随着微电子技术的日臻向上，印刷电路板制造正朝着多层化、积层化、功能化和集成化方向快速发展，传统的垂直电镀工艺已不能满足高质量、高可靠性互连孔的技术要求。因此，水平电镀技术应运而生。它是垂直电镀技术发展的延续，即在垂直电镀技术的基础上发展起来的一种新的电镀技术。今天，我们就来介绍一下水平电镀的原理吧！

水平电镀和垂直电镀的方法和原理相同。它们必须有阴阳两极。通电后会发生电极反应，使电解液的主要成分电离，使带电的正离子移动到电极反应区的负相；带电负离子移动到电极反应区的正相，导致金属沉积涂层和气体排放。因为金属在阴极的沉积过程分为三个步骤：金属的水合离子扩散到阴极；第二步是当金属水合离子通过双电层时，它们逐渐脱水并吸附在阴极表面；第三步是吸附在阴极表面的金属离子接受电子并进入金属晶格。由于静电作用，该层比亥姆霍兹外层小，并且受到热运动的影响。阳离子排列不像亥姆霍兹外层那样紧密和整齐。该层称为扩散层。扩散层的厚度与镀液的流速成反比。即镀液流速越快，扩散层越薄，越厚。通常，扩散层的厚度约为5-50微米。在远离阴极的地方，通过对流到达的镀液层称为主镀液。因为溶液的对流会影响镀液浓度的均匀性。扩散层中的铜离子通过扩散和离子迁移传输到亥姆霍兹外层。主镀液中的铜离子通过对流和离子迁移被输送到阴极表面。在水平电镀过程中，镀液中的铜离子以三种方式传输到阴极附近，形成双电层。

在电埸的作用下，电镀液中的离子受静电力而引起离子输送称之谓离子迁移。其迁移的速率用公式表示如下：u=zeoE/6πrη要。其中u为离子迁移速率、z为离子的电荷数、eo为一个电子的电荷量(即1.61019C)、E为电位、r为水合离子的半径、η为电镀液的粘度。根据方程式的计算可以看出，电位E降落越大，电镀液的粘度越小，离子迁移的速率也就越快。

镀液的对流是由外部和内部机械搅拌和泵搅拌、电极本身的摆动或旋转以及由温差引起的镀液流动引起的。在靠近固体电极表面的位置，由于其摩擦阻力的影响，电镀液的流动变得越来越慢，固体电极表面的对流速度为零。从电极表面到对流槽形成的速率梯度层称为流动界面层。流动界面层的厚度约为扩散层的10倍，因此扩散层中的离子输运几乎不受对流的影响。

根据电沉积理论，在电镀过程中，阴极上的印刷电路板是一个非理想极化电极。吸附在阴极表面的铜离子获得电子并被还原为铜原子，这降低了阴极附近铜离子的浓度。因此，在阴极附近会形成铜离子浓度梯度。铜离子浓度低于主镀液的镀液是镀液的扩散层。主镀液中铜离子浓度高，会扩散到阴极附近铜离子浓度低的地方，不断补充阴极区域。印刷电路板类似于平面阴极，其电流的大小与扩散层的厚度的关系式为COTTRELL方程式：

其中I为电流、z为铜离子的电荷数、F为法拉第常数、A为阴极表面积、D为铜离子扩散系数(D=KT/6πrη)，Cb为主体镀液中铜离子浓度、Co为阴极表面铜离子的浓度、D为扩散层的厚度、K为波次曼常数(K=R/N)、T为温度、r为铜水合离子的半径、η为电镀液的粘度。当阴极表面铜离子浓度为零时，其电流称为极限扩散电流ii：

PCB电镀的关键是如何保证基板两侧和通孔内壁铜层厚度的均匀性。为了获得涂层厚度的均匀性，必须确保印制板两侧和通孔中的镀液流速应快速一致，以获得薄而均匀的扩散层。为了获得薄而均匀的扩散层，根据目前水平电镀系统的结构，虽然系统中安装了许多喷咀，但它可以将镀液快速垂直地喷射到印制板上，从而加快镀液在通孔中的流速，因此镀液流速非常快，并且在基板和通孔的上下部分形成涡流，从而使扩散层减少且更均匀。但是，一般情况下，当镀液突然流入狭窄的通孔时，通孔入口处的镀液也会出现反向回流现象。此外，由于一次电流分布的影响，由于尖端效应，入口孔处的铜层厚度过厚，通孔内壁形成狗骨状铜涂层。根据镀液在通孔内的流动状态，即涡流和回流的大小，以及导电镀通孔质量的状态分析，控制参数只能通过工艺测试方法确定，以实现印刷电路板电镀厚度的均匀性。由于涡流和回流的大小无法通过理论计算得到，因此只能采用测量过程的方法。从测量结果可知，为了控制通孔镀铜层厚度的均匀性，需要根据印刷电路板通孔的纵横比调整可控的工艺参数，甚至选择分散能力强的镀铜溶液，添加合适的添加剂，改进供电方式，即反向脉冲电流电镀，获得分布能力强的铜镀层。

从上式可看出，极限扩散电流的大小决定于主体镀液的铜离子浓度、铜离子的扩散系数及扩散层的厚度。当主体镀液中的铜离子的浓度高、铜离子的扩散系数大、扩散层的厚度薄时，极限扩散电流就越大。根据上述公式得知，要达到较高的极限电流值，就必须采取适当的工艺措施，也就是采用加温的工艺方法。因为升高温度可使扩散系数变大，增快对流速率可使其成为涡流而获得薄而又均一的扩散层。从上述理论分析，增加主体镀液中的铜离子浓度，提高电镀液的温度，以及增快对流速率等均能提高极限扩散电流，而达到加快电镀速率的目的。水平电镀基于镀液的对流速度加快而形成涡流，能有效地使扩散层的厚度降至10微米左右。故采用水平电镀系统进行电镀时，其电流密度可高达8A/dm2。

特别是随着层压板中微盲孔数量的增加，不仅应采用水平电镀系统进行电镀，还应采用超声波振动促进微盲孔中镀液的更换和循环，然后改进供电方式，利用反向脉冲电流和实际测试数据调整可控参数。

水平电镀是基于垂直电镀上发展而来的电镀法，从某个角度上说是垂直电镀的完善和延伸，所以理解水平电镀的原理非常重要，希望本文可以为您提供一些帮助！