PCB007中國(guó)線上雜志11月號(hào)——“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)展路線圖”刊登了馬赫內(nèi)托特殊陽(yáng)極(MAGNETO special anodes)工藝工程部經(jīng)理，顧志超先生編寫(xiě)的文章《鈦陽(yáng)極在PCB鍍銅制程中的應(yīng)用（下）》。

　　PCB007中國(guó)線上雜志服務(wù)于PCB、EMS和設(shè)計(jì)行業(yè)的實(shí)時(shí)在線雜志。發(fā)布超過(guò)10萬(wàn)余篇新聞報(bào)道、專業(yè)文章，并提供行業(yè)展會(huì)實(shí)時(shí)在線報(bào)道，是電子制造領(lǐng)域的行業(yè)咨詢領(lǐng)導(dǎo)者。

　　上個(gè)月刊登的“電子制造業(yè)的支柱”——《鈦陽(yáng)極在PCB鍍銅制程中的應(yīng)用（上）》里主要介紹了不溶性鈦陽(yáng)極的概念，鈦陽(yáng)極在鍍銅制程中的反應(yīng)原理，不溶性陽(yáng)極與可溶性陽(yáng)極的區(qū)別，以及鈦陽(yáng)極的優(yōu)缺點(diǎn)。本月下篇內(nèi)容里介紹了鈦陽(yáng)極的使用需求、鈦陽(yáng)極放電均勻性設(shè)計(jì)、鈦陽(yáng)極涂層的設(shè)計(jì)三個(gè)方面分析鈦陽(yáng)極的使用優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，對(duì)于鈦陽(yáng)極的使用時(shí)需要注意的地方做重點(diǎn)介紹，引發(fā)對(duì)鈦陽(yáng)極新發(fā)展方向的思考。

　　以下轉(zhuǎn)載《鈦陽(yáng)極在PCB鍍銅制程中的應(yīng)用（下）》原文內(nèi)容。

　　鈦陽(yáng)極在PCB鍍銅制程中的應(yīng)用（下）

　　前言

　　隨著時(shí)代的進(jìn)步以及對(duì)于電子產(chǎn)品日益輕薄化的要求的提高，線路板制造工藝也在不斷的進(jìn)步。近些年來(lái)，PCB鍍銅制程中，鈦陽(yáng)極也逐漸為更多人所認(rèn)識(shí)及了解。相對(duì)于傳統(tǒng)的磷銅球，其在使用過(guò)程中不斷發(fā)生溶解；而鈦陽(yáng)極在使用過(guò)程中則形狀保持穩(wěn)定，不發(fā)生溶解反應(yīng)，因此稱為不溶性陽(yáng)極，也稱為尺寸穩(wěn)定陽(yáng)極。隨著產(chǎn)品要求的提升，PCB鍍銅制程的要求也在不斷提升，鈦陽(yáng)極也漸漸展露出優(yōu)于磷銅球的優(yōu)勢(shì)，也在逐漸取代磷銅球的市場(chǎng)份額。本文將對(duì)鈦陽(yáng)極進(jìn)行概括性的介紹，并結(jié)合馬赫內(nèi)托公司在鈦陽(yáng)極研發(fā)和制造過(guò)程中幾十年的經(jīng)驗(yàn)，分上下兩篇（點(diǎn)擊此處查看上篇）對(duì)鈦陽(yáng)極的設(shè)計(jì)與使用，分享一些知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，使更多人能對(duì)鈦陽(yáng)極有進(jìn)一步深入的了解。

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　　鈦陽(yáng)極的設(shè)計(jì)

　　4.1 鈦陽(yáng)極的使用需求

　　從使用者實(shí)際需求出發(fā)，當(dāng)鍍銅制程從磷銅球切換成鈦陽(yáng)極以后，首要的需求就是能夠切實(shí)穩(wěn)定地提升電鍍均勻性，并由此帶來(lái)品質(zhì)的提升；其次要求鈦陽(yáng)極品質(zhì)穩(wěn)定，能夠達(dá)到預(yù)期的使用壽命以及在此期間穩(wěn)定的添加劑消耗量水準(zhǔn)，以保證運(yùn)行成本可控。因此，概括來(lái)說(shuō)，主要的要求有以下幾點(diǎn)：優(yōu)良的電鍍均勻性、穩(wěn)定的使用壽命、可控的添加劑消耗量水準(zhǔn)。

　　對(duì)于陽(yáng)極制造商而言，如何將客戶需求轉(zhuǎn)化為內(nèi)部對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求，這是陽(yáng)極制造商最需要研究并給予相應(yīng)支持的地方。鈦陽(yáng)極結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成：鈦基材和涂層。針對(duì)具體要求分解開(kāi)來(lái)，電鍍均勻性要求主要是由鈦基材的機(jī)械設(shè)計(jì)決定的，而另外兩個(gè)要求則與涂層的設(shè)計(jì)密切關(guān)聯(lián)。

　　4.2 鈦陽(yáng)極放電均勻性設(shè)計(jì)

　　鈦陽(yáng)極主要的機(jī)械設(shè)計(jì)由于需要與設(shè)備匹配，主要工作是由設(shè)備商完成的。面對(duì)如何優(yōu)化鈦陽(yáng)極放電均勻性的設(shè)計(jì)問(wèn)題，陽(yáng)極制造商應(yīng)當(dāng)給予相應(yīng)的建議和支持，主要可以從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。

　　i.  電阻率問(wèn)題

　　鈦陽(yáng)極放電均勻性設(shè)計(jì)，首先需要關(guān)注的點(diǎn)就是鈦材的電阻率問(wèn)題。純鈦的電阻率約為0.47 μΩ·m，接近于同等條件下純銅的30倍。使用磷銅球時(shí)，陽(yáng)極電流通過(guò)鈦籃上部引入，然后在整個(gè)陽(yáng)極內(nèi)部是通過(guò)銅球進(jìn)行傳導(dǎo)（本質(zhì)上可以認(rèn)為電流是經(jīng)過(guò)銅進(jìn)行傳導(dǎo)），因此上部和下部的導(dǎo)電性差異非常小，基本可以忽略不計(jì)。而使用鈦陽(yáng)極的話，由于鈦材的導(dǎo)電性相對(duì)較差，尤其是當(dāng)鈦陽(yáng)極工作在較高電流密度下，電流通過(guò)陽(yáng)極上部傳導(dǎo)到下部時(shí)，本身鈦材的電阻會(huì)導(dǎo)致電壓從上到下存在明顯降低。這樣會(huì)導(dǎo)致在鈦陽(yáng)極最下部，放電電流密度會(huì)顯著低于鈦陽(yáng)極最上部。

　　在進(jìn)行陽(yáng)極設(shè)計(jì)時(shí)，首要考慮的是如何減少由于鈦材的長(zhǎng)距離傳導(dǎo)導(dǎo)致電壓降問(wèn)題。主要可以通過(guò)以下兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行優(yōu)化：①降低傳導(dǎo)電阻率，使用更寬更厚的鈦材進(jìn)行電流傳導(dǎo)，或者使用鈦銅復(fù)合材料來(lái)輔助電流傳導(dǎo)；②分散電流傳導(dǎo)點(diǎn)，在陽(yáng)極表面設(shè)置多個(gè)電流傳導(dǎo)點(diǎn)，避免傳輸距離過(guò)長(zhǎng)。

　　ii. 陽(yáng)極基材類型的針對(duì)性優(yōu)化

　　目前鈦陽(yáng)極的設(shè)計(jì)中，陽(yáng)極基材類型的選用基本有兩種：一種是鈦板，另一種是鈦網(wǎng)。

　　鈦網(wǎng)是由鈦板進(jìn)行沖切拉伸而成，其主要優(yōu)點(diǎn)有兩方面，一是相對(duì)鈦板來(lái)說(shuō)可以節(jié)省鈦材用量；二是由于鈦網(wǎng)通常會(huì)做雙面涂覆，即使是不面對(duì)產(chǎn)品的背面，由于網(wǎng)狀材料是鏤空的結(jié)構(gòu)，背面涂層也可以參與放電，因此整個(gè)網(wǎng)狀陽(yáng)極的有效放電面積比鈦板要大，這樣可以降低實(shí)際陽(yáng)極工作條件的電流密度。網(wǎng)狀陽(yáng)極往往機(jī)械強(qiáng)度更差，而且對(duì)比板狀陽(yáng)極，電阻率也更高。針對(duì)上述問(wèn)題，設(shè)計(jì)合適的框架并優(yōu)化焊點(diǎn)位置，可以大大改善鈦網(wǎng)陽(yáng)極的平整性和放電均勻性問(wèn)題。

　　使用板狀陽(yáng)極最大的優(yōu)點(diǎn)在于，板狀陽(yáng)極的基材是可以重復(fù)利用的。在陽(yáng)極涂層失效以后，可以對(duì)殘余涂層剝離，并對(duì)基材表面進(jìn)行徹底清潔后，可以重新涂覆涂層，這樣今后在陽(yáng)極的應(yīng)用中，可以一定程度上節(jié)省長(zhǎng)期使用的成本（雖然一次性投入會(huì)稍大些）。另一方面，板狀陽(yáng)極基材厚度通常選擇2mm和3mm，而網(wǎng)狀陽(yáng)極一般適合由1mm鈦板拉制而成（中間還有鏤空），因此板狀陽(yáng)極的導(dǎo)電性要好于網(wǎng)狀陽(yáng)極。同時(shí)，板狀陽(yáng)極相對(duì)機(jī)械強(qiáng)度要比網(wǎng)狀陽(yáng)極更強(qiáng)，平整度會(huì)更好。但這并不意味著板狀陽(yáng)極放電均勻性一定優(yōu)于網(wǎng)狀陽(yáng)極。相比而言，板狀陽(yáng)極的整體機(jī)械設(shè)計(jì)會(huì)比網(wǎng)狀陽(yáng)極（帶框架）更為簡(jiǎn)單，但如果要適應(yīng)于更高的電鍍均勻性要求，板狀陽(yáng)極電流接入點(diǎn)的分布還是有優(yōu)化空間的。

　　當(dāng)然，關(guān)于放電均勻性的設(shè)計(jì)，不是一個(gè)三言兩語(yǔ)能完全說(shuō)清楚的問(wèn)題。此處也只是拋磚引玉，引發(fā)相關(guān)的思考。

　　iii. 氣泡對(duì)導(dǎo)電均勻性的影響

　　由于鈦陽(yáng)極在使用過(guò)程中，陽(yáng)極反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生氧氣，因此氧氣的產(chǎn)生會(huì)形成陰陽(yáng)極之間的屏蔽效應(yīng)，并對(duì)放電均勻性造成一定的影響。氧氣更多是影響于垂直電鍍線上，這主要是由于產(chǎn)生的氧氣氣泡會(huì)上浮，導(dǎo)致陽(yáng)極上部和下部累積的氧氣氣泡量形成了一定的梯度，從而造成屏蔽效果，也呈現(xiàn)了一定的梯度效應(yīng)。

　　要平衡氧氣氣泡的屏蔽作用對(duì)電鍍均勻性的影響，一方面可以改變陽(yáng)極的設(shè)計(jì)方式，采用水平式電鍍的方式，這樣就可以從根本上避免氣泡上浮造成的陽(yáng)極各部分屏蔽作用的差異（水平式電鍍的設(shè)備結(jié)構(gòu)會(huì)比垂直式更為復(fù)雜，同時(shí)也并不是所有產(chǎn)品都適應(yīng)水平式的電鍍方式）；另一方面，在垂直電鍍線上，可以通過(guò)改變陽(yáng)極導(dǎo)電性設(shè)計(jì)，以及安裝陽(yáng)極屏蔽板等多種方式來(lái)對(duì)沖其影響，從而改善由氧氣氣泡帶來(lái)的負(fù)面影響。

　　總而言之，氣泡的屏蔽效應(yīng)是設(shè)備設(shè)計(jì)中一個(gè)不能忽視的因素，尤其是對(duì)于垂直電鍍線，設(shè)備廠商可以針對(duì)這個(gè)影響因素做出相應(yīng)的考慮，特別是如果今后對(duì)于電鍍均勻性提出更高要求，任何影響電鍍均勻性的因素應(yīng)當(dāng)都需要納入考慮范圍。

　　4.3 鈦陽(yáng)極涂層的設(shè)計(jì)

　　陽(yáng)極涂層的設(shè)計(jì)工作，是陽(yáng)極制造商的核心價(jià)值體現(xiàn)。鈦陽(yáng)極是一種高度定制化的產(chǎn)品，其高度定制化不僅通過(guò)基材多變的加工形狀體現(xiàn)，更重要的是針對(duì)客戶端的需求，選取合適的涂層配方設(shè)計(jì)，以最終滿足客戶個(gè)性化需求為最終目標(biāo)。具體來(lái)說(shuō)，陽(yáng)極涂層設(shè)計(jì)通常從貴金屬含量和涂層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)兩個(gè)方面來(lái)進(jìn)行考慮。針對(duì)適用于PCB鍍銅制程的陽(yáng)極，貴金屬含量主要是指銥金屬的含量；而涂層結(jié)構(gòu)則包含了各式涂層具體原材料種類的選用、涂層配比的調(diào)整、涂層涂覆先后次序的改變等各種加工制造環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)。

　　具體涂層設(shè)計(jì)的思路又是如何呢？

　　首先，陽(yáng)極涂層的設(shè)計(jì)需要與具體的電鍍條件相適配。PCB鍍銅條件有直流電鍍和反向脈沖電鍍之分，而兩種鍍銅條件相適配的涂層設(shè)計(jì)是完全不同的。如果選用了錯(cuò)誤的涂層設(shè)計(jì)，不僅無(wú)法滿足電鍍產(chǎn)品最終的要求，陽(yáng)極的壽命和表現(xiàn)也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題。

　　其次，陽(yáng)極涂層如何達(dá)到壽命要求，主要依靠實(shí)際使用條件，以及客戶預(yù)期壽命要求等具體情況綜合考慮。決定貴金屬含量多少，不只是根據(jù)陽(yáng)極過(guò)電量多少進(jìn)行簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)化，還需要根據(jù)使用條件，例如藥水中有機(jī)物含量的多少，是否具有嚴(yán)重影響陽(yáng)極壽命的物質(zhì)存在（例如氟），設(shè)備是否具有設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致的陽(yáng)極無(wú)法正常工作等多種因素確定。同時(shí)，如果對(duì)涂層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，也能在一定程度上降低貴金屬消耗率。因此選擇適合的涂層設(shè)計(jì)方案比簡(jiǎn)單規(guī)定貴金屬含量更為符合實(shí)際和更為重要。

　　再次，針對(duì)添加劑消耗量的控制要求，這是陽(yáng)極涂層設(shè)計(jì)最為核心的部分。簡(jiǎn)單而言，控制添加劑消耗量，需要對(duì)具有高度催化活性的涂層進(jìn)行一定的屏蔽，使其減少對(duì)添加劑的直接接觸機(jī)會(huì)。通常，我們將這類特殊的涂層稱之為隔離涂層（barrier coating）。同時(shí)，針對(duì)各廠商的添加劑，以及添加劑性質(zhì)的不同，我們也需要對(duì)涂層設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和適配。通過(guò)改變涂層性質(zhì)（例如表面粗糙度、表面能、電荷性質(zhì)等），可以針對(duì)某些添加劑做出針對(duì)性吸附或排斥，從而一定程度上調(diào)整某些添加劑的消耗量水準(zhǔn)?？偠灾?，涂層的設(shè)計(jì)真正體現(xiàn)了陽(yáng)極高度定制化以及廠商核心專業(yè)能力和競(jìng)爭(zhēng)力。

　　下表展示了陽(yáng)極設(shè)計(jì)的主要思考點(diǎn)和相關(guān)性，僅供參考

　　表4.1 陽(yáng)極涂層設(shè)計(jì)相關(guān)性一覽表

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　　鈦陽(yáng)極的使用經(jīng)驗(yàn)

　　鈦陽(yáng)極雖然設(shè)計(jì)上存在許多特殊性以及高度的定制化的問(wèn)題，但是實(shí)際使用起來(lái)卻相對(duì)比較簡(jiǎn)單。本文會(huì)著重講述和分析三個(gè)不為廣大最終使用者熟悉并了解，或者容易被忽視的問(wèn)題，以大家更好的理解并使用鈦陽(yáng)極。

　　5.1 關(guān)于添加劑消耗量的問(wèn)題

　　使用鈦陽(yáng)極，首先需要對(duì)添加劑消耗量水準(zhǔn)做出一定的心理準(zhǔn)備，因?yàn)椴还苋绾蝺?yōu)化鈦陽(yáng)極，其消耗量水準(zhǔn)是無(wú)法低至磷銅球的消耗水準(zhǔn)的。下圖展示了不同種類陽(yáng)極的添加劑（光亮劑）消耗量水準(zhǔn)比較（以磷銅球的添加劑作為基準(zhǔn)統(tǒng)一進(jìn)行比較）。

　　圖5.1 光亮劑消耗水準(zhǔn)比較

　　i. 添加劑消耗量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

　　鍍銅添加劑都是有機(jī)添加劑，按照功能基本可以分為三種：光亮劑、整平劑、載劑（或者也叫抑制劑）。其中，光亮劑通常為小分子的含硫有機(jī)物，以聚二硫丙基磺酸（SPS）為代表；整平劑通常為含氮陽(yáng)離子表面活性劑，一般為季銨鹽類或雜環(huán)類表面活性劑；載劑多為聚醚類物質(zhì)，較為常見(jiàn)的是聚乙二醇（PEG）。在這三種物質(zhì)中，以光亮劑單體分子量最小，因此，也更容易被鈦陽(yáng)極分解。

　　以杰希優(yōu)VL系列填孔藥水作為基本參照：使用表現(xiàn)較好的低耗量涂層鈦陽(yáng)極，在正常的設(shè)備狀況以及運(yùn)行條件下，光亮劑的消耗量正常水平通常在100~200 mL/KAH，而整平劑和載劑的消耗率水平通常50~100 mL/KAH。當(dāng)然上述的數(shù)據(jù)只是作為一般的參考范圍，根據(jù)電鍍?cè)O(shè)備的設(shè)計(jì)差異，以及陽(yáng)極制造水準(zhǔn)的差異，或者終端客戶使用和維護(hù)水平，鍍銅添加劑的消耗量水準(zhǔn)還是存在一定的變化。但是，與磷銅球相比，即使是表現(xiàn)最好的鈦陽(yáng)極，其消耗量水準(zhǔn)（尤其是光亮劑）還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磷銅球的，大約至少是2~3倍的消耗量水準(zhǔn)（以同一款添加劑進(jìn)行比較）。通常而言，添加劑供應(yīng)商會(huì)針對(duì)不溶性陽(yáng)極推出特定的添加劑，并對(duì)不溶性陽(yáng)極的添加劑有效成分進(jìn)行一定的優(yōu)化，以保證其適合不溶性陽(yáng)極的使用，以及將運(yùn)行成本控制在合理范圍內(nèi)。

　　ii. 添加劑消耗原理

　　從鈦陽(yáng)極工作時(shí)的反應(yīng)原理來(lái)看，在電鍍反應(yīng)發(fā)生時(shí)，鈦陽(yáng)極是通過(guò)鈦基材進(jìn)行導(dǎo)電，然后通過(guò)涂覆在鈦基材表面的貴金屬涂層最終進(jìn)行反應(yīng)。在這個(gè)過(guò)程中，貴金屬涂層本質(zhì)上是催化劑。而貴金屬涂層在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，具有很強(qiáng)的電化學(xué)活性。因此，電鍍液中的添加劑在接觸到貴金屬涂層表面時(shí)，也就很容易被貴金屬涂層分解。

　　同時(shí)，另一方面，由于鈦陽(yáng)極在反應(yīng)過(guò)程中的陽(yáng)極反應(yīng)，是一個(gè)電解水的反應(yīng)，前面也介紹過(guò)，在這個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，一些具有強(qiáng)氧化性的中間產(chǎn)物，雖然存在時(shí)間較短，但也會(huì)導(dǎo)致鍍液中一部分有機(jī)物的分解。

　　以上兩個(gè)主要原因比較，主要還是添加劑直接接觸分解占主導(dǎo)地位。這也就為陽(yáng)極涂層優(yōu)化提供了指引方向，即前文提到的制作隔離涂層的方法。

　　具體到不同添加劑組分消耗量水準(zhǔn)差異的問(wèn)題上來(lái)，光亮劑一方面分子量較小，同時(shí)其在水溶液中通常會(huì)電離并以帶有磺酸根的狀態(tài)存在（以SPS為例）。這樣，光亮劑分子就更容易吸附到陽(yáng)極表面，從而造成較為大量的分解。

　　相反的，整平劑由于是陽(yáng)離子型表面活性劑，在鍍液中往往是以帶正電的形式存在，因而也就很大程度上避免了向陽(yáng)極表面遷移或吸附造成大量分解。而載劑由于分子量巨大，通常不是很容易被陽(yáng)極完全分解。同時(shí)，載劑如果只是局部斷裂發(fā)生，剩余的仍然可以起作用，因而消耗量水準(zhǔn)也會(huì)相對(duì)較低。

　　通過(guò)各種添加劑特性的分析，也就可以為陽(yáng)極涂層提供針對(duì)性的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方向。

　　iii. 消耗量異常波動(dòng)的原因

　　在陽(yáng)極正常使用過(guò)程中，陽(yáng)極結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，雖然涂層在使用過(guò)程中會(huì)有一定程度的耗損，但是整個(gè)過(guò)程相對(duì)比較緩慢。由于陽(yáng)極涂層正常衰減和劣化造成的添加劑消耗量的波動(dòng)，通常需要以月為單位來(lái)統(tǒng)計(jì)才能表現(xiàn)出來(lái)。因此，添加劑在幾天內(nèi)發(fā)生劇烈變化的情形，很大程度上是由于其他原因造成的。

　　當(dāng)出現(xiàn)添加劑消耗量異常狀況時(shí)，首先可以判斷異常狀況是突然出現(xiàn)的還是持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間惡化的。如果是突然惡化的，很大概率是由鍍液受到污染所致。此時(shí)可以進(jìn)行鍍液靜置測(cè)試，來(lái)甄別藥水中是否有氧化性物質(zhì)對(duì)添加劑造成分解。可將藥水取樣后密封靜置24小時(shí)，測(cè)試添加劑前后濃度變化，來(lái)進(jìn)行判斷。通常在沒(méi)有污染物的情況下，前后濃度是非常接近的。在我們經(jīng)歷過(guò)的案例中，有因?yàn)樘砑拥牧蛩嶂谢烊腚p氧水造成的，有微蝕液混入電鍍槽造成，也有氧化銅粉中因?yàn)橄跛岣幕烊朐斐傻摹鹊榷喾矫嬖?。這些都是可借鑒的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，可以通過(guò)鍍液靜置測(cè)試甄別出來(lái)。

　　當(dāng)然，如果上述問(wèn)題已經(jīng)排除，可以將目光轉(zhuǎn)向陽(yáng)極本身。此時(shí)可以觀察陽(yáng)極涂層狀況：例如涂層顏色是否均一、涂層黏附性是否良好等。當(dāng)然，向?qū)I(yè)的陽(yáng)極供應(yīng)商尋求幫助也能更好提供專業(yè)性建議。

　　5.2 陰極化問(wèn)題

　　i. 陰極化問(wèn)題的定義

　　所謂陰極化問(wèn)題，這是指陽(yáng)極在使用過(guò)程中，由于受到相鄰的陽(yáng)極影響，導(dǎo)致陽(yáng)極無(wú)法正常發(fā)生陽(yáng)極反應(yīng)，轉(zhuǎn)而發(fā)生陰極反應(yīng)的問(wèn)題（通常發(fā)生在陽(yáng)極邊緣位置）。發(fā)生陰極化問(wèn)題的根本原因在于相鄰陽(yáng)極間存在較高電壓差。

　　圖5.2 陰極化問(wèn)題示意圖

　　陰極化問(wèn)題通常出現(xiàn)在連續(xù)線上，也并不只是在PCB鍍銅設(shè)備中產(chǎn)生。主要原因有以下一些可能性：不合適的電流設(shè)定（產(chǎn)品需要梯度設(shè)定電流，而相鄰電流差異較大造成的電壓較大差異）、整流器老化或損壞、缺乏屏蔽等。

　　陽(yáng)極出現(xiàn)陰極化以后，并不是說(shuō)這個(gè)陽(yáng)極會(huì)一直處于陰極反應(yīng)。這是由于當(dāng)陽(yáng)極出現(xiàn)陰極化以后，銅離子會(huì)沉積到陽(yáng)極表面，從而使陽(yáng)極表面鍍上薄薄一層銅。此時(shí)，當(dāng)電流通過(guò)鈦陽(yáng)極傳導(dǎo)到陽(yáng)極表面時(shí)，會(huì)使這部分陽(yáng)極表面的銅發(fā)生溶解（原因在于此情況下，鈦陽(yáng)極相當(dāng)于在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄躁?yáng)極）。在陽(yáng)極發(fā)生陰極化作用時(shí)，這種實(shí)際的陰極化的反應(yīng)處于周期性發(fā)生的狀態(tài)。這樣，就導(dǎo)致了陽(yáng)極狀態(tài)一直在陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)中來(lái)回切換。由于陽(yáng)極涂層的設(shè)計(jì)是針對(duì)陽(yáng)極反應(yīng)的，因此正常產(chǎn)品的陽(yáng)極涂層是無(wú)法應(yīng)對(duì)陰極化反應(yīng)的。出現(xiàn)陰極化問(wèn)題會(huì)顯著降低陽(yáng)極壽命。

　　ii. 陰極化問(wèn)題的危害

　　陽(yáng)極陰極化會(huì)對(duì)陽(yáng)極的壽命會(huì)造成極大的損害，主要原因在于，陽(yáng)極涂層的設(shè)計(jì)是針對(duì)陽(yáng)極反應(yīng)的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化的。由于陽(yáng)極發(fā)生陰極化以后，會(huì)造成陽(yáng)極端出現(xiàn)陰極反應(yīng)。陰極反應(yīng)不僅會(huì)發(fā)生銅沉積反應(yīng)，同時(shí)也會(huì)一定程度發(fā)生析氫反應(yīng)。鈦陽(yáng)極之所以能在各種環(huán)境下保持化學(xué)穩(wěn)定性，其中一個(gè)非常重要的原因在于，鈦材表面形成的致密的氧化層（氧化鈦）。發(fā)生陰極反應(yīng)則會(huì)導(dǎo)致基材表面氧化鈦轉(zhuǎn)變?yōu)闅浠?。氫化鈦并不穩(wěn)定，一方面容易從表面剝落，另一方面，即使后續(xù)重新轉(zhuǎn)化為氧化鈦，也將不再是原先致密的氧化膜。由于陰極反應(yīng)的影響，鈦陽(yáng)極涂層會(huì)輕易從基材處發(fā)生脫落，導(dǎo)致鈦陽(yáng)極提前失效。

　　由于陽(yáng)極涂層部分提前失效，就會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極放電均勻性出現(xiàn)異常，從而會(huì)對(duì)產(chǎn)品電鍍均勻性造成重大影響。

　　5.3 鈦陽(yáng)極的維護(hù)保養(yǎng)

　　關(guān)于鈦陽(yáng)極維護(hù)方面，前面也提到鈦陽(yáng)極基本具有免維護(hù)的屬性，即如果連續(xù)使用，就基本不需要定期清理。反而是長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)需要引起重視。設(shè)備一旦長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，需要對(duì)鈦陽(yáng)極表面進(jìn)行清潔，通常只需使用純水將表面殘留的電鍍液清洗干凈。

　　清洗的關(guān)鍵在于將鈦陽(yáng)極表面硫酸和硫酸銅兩種物質(zhì)清理干凈。這是因?yàn)殡婂円褐辛蛩釙?huì)附著在鈦陽(yáng)極涂層表面，并隨著蒸發(fā)，硫酸濃度會(huì)顯著提高，導(dǎo)致了硫酸腐蝕性的增強(qiáng)。同時(shí)，殘留在鈦陽(yáng)極表面的硫酸銅也會(huì)結(jié)晶析出。電鍍液中的硫酸銅，會(huì)深入鈦陽(yáng)極表面涂層的微孔中，并在結(jié)晶析出，從而對(duì)涂層結(jié)構(gòu)造成一定的破壞作用。

　　另一個(gè)需要提醒的問(wèn)題是，在設(shè)備投入使用前或者大保養(yǎng)時(shí)，避免使用強(qiáng)堿溶液對(duì)鈦陽(yáng)極進(jìn)行清洗。強(qiáng)堿溶液不僅對(duì)涂層也會(huì)對(duì)鈦基材具有一定的腐蝕作用，容易造成涂層的剝落，導(dǎo)致鈦陽(yáng)極壽命的提前失效。

　　鈦陽(yáng)極新的發(fā)展和展望

　　6.1 高電流密度填孔電鍍的應(yīng)用

　　使用不溶性鈦陽(yáng)極，可以提升電鍍的電流密度，從而增加電鍍?cè)O(shè)備的產(chǎn)能，這只是鈦陽(yáng)極具備生產(chǎn)效率的前提條件。但是，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)要真正落地，需要設(shè)備設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的電鍍添加劑的配合。原先由于電鍍添加劑的限制，使用鈦陽(yáng)極并沒(méi)有能真正提升很多填孔制程的電流密度（高電流密度無(wú)法完成填孔），因此鈦陽(yáng)極并沒(méi)有真正在提高生產(chǎn)效率上與磷銅球拉開(kāi)差距。最近二三年來(lái)，隨著高電流密度填孔藥水的成熟和推廣，可以將填孔電流密度提升2~3倍（從原先不超過(guò)2 ASD提升到5~6 ASD）。

　　針對(duì)高速填孔電鍍的需求，鈦陽(yáng)極的涂層設(shè)計(jì)上也需要進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，主要針對(duì)兩方面：一方面是需要設(shè)計(jì)出適應(yīng)這種新型電鍍添加劑的涂層，使電鍍添加劑的消耗量維持在合理水平（由于新的電鍍條件使用了更高的電流密度和更高的藥水溫度，使電鍍添加劑尤其是光亮劑的消耗量水準(zhǔn)有了顯著的增加，這就需要陽(yáng)極本身對(duì)于電鍍添加劑的消耗量水準(zhǔn)需要進(jìn)行一定的削減以平衡電鍍成本）；另一方面，更高的電流密度導(dǎo)致涂層壽命的縮短，這就需要對(duì)涂層設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，使涂層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并延長(zhǎng)涂層的使用壽命。

　　6.2 析氧脈沖電鍍的應(yīng)用

　　反向脈沖電鍍技術(shù)，是PCB鍍銅制程中針對(duì)高縱橫比通孔獲得良好貫通能力的最主要手段。自上世紀(jì)90年代安美特開(kāi)發(fā)出一整套水平脈沖電鍍流程并申請(qǐng)專利以來(lái)，受限于專利保護(hù)，其他公司無(wú)法應(yīng)用這套電鍍技術(shù)。在這個(gè)水平脈沖電鍍工藝中，電鍍液中添加了一定量的鐵離子以后，巧妙地將陽(yáng)極反應(yīng)由電解水的析氧反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)閬嗚F（II價(jià)）離子氧化為鐵（III價(jià)）離子的反應(yīng)。針對(duì)鐵離子體系，適用于反向脈沖電鍍條件的鈦陽(yáng)極，大規(guī)模投入使用已超過(guò)十年時(shí)間。然而，正是由于大量鐵離子的存在，導(dǎo)致了最終鍍銅層外觀的光亮度不足，一定程度上影響了產(chǎn)品的外觀，因此最近三四年，不含鐵離子的析氧反向脈沖的需求重新浮出水面。

　　析氧反向脈沖應(yīng)用對(duì)于陽(yáng)極的設(shè)計(jì)提出了非常高的要求，主要體現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：鈦陽(yáng)極涂層必須適用于反向脈沖電鍍條件，達(dá)到一定的使用壽命；鈦陽(yáng)極涂層必須能在析氧反應(yīng)條件下做到對(duì)添加劑消耗量的削減和控制，維持合理的電鍍成本。由于這兩個(gè)要求在涂層設(shè)計(jì)上是兩個(gè)完全不同的方向，如何對(duì)鈦陽(yáng)極涂層進(jìn)行設(shè)計(jì)是非常大的挑戰(zhàn)。

　　大約3年前，我司在市場(chǎng)上開(kāi)始進(jìn)行小規(guī)模的測(cè)試和驗(yàn)證。從最近一年的反饋結(jié)果看，推出的適用于析氧反向脈沖的鈦陽(yáng)極，已經(jīng)可以做到運(yùn)行成本（添加劑消耗量）和陽(yáng)極使用壽命的平衡。同時(shí)，析氧脈沖電鍍的應(yīng)用市場(chǎng)正一步步被打開(kāi)，在今后幾年中，有望逐漸提升市場(chǎng)占比并取代部分水平脈沖電鍍的市場(chǎng)份額。

　　總結(jié)

　　總而言之，隨著PCB產(chǎn)品要求的提升，以及PCB鍍銅制程要求的提升，鈦陽(yáng)極憑借其優(yōu)秀的性能，將會(huì)逐漸取代磷銅球在PCB鍍銅制程中的地位。同時(shí)一些新應(yīng)用的出現(xiàn)，也對(duì)鈦陽(yáng)極的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)提出了新要求。這對(duì)于鈦陽(yáng)極的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，既是機(jī)遇，也是挑戰(zhàn)。

　　對(duì)于陽(yáng)極制造商而言，應(yīng)當(dāng)砥礪前行，迅速應(yīng)對(duì)市場(chǎng)多變的需求，把完善的產(chǎn)品推出市場(chǎng)，響應(yīng)終端客戶以及設(shè)備商、藥水商的需求，為PCB事業(yè)盡一份綿薄之力。