PCB电镀过程中震动马达停震时间计算

陈金文 汪忠林 杜 姣 苟 辉

（中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所，陕西 西安 710068）

0 前言

PCB生产中在电镀槽上安装震动装置，是为了使阴极产生强烈震动，从而带动镀液震动，使镀液处于强烈“湍流”状态，破坏孔内“层流”形成，这样降低扩散层厚度，提高孔内镀铜层均匀性。

震动产生的效果可以通过测震仪来监测，测试要求如下：

（1）被测功能槽为满挂负载；

（2）若被测位置为飞巴中点，一般要求震动速度≥3 0 mm/s；

（3）若被测位置为飞巴两端，一般要求震动速度≥40 mm/s。

通过测震仪监测，这是对震动过程效果的量化评价。但是生产过程中怎么匹配间歇震动的周期时间（震动时间/停震时间），却没有一定的量化标准，持续不间断震动可以认为是停震时间为0，震动时间无限长的“特殊间歇式震动”，一个镀铜槽的停震时间和震动时间如何确定，是作者所关注的。希望通过这种保险的计算，为PCB行业电镀过程中，如何确定震动马达的停震时间，提供一种保守的理论依据。

1 基础条件假设与参数定义

1.1 基础条件假设

一般电镀生产线，除了震动装置以外，还配备有阴极移动装置来保证阴极的缓慢往复移动，如我单位阴极摇摆的极限行程为8 cm，平均耗时为3.86 s，摇摆产生的PCB移动速度为0.0207 m/s，由摇摆产生的印制板上孔两端的液压差，也会造成孔内溶液的流动交换。

但是，为了理论上保守计算停震时间，就暂时不考虑摇摆造成的影响，因为如果采用保守的停震时间就能保证孔内溶液交换的话，那么加上摇摆的效果，自然更能保证孔内溶液交换效果，因此做了如下基础条件假设：

（1）孔内壁电流密度取平均密度；

（2）停震时，孔内溶液无交换，Cu2+浓度由CCu2+→C'Cu2+过程中，孔内无新溶液进入。

1.2 参数定义

r孔：指孔半径，mm。

L板：印制板厚度，mm。

i孔：孔内壁电流密度，A/dm2，通常为1.1 A/dm2。

T电镀：实际电镀时间，min。

cCu2+：溶液中Cu2+浓度，g/L。

cCuSO4.5H2O）：溶液中CuSO4.5H2O浓度，g/L。

γCu：电镀效率，80%～85%。

ρCu：铜密度，8.96 g/cm3。

H铜：孔壁铜镀层厚度，μm。

4.56——指理论上，在1 dm²铜面上均匀镀上1 μm厚的铜层，需要4.56安培分钟，单位为[（A·min）/（dm²·μm）]。

2 实际电镀时间（T电镀）计算

为保证电镀层质量，在任何时候均考虑Cu2+浓度满足工艺范围要求。因此在工艺范围内，Cu2+浓度由cCu2+→c'Cu2+过程中，所需要的时间（T电镀）就是工艺所允许的最长停震时间。

根据孔内物料守恒，见式（1）。

根据式（1）推导出式（1）。

根据镀层厚度与电流关系得出式（3）。

根据式（2）和式（3）推导出式（4）和式（5）。

3 各类孔停震时间计算

根据式（5）计算在实际生产条件下，各类孔允许的最长停震时间，如表1所示。

实际生产条件如下。

i孔=1.1 A/dm2；c'

CuSO4.5H2O=65 g/L；c'CuSO4.5H2O=60 g/L；γCu=85%；ρCu=8.96 g/cm3。

我们公司的PCB常规孔直径为0.3 mm，采用间歇震动（震10 s/停20 s）方式。通过表1可知，停震时间20 s远远高于计算的最长3.1 s，这不仅降低了孔内溶液的交换效果，而且使孔内Cu（2+）浓度超出了工艺低限的风险大大提高，这是不合适的，因此将间歇式震动的停震时间调整为3 s。

表1 各类孔允许的最长停震时间

因此，为了最保险的保证孔内Cu（2+）浓度满足工艺要求，震动马达必须在停震T电镀（s）之后启震，其中0.25 mm及以下孔径，建议采用持续震动。