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PCB脉冲电镀介绍

一、概述
脉冲电镀是一项新的电镀技术。它的特点是由脉冲电流对电极过程动力学的特效影响所决定的,其中最主要的是对传质过程中的影响。在直流电镀时,镀液中被镀出的金属离子在阴极表面附近溶液中逐渐被消耗.造成了该处被镀金属离子与溶液中该离子的浓度出现差别。这种差别随着使用的电流密度增高而加大。当阴极附近液层中的该离子的浓度降到0时,就达到了所谓的极限电流密度,传质过程完全受扩散控制。
在脉冲电镀时,由于有关断时间的存在,被消耗的金属离子利用这段时间扩散、补充到阴极附近,当下一个导通时间到来时,阴极附近的金属离子浓度得以恢复.故可以使用较高的电流密度。因此,脉冲电镀时的传质过程与直流电镀时的传质过程的差异,造成了峰值电流可以高于平均电流,促使晶种形成的速度远远高于晶体长大的速度,使镀层结晶细化,排列紧密。孔隙减小,电阻率低。
直流电镀时的连续阴极极化电位下的各种物质,在阴极表面的吸脱附过程与脉冲条件下的间断高阴极极化电位下的吸脱附过程的机理有很大差异.造成了同样的溶液配方及 添加剂 在电源波形不同时.表现的作用差别也很大。

二、脉冲电镀原理
脉冲电镀是使电镀回路周期性地接通和断开,或者在固定直流上再叠加某一波形脉冲的电镀方法。与普通电镀相比,这种方法具有镀层平整致密、附着性好,电流效率高、环保性能好等优点,在一般的研究和应用中,脉冲电镀所使用的脉冲方式可分为单向脉冲和双向脉冲两种。使用的脉冲波主要是矩形波和正弦波。
用直流电电镀时,在阴极和溶液界面处形成较厚的扩散层,使阴极表面金属离子浓度降低产生浓差极化,限制了电沉积的速度,使用较大的电流密度不但不能提高镀速,反而使阴极上的氢气析出量增加,电流效率降低,镀层质量变坏出现氢脆、针孔、麻点、烧焦和起泡等。脉冲电镀由于有关断时间,被消耗的金属离子利用这段时间扩散补充到阴极附近、当下一个导通时间到来时,阴极附近的金属离子浓度得以恢复,故可以使用较高的电流密度。脉冲电镀峰值电流可以大大高于平均电流,促使晶种的形成速度高于晶体长大的速度,使镀层结晶细化,排列紧密,孔隙减少,硬度增加。

三、脉冲电镀的优点
脉冲电镀与传统的直流电镀比较,有如下优点 :
1.镀件质量高主要表现为:具有镀层孔隙率低,可得到光亮均匀致密的镀层,提高镀层的抗腐蚀性能;较好的结合力,较好的分散力,能增加镀层的密度,增加硬度,提高延展性和耐磨性,改进了镀层的物理性能。
2.镀层厚度薄在相同的镀层性能指标的前提下,可使镀层厚度减薄1/3—1/2,进而可节约原材料(如黄金、白银等)10%-20%,这对金、银、锡、锗、镍等贵金属来说,具有十分重大的经济意义。
3.生产效率高。脉冲电镀大幅度提高了瞬时电流密度,使其平均电流密度有可能大于直流电镀的实际电流密度。因而,加速了电沉积速度,使生产效率增高,一般可减少受镀时间1/3—1/2,或更多的时间。
4.改进常规的电镀溶液配方和工艺在直流电镀中,为了实现合金共沉积、增加镀层的光亮度或者是改善镀层的物理性能,通常要加入络合剂、光亮剂等添加剂,而这些添加剂通常都是毒性很强的溶液,所以对生产和环保非常不利。使用脉冲电镀,可以通过调节6个电镀参数(双向脉冲)来获得好质量的镀层,而又不使用任何的添加剂。

四、脉冲电源
晶体管 开关电源 即脉冲电源阶段脉冲电镀电源是当今最为先进的电镀电源,它的出现是电镀电源的一次革命。这种电源具有体积小、效率高、性能优越、纹波系数稳定.而且不易受输出电流影响等特点。脉冲电镀电源是发展的方向,现已开始在企业中使用罔。
脉冲电源分为数字脉冲电源和模拟脉冲电源。所谓数字脉冲电源,是采用微处理器及数字电路对脉冲电源中的直流斩波进行控制,并实现数字显示与数字调节的电源。它是当今最为先进的电镀电源.由于与计算机技术相结合,使其控制更加方便和灵活。目前是电镀电源发展的方向。数字脉冲电源的原理示意图如图2所示。
与传统的模拟脉冲电源相比.数字脉冲电源具有如下优点:
(1) 驱动波形规整,极大地改善了斩波后的输出波形,对提高电镀质量十分有利;
(2) 采用数字调控,直观简单;
(3) 波形调节范围宽,调节步进可以至0.1 ms;
(4) 温度漂移系数小,能长期稳定连续运行。
在目前的应用中.普遍采用大功率开关管IGBT对直流电源进行斩波,达到脉冲输出的目的。数字控制器发出的方波驱动信号控制IGBT的通断。改变数字控制器的信号,可以实现对输出脉宽及频率的可调。

数字脉冲电镀实质上是一种通、断直流电镀。所不同的是数字脉冲电镀有三个独立的参数(脉冲平均电流密度I、导通时间及关断时间BED Equation.DSMT4)可调;而一般直流电镀只有一个参数(电流或电压)可调。因此,采用数字脉冲电镀就为槽外控制镀层提供了有力的手段。大量的实践证实,数字脉冲电镀是一项既能提高镀层质量,又能提高沉积速率的经济效益很高的电镀新技术。

频率越低,峰值电流越大,即在脉冲宽度的时间内.就会使靠近阴极处的金属离子急剧减少。由于在较短的时间内,基质金属的沉积速度较快,输送到阴极并嵌入镀层中的速度赶不上基质金属的沉积速度。因此,为了提高镀层质量和效率,可以根据不同的镀层金属溶液,对脉冲电源的频率和脉宽进行适当调整。实现对峰值电流的改变。
国内外电镀工作者大量的实践证实,数字脉冲电镀是一项既能提高镀层质量,又能提高沉积速率的电镀新技术。智能化脉冲电源是改善电镀工艺的较好途径。只要根据不同的镀层金属溶液要求,设置相应的参数如脉宽、频率、温度等,智能化脉冲电源就能自动完成对工件的电镀加工。
脉冲电镀能改善镀层均匀度。贵金属电镀时常常有最低厚度要求或抗蚀力指标。这时,镀层均匀度好,达到相同的最低厚度时要镀的平均厚度就小,就可以节约贵金属。同样,由于脉冲电镀可以改善镀层均匀度、降低镀层孔隙率。这样,达到同样的抗蚀力指标时要镀的平均厚度就小,也可以节约贵金属。由于贵金属价值高,节约贵金属得到的效益就能抵消购买昂贵的脉冲电源的费用,甚至还有效益。贵金属电镀时用的电源也比较小,价格更容易为人们接受,就更有利于推广。反过来,这又促进了贵金属脉冲电镀的研究。相反,镀锌用脉冲电源,设备投资何时能收回就很成问题。
所以,脉冲电镀在镀贵金属时使用得多。


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