完全為了適應(yīng)高縱橫比通孔電鍍的需要。但由于電鍍過(guò)程的復(fù)雜性和特殊性，水平電鍍技術(shù)的呈現(xiàn)。設(shè)計(jì)與研制水平電鍍系統(tǒng)仍然存在著若干技術(shù)性的問(wèn)題。這有待于在實(shí)踐過(guò)程中加以改進(jìn)。盡管如此，但水平電鍍系統(tǒng)的使用，對(duì)印制電路行業(yè)來(lái)說(shuō)是很大的發(fā)展和進(jìn)步。因?yàn)榇祟愋偷脑O(shè)備在制造高密度多層板方面的運(yùn)用，顯示出很大的潛力，不但能節(jié)省人力及作業(yè)時(shí)間而且生產(chǎn)的速度和效率比傳統(tǒng)的垂直電鍍線要高。而且降低能量消耗、減少所需處理的廢液廢水廢氣，而且大大改善工藝環(huán)境和條件，提高電鍍層的質(zhì)量水準(zhǔn)。水平電鍍線適用于大規(guī)模產(chǎn)量24小時(shí)不間斷作業(yè)，水平電鍍線在調(diào)試的時(shí)候較垂直電鍍線稍困難一些，一旦調(diào)試完畢是十分穩(wěn)定的同時(shí)在使用過(guò)程中要隨時(shí)監(jiān)控鍍液的情況對(duì)鍍液進(jìn)行調(diào)整，確保長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作。

PCB制造向多層化、積層化、功能化和集成化方向迅速的發(fā)展。促使印制電路設(shè)計(jì)大量采用微小孔、窄間距、細(xì)導(dǎo)線進(jìn)行電路圖形的構(gòu)思和設(shè)計(jì)，隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展。使得PCB制造技術(shù)難度更高，特別是多層板通孔的縱橫比超過(guò)5：1及積層板中大量采用的較深的盲孔，使常規(guī)的垂直電鍍工藝不能滿足高質(zhì)量、高可靠性互連孔的技術(shù)要求。

其主要原因需從電鍍?cè)黻P(guān)于電流分布狀態(tài)進(jìn)行分析，通過(guò)實(shí)際電鍍時(shí)發(fā)現(xiàn)孔內(nèi)電流的分布呈現(xiàn)腰鼓形，出現(xiàn)孔內(nèi)電流分布由孔邊到孔中央逐漸降低，致使大量的銅沉積在外表與孔邊，無(wú)法確?？字醒胄桡~的部位銅層應(yīng)達(dá)到規(guī)范厚度，有時(shí)銅層極薄或無(wú)銅層，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成無(wú)可挽回的損失，導(dǎo)致大量的多層板報(bào)廢。為解決量產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，目前都從電流及添加劑方面去解決深孔電鍍問(wèn)題。

高縱橫比PCB電鍍銅工藝中，大多都是優(yōu)質(zhì)的添加劑的輔助作用下，配合適度的空氣攪拌和陰極移動(dòng)，相對(duì)較低的電流密度條件下進(jìn)行的使孔內(nèi)的電極反應(yīng)控制區(qū)加大，電鍍添加劑的作用才干顯示進(jìn)去，再加上陰極移動(dòng)非常有利于鍍液的深鍍能力的提高，鍍件的極化度加大，鍍層電結(jié)晶過(guò)程中晶核的形成速度與晶粒長(zhǎng)大速度相互補(bǔ)償，從而獲得高韌性銅層。

這兩種工藝措施就顯得無(wú)力，然而當(dāng)通孔的縱橫比繼續(xù)增大或出現(xiàn)深盲孔的情況下。于是發(fā)生水平電鍍技術(shù)。垂直電鍍法技術(shù)發(fā)展的繼續(xù)，也就是垂直電鍍工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新穎電鍍技術(shù)。這種技術(shù)的關(guān)鍵就是應(yīng)制造出相適應(yīng)的相互配套的水平電鍍系統(tǒng)，能使高分散能力的鍍液，改進(jìn)供電方式和其它輔助裝置的配合下，顯示出比垂直電鍍法更為優(yōu)異的功能作用。

二、水平電鍍?cè)砗?jiǎn)介

通電后發(fā)生電極反應(yīng)使電解液主成份產(chǎn)生電離，水平電鍍與垂直電鍍方法和原理是相同的都必須具有陰陽(yáng)兩極。使帶電的正離子向電極反應(yīng)區(qū)的負(fù)相移動(dòng);帶電的負(fù)離子向電極反應(yīng)區(qū)的正相移動(dòng)，于是發(fā)生金屬堆積鍍層和放出氣體。因?yàn)榻饘僭陉帢O沉積的過(guò)程分為三步：即金屬的水化離子向陰極擴(kuò)散;第二步就是金屬水化離子在通過(guò)雙電層時(shí)，逐步脫水，并吸附在陰極的外表上;第三步就是吸附在陰極表面的金屬離子接受電子而進(jìn)入金屬晶格中。

從實(shí)際觀察到作業(yè)槽的情況是固相的電極與液相電鍍液的界面之間的無(wú)法觀察到異相電子傳遞反應(yīng)。其結(jié)構(gòu)可用電鍍理論中的雙電層原理來(lái)說(shuō)明，當(dāng)電極為陰極并處于極化狀態(tài)情況下，則被水分子包圍并帶有正電荷的陽(yáng)離子，因靜電作用力而有序的排列在陰極附近，最靠近陰極的陽(yáng)離子中心點(diǎn)所構(gòu)成的設(shè)相面而稱之亥姆霍茲（Helmholtz外層，該外層距電極的距離約約1-10納米。

但是由于亥姆霍茲外層的陽(yáng)離子所帶正電荷的總電量，其正電荷量不足以中和陰極上的負(fù)電荷。而離陰極較遠(yuǎn)的鍍液受到對(duì)流的影響，其溶液層的陽(yáng)離子濃度要比陰離子濃度高一些。此層由于靜電力作用比亥姆霍茲外層要小，又要受到熱運(yùn)動(dòng)的影響，陽(yáng)離子排列并不像亥姆霍茲外層緊密而又整齊，此層稱之謂擴(kuò)散層。

擴(kuò)散層的厚度與鍍液的流動(dòng)速率成反比。也就是鍍液的流動(dòng)速率越快，擴(kuò)散層就越薄，反則厚，一般擴(kuò)散層的厚度約5-50微米。離陰極就更遠(yuǎn)，對(duì)流所到達(dá)的鍍液層稱之謂主體鍍液。因?yàn)槿芤旱陌l(fā)生的對(duì)流作用會(huì)影響到鍍液濃度的均勻性。擴(kuò)散層中的銅離子靠鍍液靠擴(kuò)散及離子的遷移方式輸送到亥姆霍茲外層。而主體鍍液中的銅離子卻靠對(duì)流作用及離子遷移將其輸送到陰極表面。所在水平電鍍過(guò)程中，鍍液中的銅離子是靠三種方式進(jìn)行輸送到陰極的附近形成雙電層。

以及溫差引起的電鍍液的流動(dòng)。越靠近固體電極的外表的地方，鍍液的對(duì)流的發(fā)生是采用外部現(xiàn)內(nèi)部以機(jī)械攪拌和泵的攪拌、電極本身的擺動(dòng)或旋轉(zhuǎn)方式。由于其磨擦阻力的影響至使電鍍液的流動(dòng)變得越來(lái)越緩慢，此時(shí)的固體電極表面的對(duì)流速率為零。從電極表面到對(duì)流鍍液間所形成的速率梯度層稱之謂流動(dòng)界面層。該流動(dòng)界面層的厚度約為擴(kuò)散層厚度的十倍，故擴(kuò)散層內(nèi)離子的輸送幾乎不受對(duì)流作用的影響。

電鍍液中的離子受靜電力而引起離子輸送稱之謂離子遷移。其遷移的速率用公式表示如下：u=zeoE/6πrη要。其中u為離子遷移速率、z為離子的電荷數(shù)、eo為一個(gè)電子的電荷量（即1.61019CE為電位、r為水合離子的半徑、η為電鍍液的粘度。根據(jù)方程式的計(jì)算可以看出，電埸的作用下。電位E降落越大，電鍍液的粘度越小，離子遷移的速率也就越快。

電鍍時(shí)，根據(jù)電沉積理論。位于陰極上的PCB為非理想的極化電極，吸附在陰極的外表上的銅離子獲得電子而被還原成銅原子，而使靠近陰極的銅離子濃度降低。因此，陰極附近會(huì)形成銅離子濃度梯度。銅離子濃度比主體鍍液的濃度低的這一層鍍液即為鍍液的擴(kuò)散層。而主體鍍液中的銅離子濃度較高，會(huì)向陰極附近銅離子濃度較低的地方，進(jìn)行擴(kuò)散，不時(shí)地補(bǔ)充陰極區(qū)域。PCB類似一個(gè)平面陰極，其電流的大小與擴(kuò)散層的厚度的關(guān)系式為COTTRELL方程式：

其電流稱為極限擴(kuò)散電流ii其中I為電流、z為銅離子的電荷數(shù)、F為法拉第常數(shù)、A為陰極表面積、D為銅離子擴(kuò)散系數(shù)（D=KT/6πrη）Cb為主體鍍液中銅離子濃度、Co為陰極表面銅離子的濃度、D為擴(kuò)散層的厚度、K為波次曼常數(shù)（K=R/N）T為溫度、r為銅水合離子的半徑、η為電鍍液的粘度。當(dāng)陰極表面銅離子濃度為零時(shí)。

極限擴(kuò)散電流的大小決定于主體鍍液的銅離子濃度、銅離子的擴(kuò)散系數(shù)及擴(kuò)散層的厚度。當(dāng)主體鍍液中的銅離子的濃度高、銅離子的擴(kuò)散系數(shù)大、擴(kuò)散層的厚度薄時(shí)，從上式可看出。極限擴(kuò)散電流就越大。

要達(dá)到較高的極限電流值，根據(jù)上述公式得知。就必須采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧?，也就是采用加溫的工藝方法。因?yàn)樯邷囟瓤墒箶U(kuò)散系數(shù)變大，增快對(duì)流速率可使其成為渦流而獲得薄而又均一的擴(kuò)散層。從上述理論分析，增加主體鍍液中的銅離子濃度，提高電鍍液的溫度，以及增快對(duì)流速率等均能提高極限擴(kuò)散電流，而達(dá)到加快電鍍速率的目的水平電鍍基于鍍液的對(duì)流速度加快而形成渦流，能有效地使擴(kuò)散層的厚度降至10微米左右。故采用水平電鍍系統(tǒng)進(jìn)行電鍍時(shí)，其電流密度可高達(dá)8A/dm2

就是如何確保基板兩面及導(dǎo)通孔內(nèi)壁銅層厚度的均勻性。要得到鍍層厚度的均一性，PCB電鍍的關(guān)鍵。就必須確保印制板的兩面及通孔內(nèi)的鍍液流速要快而又要一致，以獲得薄而均一的擴(kuò)散層。

要達(dá)到薄均一的擴(kuò)散層，就目前水平電鍍系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)看，盡管該系統(tǒng)內(nèi)安裝了許多噴咀，能將鍍液快速垂直的噴向印制板，以加速鍍液在通孔內(nèi)的流動(dòng)速度，致使鍍液的流動(dòng)速率很快，基板的上下面及通孔內(nèi)形成渦流，使擴(kuò)散層降低而又較均一。但是通常當(dāng)鍍液突然流入狹窄的通孔內(nèi)時(shí)，通孔的入口處鍍液還會(huì)有反向回流的現(xiàn)象發(fā)生，再加上一次電流分布的影響，演經(jīng)常造成入口處孔部位電鍍時(shí)，由于尖端效應(yīng)導(dǎo)致銅層厚度過(guò)厚，通孔內(nèi)壁構(gòu)成狗骨頭形狀的銅鍍層。

根據(jù)鍍液在通孔內(nèi)流動(dòng)的狀態(tài)即渦流及回流的大小，導(dǎo)電鍍通孔質(zhì)量的狀態(tài)分析，只能通過(guò)工藝試驗(yàn)法來(lái)確定控制參數(shù)達(dá)到PCB電鍍厚度的均一性。因?yàn)闇u流及回流的大小至今還是無(wú)法通過(guò)理論計(jì)算的方法獲知，所以只有采用實(shí)測(cè)的工藝方法。從實(shí)測(cè)的結(jié)果得知，要控制通孔電鍍銅層厚度的均勻性，就必需根據(jù)PCB通孔的縱橫比來(lái)調(diào)整可控的工藝參數(shù)，甚至還要選擇高分散能力的電鍍銅溶液，再添加適當(dāng)?shù)奶砑觿┘案倪M(jìn)供電方式即采用反向脈沖電流進(jìn)行電鍍才給獲得具有高分布能力的銅鍍層。

不但要采用水平電鍍系統(tǒng)進(jìn)行電鍍，特別是積層板微盲孔數(shù)量增加。還要采用超聲波震動(dòng)來(lái)促進(jìn)微盲孔內(nèi)鍍液的更換及流通，再改進(jìn)供電方式利用反脈沖電流及實(shí)際測(cè)試的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)正可控參數(shù)，就能獲得滿意的效果。