Στοδιαδικασία κατασκευής pcb, η τεχνολογία οπών χαλκού είναι ένας βασικός κρίκος για την επίτευξη ηλεκτρικών συνδέσεων μεταξύ διαφορετικών στρωμάτων της πλακέτας κυκλώματος. Παρακάτω, θα εμβαθύνουμε στη σχετική γνώση των χάλκινων οπών σε πλακέτες κυκλωμάτων, συμπεριλαμβανομένου του ορισμού και της λειτουργίας τους, της διαδικασίας, καθώς και κοινών προβλημάτων και λύσεων.
Ορισμός και λειτουργία των οπών βύθισης χαλκού
Οι χάλκινες οπές, γνωστές και ως μεταλλοποιημένες οπές, αναφέρονται σε οπές σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων πολλαπλών-στρώσεων όπου ένα λεπτό στρώμα χαλκού εναποτίθεται στα τοιχώματα των οπών μεταξύ του επάνω και του κάτω στρώματος μέσω μιας συγκεκριμένης διαδικασίας, συνδέοντας έτσι διαφορετικά στρώματα της πλακέτας τυπωμένου κυκλώματος μεταξύ τους. Σκοπός του είναι να δημιουργήσει αξιόπιστες ηλεκτρικές συνδέσεις μεταξύ διαφορετικών αγώγιμων στρωμάτων της πλακέτας κυκλώματος, διασφαλίζοντας ακριβή και γρήγορη μετάδοση ηλεκτρονικών σημάτων μεταξύ των διαφόρων εξαρτημάτων. Σε πολύπλοκες ηλεκτρονικές συσκευές, ένας μεγάλος αριθμός ηλεκτρονικών εξαρτημάτων πρέπει να συνδεθεί και να συνεργαστεί μέσω πλακέτας κυκλωμάτων. Η παρουσία οπών με επένδυση χαλκού επιτρέπει την καλωδίωση υψηλής-πυκνότητας σε πλακέτες κυκλωμάτων, βελτιώνοντας σημαντικά την ενσωμάτωση και την απόδοση των ηλεκτρονικών συσκευών.
Η διαδικασία βύθισης της τρύπας χαλκού
Η διαδικασία κατασκευής των επιμεταλλωμένων οπών είναι σχετικά πολύπλοκη, περιλαμβάνει πολλαπλά στάδια, καθένα από τα οποία έχει σημαντικό αντίκτυπο στην τελική ποιότητα της επιμετάλλωσης χαλκού. Ακολουθεί η γενική διαδικασία βύθισης της οπής χαλκού:
Αλκαλική απολίπανση: Αυτό είναι το πρώτο βήμα στη διαδικασία βύθισης της οπής χαλκού, η οποία αφαιρεί λεκέδες από λάδι, δακτυλικά αποτυπώματα, οξείδια και σκόνη μέσα στις οπές στην επιφάνεια της πλάκας. Ταυτόχρονα, η πολικότητα του υποστρώματος του τοιχώματος των πόρων προσαρμόζεται για να αλλάξει το τοίχωμα των πόρων από αρνητικό σε θετικό φορτίο, γεγονός που διευκολύνει την προσρόφηση του κολλοειδούς παλλαδίου σε επόμενες διεργασίες. Γενικά, χρησιμοποιείται ένα αλκαλικό σύστημα αφαίρεσης λαδιού, με θερμοκρασία λειτουργίας συνήθως μεταξύ 60-80 μοιρών. Η συγκέντρωση του διαλύματος της δεξαμενής διατηρείται στο 4-6%, και ο χρόνος αφαίρεσης λαδιού ελέγχεται περίπου στα 6 λεπτά. Η αποτελεσματικότητα της αφαίρεσης λαδιού επηρεάζει άμεσα την επίδραση οπίσθιου φωτισμού της εναπόθεσης χαλκού. Εάν η αφαίρεση του λαδιού δεν είναι επιμελής, μπορεί να οδηγήσει σε κακή πρόσφυση μεταξύ του στρώματος εναπόθεσης χαλκού και του υποστρώματος, με αποτέλεσμα να ξεφλουδίζει και να αφρίζει.
Κύρια μικροεγχάραξη (τράχυνση): Ο σκοπός της μικροεγχάραξης είναι η αφαίρεση οξειδίων από την επιφάνεια της σανίδας και η τραχύτητα της για να εξασφαλιστεί καλή πρόσφυση μεταξύ του επόμενου στρώματος εναπόθεσης χαλκού και του χαλκού βάσης του υποστρώματος. Η πρόσφατα παραγόμενη επιφάνεια χαλκού έχει ισχυρή δραστηριότητα και μπορεί να προσροφήσει καλύτερα το κολλοειδές παλλάδιο. Τα ευρέως χρησιμοποιούμενα μέσα τραχύτητας στην αγορά περιλαμβάνουν επί του παρόντος το σύστημα υπεροξειδίου του υδρογόνου θειικού οξέος και το σύστημα υπερθειικών. Το σύστημα υπεροξειδίου του υδρογόνου θειικού οξέος έχει υψηλή διαλυτότητα χαλκού (έως 50 g/l), καλή δυνατότητα πλύσης στο νερό, εύκολη επεξεργασία λυμάτων, χαμηλό κόστος και δυνατότητα ανακύκλωσης. Ωστόσο, έχει μειονεκτήματα όπως ανομοιόμορφη τραχύτητα επιφάνειας, κακή σταθερότητα δεξαμενής, εύκολη αποσύνθεση του υπεροξειδίου του υδρογόνου και έντονη ατμοσφαιρική ρύπανση. Το σύστημα υπερθειικών (συμπεριλαμβανομένου του υπερθειικού νατρίου και του υπερθειικού αμμωνίου) έχει καλή σταθερότητα στο διάλυμα της δεξαμενής, ομοιόμορφη τραχύτητα της επιφάνειας της πλάκας, αλλά μικρή ποσότητα διαλυμένου χαλκού (25 g/l), εύκολη κρυστάλλωση και καθίζηση θειικού χαλκού, ελαφρώς κακή πλύση νερού και υψηλό κόστος. Επιπλέον, υπάρχει ο νέος παράγοντας μικροχαρακτικής της DuPont, μονουπερθειικό κάλιο, το οποίο έχει καλή σταθερότητα στη δεξαμενή, ομοιόμορφη τραχύτητα της επιφάνειας, σταθερό ρυθμό τραχύτητας και δεν επηρεάζεται από την περιεκτικότητα σε χαλκό. Είναι εύκολο στη χρήση και κατάλληλο για λεπτές γραμμές, μικρές αποστάσεις, πλάκες υψηλής-συχνότητας, κ.λπ. Ο χρόνος μικροεγχάραξης ελέγχεται γενικά σε περίπου 1-2 λεπτά. Εάν ο χρόνος είναι πολύ μικρός, η επίδραση της τραχύτητας μπορεί να είναι κακή, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε ανεπαρκή πρόσφυση του στρώματος χαλκού μετά την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση χαλκού. Η υπερβολική τραχύτητα μπορεί να διαβρώσει το χάλκινο υπόστρωμα στο άνοιγμα της οπής, με αποτέλεσμα να εκτεθεί το υπόστρωμα στο άνοιγμα της οπής και να προκαλέσει θραύσματα.
Προ-εμποτισμός/ενεργοποίηση: Ο κύριος σκοπός του προεμποτισμού είναι η προστασία της δεξαμενής παλλαδίου από μόλυνση από το διάλυμα δεξαμενής προ{0}επεξεργασίας και η παράταση της διάρκειας ζωής της δεξαμενής παλλαδίου. Τα κύρια συστατικά του διαλύματος προεμβύθισης, εκτός από το χλωριούχο παλλάδιο, είναι σύμφωνα με αυτά της δεξαμενής παλλαδίου. Μπορεί να διαβρέξει αποτελεσματικά το τοίχωμα των πόρων, καθιστώντας ευκολότερο για το επόμενο διάλυμα ενεργοποίησης να εισέλθει στον πόρο εγκαίρως για ενεργοποίηση. Το ειδικό βάρος του διαλύματος προ εμποτισμού διατηρείται γενικά περίπου στους 18 βαθμούς Φαρενάιτ. Ο σκοπός της ενεργοποίησης είναι να επιτρέψει στα θετικά φορτισμένα τοιχώματα των πόρων μετά την προσαρμογή της πολικότητας αφαίρεσης αλκαλικού λαδιού να προσροφήσουν αποτελεσματικά αρκετά αρνητικά φορτισμένα κολλοειδή σωματίδια παλλαδίου, διασφαλίζοντας την ομοιομορφία, τη συνέχεια και την πυκνότητα της επακόλουθης εναπόθεσης χαλκού. Το χλωριούχο παλλάδιο στο διάλυμα ενεργοποίησης υπάρχει σε κολλοειδή μορφή. Προκειμένου να αποτραπεί η ζελατινοποίηση του κολλοειδούς παλλαδίου, είναι απαραίτητο να εξασφαλιστεί επαρκής ποσότητα ιόντων κασσιτέρου και ιόντων χλωρίου, να διατηρηθεί επαρκές ειδικό βάρος (γενικά πάνω από 18 βαθμούς Baume) και να έχουμε επαρκή οξύτητα (κατάλληλη ποσότητα υδροχλωρικού οξέος) για να αποτρέψουμε την καθίζηση του κασσιτέρου. Η θερμοκρασία δεν πρέπει να είναι πολύ υψηλή, συνήθως σε θερμοκρασία δωματίου ή κάτω από 35 βαθμούς. Ο χρόνος ενεργοποίησης είναι γενικά περίπου 7 λεπτά και η ένταση ενεργοποίησης ελέγχεται περίπου στο 30%.
Αποζελατινοποίηση: Η λειτουργία της αποζελατινοποίησης είναι να αφαιρεί αποτελεσματικά τα ιόντα κασσιτέρου που περιβάλλουν τα κολλοειδή σωματίδια παλλαδίου, εκθέτοντας τους πυρήνες του παλλαδίου στα κολλοειδή σωματίδια, επιτρέποντας έτσι την άμεση και αποτελεσματική κατάλυση της αντίδρασης χημικής εναπόθεσης χαλκού. Λόγω του ότι ο κασσίτερος είναι αμφοτερικό στοιχείο, τα άλατά του είναι διαλυτά τόσο σε οξέα όσο και σε βάσεις, καθιστώντας τόσο τα οξέα όσο και τις βάσεις αποτελεσματικά ως πηκτωματοποιητές. Ωστόσο, τα αλκάλια είναι πιο ευαίσθητα στην ποιότητα του νερού και μπορούν εύκολα να παράγουν ιζήματα ή αιωρούμενα στερεά, τα οποία μπορούν εύκολα να προκαλέσουν σπάσιμο των οπών χαλκού. Το υδροχλωρικό οξύ και το θειικό οξύ είναι ισχυρά οξέα, τα οποία δεν είναι μόνο επιζήμια για την παραγωγή πολυστρωματικών σανίδων (καθώς τα ισχυρά οξέα μπορούν να επιτεθούν στο εσωτερικό στρώμα μαύρου οξειδίου), αλλά επίσης επιρρεπή σε υπερβολική ζελατινοποίηση, προκαλώντας τη διάσπαση των κολλοειδών σωματιδίων παλλαδίου από την επιφάνεια του τοιχώματος των πόρων. Το φθοροβορικό οξύ χρησιμοποιείται γενικά ως ο κύριος παράγοντας αποκόλλησης. Λόγω της ασθενούς οξύτητάς του, γενικά δεν προκαλεί υπερβολική αποκόλληση και τα πειράματα έχουν δείξει ότι όταν χρησιμοποιείται φθοροβορικό οξύ ως παράγοντας αποκόλλησης, η ισχύς σύνδεσης, το εφέ οπίσθιου φωτισμού και η πυκνότητα της εναποτιθέμενης στρώσης χαλκού βελτιώνονται σημαντικά. Η συγκέντρωση του διαλύματος κόλλας ελέγχεται γενικά στο 10% περίπου και ο χρόνος ελέγχεται περίπου στα 5 λεπτά. Πρέπει να δίνεται προσοχή στον έλεγχο της θερμοκρασίας το χειμώνα.
Εναπόθεση χαλκού: Αυτό είναι το βασικό βήμα της διαδικασίας εναπόθεσης χαλκού, η οποία προκαλεί μια αυτοκαταλυτική αντίδραση χημικής εναπόθεσης χαλκού μέσω της ενεργοποίησης των πυρήνων του παλλαδίου. Χρησιμοποιώντας την αναγωγιμότητα της φορμαλδεΰδης υπό αλκαλικές συνθήκες για τη μείωση συμπλοκοποιημένων διαλυτών αλάτων χαλκού, ο πρόσφατα παραγόμενος χημικός χαλκός και το υποπροϊόν της αντίδρασης υδρογόνο μπορούν να χρησιμεύσουν ως καταλύτες αντίδρασης για να διεξάγουν συνεχώς την αντίδραση εναπόθεσης χαλκού, εναποθέτοντας έτσι ένα στρώμα χημικού χαλκού στην επιφάνεια της πλάκας ή στο τοίχωμα των πόρων. Το διάλυμα της δεξαμενής θα πρέπει να διατηρεί κανονική ανάδευση του αέρα για να οξειδωθούν τα ιόντα χαλκού και η σκόνη χαλκού στο διάλυμα της δεξαμενής, μετατρέποντάς τα σε διαλυτό δισθενή χαλκό. Κατά τη διαδικασία εναπόθεσης χαλκού, είναι απαραίτητο να εξισορροπηθεί η προσθήκη του διαλύματος Α και του διαλύματος Β. Το διάλυμα Α συμπληρώνει κυρίως χαλκό και φορμαλδεΰδη, ενώ το διάλυμα Β συμπληρώνει κυρίως υδροξείδιο του νατρίου. Ο χάλκινος νεροχύτης γενικά διατηρείται με υπερχείλιση ή περιοδική απομάκρυνση ορισμένων υγρών αποβλήτων και έγκαιρη αναπλήρωση νέου υγρού. Η ποσότητα προσθήκης είναι γενικά περίπου 1 λίτρο υγρού ΑΒ ανά 6-10 τετραγωνικά μέτρα. Ταυτόχρονα, ο χάλκινος νεροχύτης θα πρέπει να διατηρεί συνεχή ανάδευση αέρα και συνιστάται η εγκατάσταση ενός συστήματος φιλτραρίσματος, χρησιμοποιώντας ένα στοιχείο φίλτρου PP 10um, και η έγκαιρη αντικατάσταση του στοιχείου φίλτρου κάθε εβδομάδα. Επιπλέον, είναι απαραίτητο να καθαρίζετε τακτικά τα ιζήματα χαλκού στη δεξαμενή καθίζησης χαλκού για να διασφαλίζεται η σταθερότητα του διαλύματος της δεξαμενής.
Συνήθη προβλήματα και λύσεις για χάλκινες οπές βύθισης
Κατά τη διαδικασία παραγωγής των επιμεταλλωμένων οπών με χαλκό, ενδέχεται να υπάρχουν ορισμένα ποιοτικά ζητήματα που επηρεάζουν την απόδοση και την αξιοπιστία των πλακών τυπωμένων κυκλωμάτων. Ακολουθούν ορισμένα κοινά προβλήματα και λύσεις:
Κακή πρόσφυση του στρώματος εναπόθεσης χαλκού: Πιθανοί λόγοι περιλαμβάνουν ατελή αφαίρεση λαδιού, ανεπαρκή ή υπερβολική μικροδιάβρωση, κακή επίδραση ενεργοποίησης, ακατάλληλη αποκόλληση κ.λπ. Προσαρμόστε εύλογα τον χρόνο και τις παραμέτρους μικροεγχάραξης για να εξασφαλίσετε το αποτέλεσμα χονδροποίησης. Ελέγξτε αυστηρά τις συνθήκες ενεργοποίησης για να εξασφαλίσετε επαρκή απορρόφηση του κολλοειδούς παλλαδίου. Βελτιστοποιήστε τη διαδικασία αποκόλλησης για να αποφύγετε την υπερβολική ή ανεπαρκή αποκόλληση.
Κενά τοιχώματος οπών ή οπές καρφίτσας: μπορεί να προκληθούν από αργό ρυθμό εναπόθεσης χαλκού, ανομοιόμορφη σύνθεση του διαλύματος της δεξαμενής, ανεπαρκή ανάδευση αέρα και άλλους λόγους. Ο ρυθμός εναπόθεσης χαλκού μπορεί να βελτιωθεί προσαρμόζοντας τις παραμέτρους της διαδικασίας εναπόθεσης χαλκού. Ενισχύστε την ανάδευση και τη διήθηση του διαλύματος της δεξαμενής για να εξασφαλίσετε ομοιόμορφη σύνθεση του διαλύματος της δεξαμενής. Συντηρείτε και καθαρίζετε τακτικά τον εξοπλισμό βύθισης χαλκού για να διασφαλίσετε τη σωστή ανάμειξη αέρα.
Υπόστρωμα εκτεθειμένο σε τρύπες: συνήθως προκαλείται από υπερβολική μικροδιάβρωση. Ο χρόνος μικροεγχάραξης και η συγκέντρωση λουτρού θα πρέπει να ελέγχονται αυστηρά για να αποφευχθεί η υπερβολική διάβρωση του χάλκινου υποστρώματος στο στόμιο.
Ακατέργαστο στρώμα εναπόθεσης χαλκού: Μπορεί να οφείλεται σε πολύ γρήγορο ρυθμό εναπόθεσης χαλκού, υπερβολικές ακαθαρσίες στο διάλυμα της δεξαμενής και άλλους λόγους. Ο ρυθμός εναπόθεσης χαλκού μπορεί να μειωθεί κατάλληλα και η διήθηση και ο καθαρισμός του διαλύματος της δεξαμενής μπορεί να ενισχυθεί για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών.