镍。

4) 电镀金 电镀金是氰化物镀金

5) 电镀银 电镀银是氰化物镀银

6) 化学镀铜

化学镀铜俗称沉铜，是一种自身的催化氧化原反应，首先用催化剂处理，使绝缘基材表面吸附上一层活性粒子，常日用金属钯粒子，然后铜离子在这些活性的金属铜晶核本身又成为铜离子的催化层，使铜的还原反应连续在这些新的铜晶核表面上进行。

化学镀铜早期的去钻污是有二甲亚砜、或浓硫酸; 活化液是硝酸银与氢氧化铵，并有敏化(预活化)氯化亚锡与盐酸液; 化学沉铜液硫酸铜、氢氧化钠、酒石酸钾钠和甲醛。

目前因此高锰酸钾溶液去钻污，胶体钯为活化液，甲醛为化学沉铜中催化剂。
当前的改革是去除甲醛(致癌物)。
为提高孔金属化效率，减少工序，采取直接电镀工艺。

7) 化学镀镍、金、银、锡等

化学镀镍是自催化型镀液，以硫酸镍为主盐，次亚磷酸钠为还原剂，在酸性、高温条件下。

化学镀金常用氰化金钾为主盐，辅以柠檬酸钠、次亚磷酸钠。
化学镀银以氰化银为主盐，也有环保型的硝酸银、硫代硫酸钠液。
化学镀锡有氯化亚锡和硫脲型。

3. 电镀基本知识

3.1. 电镀事理

电镀是在含有被镀金属离子的溶液中，通过直流或脉冲电流浸染，工件作为阴极在表面得到金属层。

化学镀是在含有被镀金属离子的溶液中，通过氧化还原反应或置换反应，使工件表面得到金属层。
此过程不须要通电流，因此又称无电电镀。

电镀浸染：防护性(抗蚀)，装饰性(都雅)，功能性(耐磨、导电、可焊)

法拉第定律

当电流利过电解质溶液或熔融电解质时，两个电极年夜将发生化学反应，电解质的阳离子移向阴极，并在阴极上得到电子而被还原成新的物质，阴离子移旭日极，并在阳极上失落去电子而被氧化成新物质。
电极上通过的电量与反应物质的量之间存在一定关系。

3.2.化学知识

1) 物质的构造 统统物质由分子组成,分子是由原子组成,原子是由原子核和电子组成。

2) 化学中计量单位“摩尔 mol”

摩尔(mol)表示物质的量的单位，每摩尔物质含有6.02x10 23 个微粒(阿伏伽德罗常数)。

1mol碳原子含有6.02x10 23 个碳原子，质量为12g。

1mol水质量为18g，含有6.02x10 23 个水分子。

3)摩尔质量 每摩尔物质的质量称为该物质的摩尔质量,其符号M,常用单位g / mol 。

水的摩尔质量为18g/mol，36g水(H 2 O)物质的量是2 mol。

氧原子(O )的摩尔质量= 16 g / mol 。
硫酸分子(H 2 SO4)的摩尔质量= 98 g / mol 。

4) 溶液的浓度

溶液的浓度指在一定体积或质量的溶液或溶剂中所含溶质的量。

(1). 体积摩尔浓度 单位体积溶液里含溶质的物质的量表示溶液浓度, 单位mol / L。

(2).质量摩尔浓度 单位质量溶液中含溶质的物质的量，单位mol/kg。

(3).百分比浓度 溶液或溶剂中所含溶质的百分比量。

质量百分比浓度: 溶质的质量与溶液或溶剂的质量之比 ( m B / m A x 100 % ) .

体积百分比浓度: 溶质的体积与溶液或溶剂的体积之比 ( V B / V A x 100 % ) .

质量/体积百分比浓度: 溶质的质量与溶液或溶剂的体积之比 ( m B / V A x 100 % ) .

5) 化学分子式与方程式

用元素符号和数字来表示物质所组成的式子叫做化学式。
有些化学式还能表示这种物质的分子构成，这种化学式也叫做分子式。

单质分子：氢气 H2 、碳C、 氧气O2 、 氯气 Cl2、钠Na、 钾K、 铜Cu、金Au。

化合物分子：氢氧化钠NaOH、 硫酸H2 SO4 、 盐酸HCl、氯化铜 CuCl2 、硫酸铜CuSO4 、 高锰酸钾KMnO4 、乙醇 C2 H5 OH 。

用分子式(或化学式)表示化学反应的式子求乞学反应方程式。

在化学反应中，参加化学反应物质的总量即是反应后天生物质的总量，这便是质量守恒定律。
例如： 2H2O===2 H2十O2 ; CuCl2 + Cu = 2CuCl 。

3.3. 电镀溶液

电镀生产中的镀液一样平常由主盐和添加剂两部分组成。

镀液中主盐为金属盐类，其浸染是供应金属离子。
在PCB电镀铜镀液的主盐一样平常为硫酸铜，络合剂为硫酸。

辅盐(赞助剂)，是增加镀液的某些功能。
如导电盐增加镀液的导电性，缓冲剂调度pH值，镀金液中加硫酸钾增加导电性，柠檬酸调度pH值。

添加剂有：光亮剂, 匆匆使镀层光亮；整平剂，提高镀层微不雅观平整；润湿剂，降落镀液表面张力，减少针孔；柔韧剂，调度镀层内应力，降落脆性。

3.4. 电镀的工艺条件

1) 镀液的pH值

pH值是衡量溶液酸碱度的一个相对值，溶液中氢离子浓度的负对数值。

电镀液以其酸碱性区分为酸性镀液、碱性镀液、中性镀液。
除了强酸性、强碱性镀液，对镀液有一定pH掌握范围。
pH值会影响电流效率和添加剂正常事情。

2) 镀液的温度

温度影响溶液中离子活度，升温可提高镀液的电导率、提高镀液的分散能力。
而有些镀液防止造成反应速度过快或添加剂被毁坏而须要低温。

3) 镀液的搅拌

凡是使溶液流动的办法都可称为搅拌。
搅拌的浸染是促进物质通报，使浓度和温度均匀同等。
搅拌办法：阴极移动(振动、摇摆)、空气搅拌、循环过滤、射流喷射、超声波搅拌。

4) 电流密度

电流密度是单位面积上通过的电流强度。
每一镀种(镀液)都有各自的最佳电流密度。

5) 电源

不同的电源是产生的波形不同，波形影响电沉积过程。
空想的电镀电源是平稳的直流电。

脉冲电镀或称周期反向电流电镀，它的根本特色是把直流电流变为周期变革的脉冲电流电镀。

当正向脉冲电流时阴极PCB镀上金属，变为反向脉冲电流加在PCB上，则PCB成阳极使原沉积的铜镀层将变为“溶解”过程，由于反向脉冲电流的宽度很小（韶光很短），因而孔壁的中间部位的铜镀层“溶解”速率很小，乃至为零，而板面及孔口溶解较多的铜镀层，从而使板面与孔内的铜镀层厚度差别减少，起到“改动”金属镀层厚度的浸染。

6) 阳极

阳极的紧张功能导电，与阴极共同形成电场(电回路)。
另一功能供应被镀金属的离子，但这不是必须的。

可溶性阳极，在电镀过程中会溶解花费，供应被镀金属的离子的阳极。

不溶性阳极，在电镀过程中不会溶解花费的阳极，被镀金属离子另有化合物添加补充。

阳极必须考虑身分纯度，尺寸形状和挂放形式位置。

7) 挂具

阴极挂具首先是工件(PCB)固定打仗可靠，分布均匀；再是装卸方便，生产效率高；三是不污染镀液，掩护方便。

8) 韶光

电镀韶光和电流密度决定了单位面积的析出量即镀层厚度（法拉第定律）。
达到镀层厚度必须掌握好电镀韶光。

3.5. 电镀设备

电镀干系的设备有电气设备、镀槽设备、干燥设备、过滤设备以及其他赞助设备。
1) 电气设备

电源是电镀的关键设备。
电源除了具备自身的一些性能如电压电流波形、过载能力、功率等，还应具备电压电流无级调节、电压电流自动掌握以及安全等特点。

电镀电源紧张设备是整流装置。
在电镀的线路举动步伐中包含汇流条和配电盘，以确保电镀过程中强大的电流能够通过。

2) 镀前处理设备

被镀件清洁的表面是得到镀层的必备条件，前处理一样平常可分为机器处理、化学处理、以及电化学处理等。

3) 电镀槽

电镀槽是电镀生产的紧张设备，哀求镀液长期打仗时不会堕落和溶解，槽体具有足够的刚性和强度，有时还须要有保温层、绝缘层和加热装置等。

4) 镀后处理设备

电镀后洗濯、干燥装置。
贵金属回收装置。

5) 自动电镀生产线

印制电路板的电镀生产线根据电路板在电镀过程中的位置，可以分为垂直电镀生产线和水平电镀生产线。
个中垂直电镀生产线按设备组合办法可以分为直线式电镀生产线和环行电镀生产线；若以电镀操作程序又可分为垂直间歇电镀生产线和垂直连续电镀生产线。

结束语：

在您阅读本文的过程中，我们希望您能感想熏染到PCB电镀技能的主要性，以及它在当代电子工业中的广泛运用。
我们希望本文能帮助您建立起对PCB电镀技能的全面理解，并为您在这个领域的进一步学习和实践供应有代价的参考。
只管本文已经尽力涵盖了PCB电镀技能的各个方面，但请记住，PCB电镀技能是一个深广的领域，仍旧有许多未知和待探索的方面。
我们期待您的连续探索和学习，也希望本文能成为您在PCB电镀技能旅程中的一份宝贵财富。