Το pcb διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στη σύνδεση και τη μετάδοση ηλεκτρονικών σημάτων, καθώς και στη διαδικασία ηλεκτρολυτικής χαλκού pcb, ως ο βασικός σύνδεσμος στοδιαδικασία κατασκευής pcb, παίζει καθοριστικό ρόλο στην απόδοση και την ποιότητα της πλακέτας κυκλώματος. Από smartphone έως υπολογιστές υψηλής απόδοσης-, από ηλεκτρονικά αυτοκινήτων μέχρι εξοπλισμό αεροδιαστημικής, σχεδόν όλες οι πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων των ηλεκτρονικών συσκευών βασίζονται στην τεχνολογία επιμετάλλωσης χαλκού.
1, Αρχή της ηλεκτρολυτικής χαλκού
Η ηλεκτρολυτική επίστρωση χαλκού με pcb είναι μια τυπική ηλεκτροχημική διαδικασία που βασίζεται στο νόμο του Faraday. Στο λουτρό ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης, το pcb χρησιμοποιείται ως κάθοδος και η άνοδος χαλκού βυθίζεται σε έναν ηλεκτρολύτη που περιέχει ιόντα χαλκού. Όταν εφαρμόζεται τάση συνεχούς ρεύματος μεταξύ της καθόδου και της ανόδου, το ρεύμα διέρχεται από τον ηλεκτρολύτη, πυροδοτώντας μια σειρά ηλεκτροχημικών αντιδράσεων.
Ανοδική αντίδραση: Η άνοδος του χαλκού υφίσταται μια αντίδραση οξείδωσης, όπου τα άτομα χαλκού χάνουν δύο ηλεκτρόνια και γίνονται ιόντα χαλκού που εισέρχονται στον ηλεκτρολύτη. Η εξίσωση αντίδρασης είναι Cu-2e-→ Cu 2+.
Καθοδική αντίδραση: Στην επιφάνεια του pcb, τα ιόντα χαλκού αποκτούν ηλεκτρόνια και ανάγονται σε άτομα χαλκού, τα οποία εναποτίθενται στην επιφάνεια του pcb. Η εξίσωση αντίδρασης είναι Cu ² ⁺+2e⁻ → Cu.
Με τον έλεγχο παραμέτρων όπως η πυκνότητα ρεύματος, ο χρόνος επιμετάλλωσης και η σύνθεση ηλεκτρολύτη, ο ρυθμός εναπόθεσης και το πάχος επικάλυψης του χαλκού μπορούν να ελεγχθούν με ακρίβεια.
2, Ροή διαδικασίας
(1) Προεπεξεργασία
Καθαρισμός: Αρχικά, καθαρίστε σχολαστικά το υπόστρωμα pcb για να αφαιρέσετε ακαθαρσίες όπως λεκέδες λαδιού, σκόνη και οξείδια στην επιφάνεια. Οι συνήθεις μέθοδοι καθαρισμού περιλαμβάνουν τον αλκαλικό καθαρισμό, τον όξινο καθαρισμό και τον καθαρισμό με υπερήχους. Ο αλκαλικός καθαρισμός μπορεί να αφαιρέσει αποτελεσματικά λάδια και οργανικούς ρύπους, ενώ ο όξινος καθαρισμός χρησιμοποιείται κυρίως για την αφαίρεση οξειδίων. Ο καθαρισμός με υπερήχους μπορεί να καθαρίσει επιμελώς τα λεπτά κενά και τις τρύπες στην επιφάνεια του υποστρώματος μέσω του φαινομένου της σπηλαίωσης των υπερηχητικών κυμάτων. Η καθαρισμένη επιφάνεια του υποστρώματος δεν πρέπει να έχει εμφανείς ακαθαρσίες και να παρουσιάζει ομοιόμορφη μεταλλική λάμψη.
Μικροδιάβρωση: Ο σκοπός της μικροδιάβρωσης είναι να σχηματίσει μια μικροτραχύ επιφάνεια στην επιφάνεια του pcb, αυξάνοντας την πρόσφυση μεταξύ του επόμενου στρώματος επιμεταλλωμένου χαλκού και του υποστρώματος. Συνήθως, διαλύματα που περιέχουν μικροχαρακτήρες όπως υπερθειικό ή υπεροξείδιο του υδρογόνου θειικού οξέος χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία υποστρωμάτων. Κατά τη διαδικασία μικροεγχάραξης, ο παράγοντας μικροεγχάραξης υφίσταται μια χημική αντίδραση με την επιφάνεια του χαλκού, διαλύοντας ένα πολύ λεπτό στρώμα χαλκού και σχηματίζοντας μικροσκοπικές κοίλες κυρτές δομές. Ο βαθμός μικροδιάβρωσης πρέπει να ελέγχεται αυστηρά, με μια γενική ποσότητα μικροδιάβρωσης να ελέγχεται μεταξύ 0,5-1,5 μ m για να εξασφαλίζεται καλή πρόσφυση χωρίς υπερβολική διάβρωση του υποστρώματος.
Προεμβύθιση: Η προεμβύθιση είναι η διαδικασία εμβάπτισης του καθαρισμένου και μικροχαραγμένου pcb σε διάλυμα προεμβύθισης που περιέχει συγκεκριμένα συστατικά, επιτρέποντας στην επιφάνεια του υποστρώματος να προσροφήσει ένα στρώμα δραστικής ουσίας και να προετοιμαστεί για την επακόλουθη διαδικασία ενεργοποίησης. Η σύνθεση του διαλύματος προεμβύθισης είναι συνήθως παρόμοια με εκείνη του διαλύματος ενεργοποίησης, αλλά με χαμηλότερη συγκέντρωση. Η κύρια λειτουργία του είναι να εμποδίζει το υπόστρωμα να οξειδωθεί ξανά πριν από την ενεργοποίηση και να βελτιώσει το αποτέλεσμα ενεργοποίησης. Ο χρόνος προ εμποτισμού είναι γενικά σύντομος, συνήθως κυμαίνεται από μερικά δευτερόλεπτα έως δεκάδες δευτερόλεπτα.
Ενεργοποίηση: Η ενεργοποίηση είναι ένα κρίσιμο βήμα στη διαδικασία προ-επεξεργασίας, η οποία στοχεύει στην προσρόφηση ενός στρώματος καταλυτικά ενεργών μεταλλικών σωματιδίων, συνήθως σωματιδίων παλλαδίου, στην επιφάνεια του PCB. Αυτά τα σωματίδια παλλαδίου θα χρησιμεύσουν ως καταλυτικά κέντρα για επακόλουθη χημική επιμετάλλωση ή ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση, προάγοντας τη μείωση και την εναπόθεση ιόντων χαλκού. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι ενεργοποίησης περιλαμβάνουν τη μέθοδο ενεργοποίησης κολλοειδούς παλλαδίου και τη μέθοδο ενεργοποίησης ιοντικού παλλαδίου. Το κολλοειδές διάλυμα ενεργοποίησης παλλαδίου αποτελείται από άλας παλλαδίου, άλας κασσίτερου και χηλικό παράγοντα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ενεργοποίησης, τα κολλοειδή σωματίδια παλλαδίου απορροφώνται στην επιφάνεια του pcb. Η μέθοδος ενεργοποίησης ιόντων παλλαδίου είναι η προσρόφηση ιόντων παλλαδίου στην επιφάνεια του υποστρώματος μέσω ανταλλαγής ιόντων και, στη συνέχεια, η αναγωγή τους σε μεταλλικό παλλάδιο μέσω ενός αναγωγικού παράγοντα. Οι παράμετροι όπως ο χρόνος ενεργοποίησης και η θερμοκρασία πρέπει να ελέγχονται με ακρίβεια ανάλογα με τον τύπο του διαλύματος ενεργοποίησης και το υλικό του pcb για να διασφαλιστεί ένα ομοιόμορφο και πυκνό στρώμα ενεργοποίησης.
(2) Χημική επιμετάλλωση χαλκού
Για ορισμένα υποστρώματα pcb κατασκευασμένα από μη αγώγιμα υλικά, όπως πλαστικό ενισχυμένο με ίνες γυαλιού, απαιτείται χημική επιμετάλλωση χαλκού πριν από την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση του χαλκού για να σχηματιστεί ένα λεπτό αγώγιμο στρώμα χαλκού στην επιφάνεια του υποστρώματος, παρέχοντας μια αγώγιμη διαδρομή για την επακόλουθη επιμετάλλωση χαλκού.
Αρχή της χημικής επιμετάλλωσης χαλκού: Η χημική επιμετάλλωση χαλκού είναι μια αυτοκαταλυτική αντίδραση αναγωγής οξείδωσης-. Σε μια επιφάνεια με καταλυτική δράση, τα ιόντα χαλκού ανάγεται σε μεταλλικό χαλκό μέσω της δράσης ενός αναγωγικού παράγοντα και εναποτίθενται στην επιφάνεια του υποστρώματος. Η κύρια εξίσωση αντίδρασης είναι: Cu ²⁺+2HCHO+4OH⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H 2 O+H ₂ ↑. Σε αυτή την αντίδραση, τα ιόντα χαλκού ανάγεται σε άτομα χαλκού με τη λήψη ηλεκτρονίων υπό την κατάλυση κέντρων παλλαδίου, ενώ η φορμαλδεΰδη οξειδώνεται σε μυρμηκικά ιόντα.
Διαδικασία χημικής επιμετάλλωσης χαλκού: Πρώτον, το ενεργοποιημένο pcb βυθίζεται σε ένα χημικό διάλυμα επιμετάλλωσης χαλκού που περιέχει άλατα χαλκού, παράγοντες συμπλοκοποίησης, αναγωγικούς παράγοντες και άλλα πρόσθετα. Η θερμοκρασία του διαλύματος επιμετάλλωσης γενικά ελέγχεται μεταξύ 40-50 μοιρών και η τιμή του pH διατηρείται περίπου στους 12-13. Στη διαδικασία της ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης χαλκού, είναι απαραίτητο να αναδευτεί κατάλληλα το διάλυμα επιμετάλλωσης για να εξασφαλιστεί η ομοιομορφία του διαλύματος επιμετάλλωσης και η επαρκής πρόοδος της αντίδρασης. Ο χρόνος για την ηλεκτρολυτική επιχάλκωση εξαρτάται από το απαιτούμενο πάχος του στρώματος χαλκού και γενικά μπορεί να ληφθεί ένα στρώμα χαλκού με πάχος μεταξύ 0,2-0,5 μm. Μετά τη χημική επιμετάλλωση με χαλκό, το pcb πρέπει να καθαριστεί για να αφαιρεθούν τα υπολείμματα διαλύματος επιμετάλλωσης και οι ακαθαρσίες στην επιφάνεια.
(3) Ηλεκτροεπιμεταλλωμένος χαλκός
Πλήρης επιμετάλλωση χαλκού: Ο ηλεκτρολυμένος χαλκός πλήρους σανίδας, γνωστός και ως πρωτογενής χαλκός, χρησιμοποιείται κυρίως για την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση ενός στρώματος χαλκού σε ολόκληρη την επιφάνεια ενός pcb που έχει υποστεί χημική επιμετάλλωση χαλκού, προκειμένου να αυξηθεί το πάχος του στρώματος χαλκού, να βελτιωθεί η αγωγιμότητα και η μηχανική αντοχή και να προστατεύεται το στρώμα χημικής επιμετάλλωσης χαλκού και άλλες επακόλουθες διεργασίες. Η ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση χαλκού πλήρους πλάκας χρησιμοποιεί συνήθως ένα όξινο διάλυμα επιμετάλλωσης θειικού χαλκού, με περιεκτικότητα σε θειικό χαλκό γενικά μεταξύ 150-250 g/L και περιεκτικότητα σε θειικό οξύ μεταξύ 50-200 g/L στη φόρμουλα, καθώς και κατάλληλες ποσότητες ιόντων χλωρίου και πρόσθετων. Στη διαδικασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης, το pcb χρησιμοποιείται ως κάθοδος και οι σφαίρες χαλκού φωσφόρου χρησιμοποιούνται γενικά ως άνοδος για τη συμπλήρωση των ιόντων χαλκού στο διάλυμα επιμετάλλωσης. Η πυκνότητα ρεύματος γενικά ελέγχεται στα 1-2A/dm ² και ο χρόνος ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης εξαρτάται από το απαιτούμενο πάχος στρώσης χαλκού, συνήθως αυξάνοντας το πάχος του στρώματος χαλκού στα 5-20 μ m. Κατά τη διαδικασία ηλεκτρολυτικής επιμετάλλωσης του χαλκού σε ολόκληρη την σανίδα, απαιτείται συνεχής διήθηση του διαλύματος επιμετάλλωσης για την απομάκρυνση ακαθαρσιών και σωματιδίων από το διάλυμα επιμετάλλωσης, διασφαλίζοντας την ποιότητα της επίστρωσης.
Χαλκός γραφικής επιμετάλλωσης: Ο γραφικός χαλκός επιμετάλλωσης, γνωστός και ως δευτερεύων χαλκός, είναι μια επιλεκτική επιμετάλλωση των απαιτούμενων τμημάτων γραφικών κυκλωμάτων στο PCB μετά από ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση και μεταφορά γραφικών, περαιτέρω πάχυνση του στρώματος χαλκού για να καλύψει τις απαιτήσεις της ικανότητας μεταφοράς ρεύματος του κυκλώματος και της απόδοσης μετάδοσης σήματος. Οι παράμετροι σύνθεσης και διεργασίας του διαλύματος επιμετάλλωσης για χαλκό γραφικής επιμετάλλωσης είναι παρόμοιες με εκείνες του χαλκού επιμετάλλωσης πλήρους σανίδας, αλλά επειδή επιμεταλλώνονται μόνο συγκεκριμένες γραφικές περιοχές, απαιτούνται υλικά μάσκας για την κάλυψη των εξαρτημάτων που δεν απαιτούν επιμετάλλωση. Κατά τη διαδικασία επιμετάλλωσης, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην ομοιομορφία της κατανομής του ρεύματος για να διασφαλιστεί ότι το πάχος της επίστρωσης κάθε τμήματος του σχεδίου είναι συνεπές. Μετά την γραφική επιμετάλλωση με χαλκό, το πάχος του στρώματος χαλκού μπορεί γενικά να φτάσει τα 20-50 μ m και το συγκεκριμένο πάχος εξαρτάται από τις σχεδιαστικές απαιτήσεις του pcb.
(4) Μεταγενέστερη επεξεργασία
Καθαρισμός: Μετά την ηλεκτρολυτική επιμετάλλωση του χαλκού, το pcb πρέπει πρώτα να καθαριστεί επιμελώς για να αφαιρεθούν τα υπολείμματα του διαλύματος επιμετάλλωσης και οι ακαθαρσίες στην επιφάνεια. Ο καθαρισμός γενικά υιοθετεί μια μέθοδο έκπλυσης με αντίστροφη ροή πολλαπλών σταδίων, πρώτα ξεπλύνετε με καθαρό νερό και, στη συνέχεια, ξεπλύνετε με απιονισμένο νερό για να διασφαλίσετε ότι δεν υπάρχουν υπολείμματα χημικών στην επιφάνεια του PCB. Η καθαρισμένη επιφάνεια pcb πρέπει να είναι καθαρή, χωρίς λεκέδες και να έχει τιμή pH κοντά στο ουδέτερο.
Παθητικοποίηση: Προκειμένου να βελτιωθεί η αντίσταση στη διάβρωση των επιμεταλλωμένων στρωμάτων χαλκού, συνήθως απαιτείται επεξεργασία παθητικοποίησης. Παθητικοποίηση είναι ο σχηματισμός ενός εξαιρετικά λεπτού φιλμ παθητικοποίησης στην επιφάνεια ενός στρώματος χαλκού, το οποίο μπορεί να αποτρέψει χημικές αντιδράσεις μεταξύ οξυγόνου και υγρασίας και χαλκού, επεκτείνοντας έτσι τη διάρκεια ζωής του στρώματος χαλκού. Οι κοινώς χρησιμοποιούμενες μέθοδοι παθητικοποίησης περιλαμβάνουν τη χημική παθητικοποίηση και την ηλεκτροχημική παθητικοποίηση. Η χημική παθητικοποίηση γενικά χρησιμοποιεί διαλύματα που περιέχουν χρωμικά, φωσφορικά ή οργανικά παθητικοποιητές για την επεξεργασία των πλακετών τυπωμένων κυκλωμάτων. Η ηλεκτροχημική παθητικοποίηση είναι η διαδικασία εφαρμογής μιας ορισμένης τάσης σε έναν συγκεκριμένο ηλεκτρολύτη για να προκαλέσει αντιδράσεις οξείδωσης στην επιφάνεια των στρωμάτων χαλκού, σχηματίζοντας ένα φιλμ παθητικοποίησης. Μετά την επεξεργασία παθητικοποίησης, η επιφάνεια του στρώματος χαλκού θα παρουσιάσει ένα ομοιόμορφο χρώμα μεμβράνης παθητικοποίησης, όπως ουράνιο τόξο ή χρυσοκίτρινο.
Στέγνωμα: Το καθαρισμένο και παθητικοποιημένο pcb πρέπει να στεγνώσει για να αφαιρεθεί η υγρασία της επιφάνειας. Οι μέθοδοι ξήρανσης περιλαμβάνουν ξήρανση με ζεστό αέρα, ξήρανση υπό κενό κ.λπ. Η ξήρανση με ζεστό αέρα είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος, η οποία περιλαμβάνει την τοποθέτηση του PCB σε περιβάλλον ζεστού αέρα σε μια ορισμένη θερμοκρασία για την ταχεία εξάτμιση της υγρασίας. Κατά τη διαδικασία ξήρανσης, θα πρέπει να δοθεί προσοχή στον έλεγχο της θερμοκρασίας για να αποφευχθεί η παραμόρφωση του pcb ή η οξείδωση του στρώματος χαλκού που προκαλείται από υπερβολική θερμοκρασία. Το αποξηραμένο pcb θα πρέπει να αποθηκεύεται σωστά για να αποφευχθεί περαιτέρω υγρασία ή μόλυνση.