1、脈沖電鍍技術參數介紹信豐正天偉研發部 胡青華脈沖電鍍定義：脈沖電鍍廣泛定義為間斷電流電鍍。間斷電流是指正向電流在某一時間出現而在另一時間出現反向電流（或無電流）。自50年代開始已有人從事脈沖電鍍的研究，因脈沖電流能使鍍層結晶細化、結合力高、無孔隙，使鍍層有優良的物理化學性能。70年代脈沖電鍍在PCB行業中電鍍金上使用，在90年代隨著大電流脈沖技術上的突破脈沖電鍍應用在PCB電鍍銅上。PCB的電鍍銅的發展歷程：普通直流電鍍PPR周期反向脈沖電鍍新型直流電鍍，新型直流電鍍不同于普通直流電鍍的區別在于在槽液中加入了新型的作用特殊的添加劑來調整通孔和盲孔孔內外的鍍層厚度的分布。常見的脈沖波形有方波、三

2、角波、階梯波、鋸齒波，根據確定脈沖波形的原則（實鍍效果、偏于分析和研究、易于獲得和控制、便于推廣），方波是最符合要求的波形。目前，脈沖電鍍中使用的波形多為方波。其波形有單向脈沖和雙向脈沖（周期反向脈沖）1. 單向脈沖：實際是就是有關斷時間的直流電鍍。波形如下所示：2. 雙向脈沖：即周期換向脈沖（PPR）。有以下幾種：a) 有關斷時間的單個脈沖換向,一個正向脈沖經過關斷時間后接一個反向脈沖，這種波形在實際中極小使用，波形如下圖：b) 無關斷時間單個脈沖換向，一個無關斷時間的正向脈沖緊接著一個無關斷時間的反向脈沖，這種波形也稱為方波交流電。這種波形能改善鍍層的厚度分布，但對鍍層的結構改善無作用。c

3、) 脈動脈沖換向，一組正向脈沖接一組反向脈沖，這種波形是典型的周期換向波形，在功能性電鍍中應用最為廣泛，既能改善鍍層的厚度分布又能改善鍍層結晶結構。d) 多組脈沖換向：簡稱多脈沖，在脈動脈沖基礎上增加可編程功能，在每一個程序或每一個時間段采用的脈沖參數各不一樣。多脈沖電鍍在適當的參數下能形成不同結構和組成的多層鍍層，各層間的應力能相互抵消，鍍層脆性下降，抗疲勞強度提高。PCB上所使用的脈沖電鍍嚴格的說應稱為周期脈沖反向電鍍(Periodic Pulse Reverse Plating)。一般使用的是脈動脈沖波形。周期脈沖反向電鍍(PPR) 的工作原理是應用正向電流電鍍一段時間(10-20ms)

4、，然后以一高電流短時間反向電鍍(約0.5-2ms)。PPR 與電鍍液及添加劑產生作用，將高電流密度區域極化，重新將電鍍電流再分配到低電流區域，其效果是在高電流密度區域的銅鍍層厚度減少，故此，在電路板的小孔中電鍍銅層的厚度會接近甚至超過表面銅層的厚度 。脈沖參數脈沖參數有：(1) 脈沖的頻率；(2)占空比；(3)正反時間比；(4) 電流；(5)脈沖波形。脈沖頻率，高頻脈沖指大于5000Hz，中頻500-5000Hz，低頻小于500Hz，其中低頻用于陽極氧化很少用于電鍍，實際電鍍貴金屬多用1000Hz左右，對應一個周期1ms。占空比指脈沖導通時間占整個脈沖周期的比率電流分為峰值電流Jp和平均電流J

5、m，兩者之間的關系：，脈沖整流器中顯示的是平均電流。脈沖電流由正向穩態向負向穩態轉換過程中并非是突變，而是逐漸變化的，主要原因：1.電源、電纜、電鍍設備存在電感，在轉換過程中會阻礙電流的換向，這也是評價整流器和整個電鍍體系的關鍵參數；2.電鍍體系中電極-溶液之間存在電容，在電流轉向過程中有個充放電的緩沖。以典型的無關斷時間的單個換向的PPR為例，為了計算方便簡化模型，將電流正反向轉換過程電流變化為直線，對其時間點進行分段，tab為正向至0的時間，tbc為0至負向時間，依次如下圖:當我們的PPR都取常用參數正向20ms，反向1ms，正向電流I，反向電流3I，進行如下計算：由幾何關系：3tab=t

6、bc=tde =3tef總正向電流電量I正：I*(20-tef-tde)+I*(tab+tef)/2=I(20-3tab)總負向電流電量I負：3I*(1-tab-tbc)+3I*(tbc+tde)/2=I(3-3tab)正反向電流電量比：I正/I負= (20-3tab)/ (3-3tab)=1+17/(3-3tab)從上式可以看出當tab等于0時，正反向電量比才是理論上的20:3，當tab等于1時，正反向電量比為無窮大，說明沒有反向電流，為達到脈沖電鍍的目的需要盡量減小tab，需要降低整流器、電纜、電鍍設備的電感。深鍍能力與正反向實際脈沖電量有密切關系，一般來說比值越小，深鍍能力越好，但是過小

7、會影響生產效率和鍍層性能。研究表明：1.對于每種脈沖電鍍藥水都有對應的最適合的正反電流比，延長反向電流的時間在一定范圍內能幫助提高藥水的深鍍能力；2.不同波形適當的組合會對電鍍效果有改善作用。PPR的優勢1. 所獲得的鍍層比直流電鍍的結晶細致，這是脈沖電鍍最最突出的特點；2. 分散能力更強，可獲得孔內更均勻厚度的銅鍍層，對于高厚徑比的通孔TP%會比直流電鍍高很多3. 所獲得的鍍層純度高，鍍層物性好；4. 添加劑的使用和消耗比直流電鍍要小；5. 可采用更高的電流密度進行電鍍，提高生產率；6. 在藥水和PPR脈沖參數匹配好的情況下所獲得鍍層的物性優于直流電鍍。PPR的問題1. PPR的圖形調整是很

8、困難的，對每一種藥水都不一樣的。因為脈沖電鍍的特點：電流轉換方向時，添加劑的脫吸附以及銅通過擴散層的補給的時間對每一個藥水都是不一樣的，都必須經過大量的測試；2. 脈沖上升時間tr對槽體的電連接要求非常高，因此脈沖整流器的電纜以及飛靶連接處的電阻都必須要小，并且整流器盡量靠近槽體減少電阻，電纜的長度不能超過兩米，并且采取比直流電鍍更粗的導線，為減小電感還要將陰陽極電纜扭成麻花狀；3. 成本高，脈沖電源是普通電源價格10倍以上。PPR的應用領域PPR電鍍層應力小，物性好，但是成本高，其主要應用領域：1. 晶圓電鍍：TSV極小盲孔填孔電鍍，對于孔徑在10微米左右，深300微米左右的極小盲孔，直流電鍍很難以達到好的效果；2. PCB高厚徑比通孔電鍍（12:1以上）對于厚徑比大的盲孔能提高TP%，對于20:1的盲孔TP%能達到90%；3. PCB厚徑比1.4:1及以上的深盲孔電鍍，厚徑比大的盲孔直流電鍍后孔內銅厚往往不足，用PPR能改善此情況；4. 水平電鍍填孔，如Atotech水平電鍍填孔，填孔速度快，一致性好。總結在PCB行業內脈沖電鍍一般指周期反向脈沖電鍍(PPR),所選擇的