Nykyään, kun elektroniset laitteet kehittyvät edelleen kohti pienentämistä ja korkeaa suorituskykyä, piirilevyjen suorituskyky elektronisten järjestelmien ydinkantoaaltoina vaikuttaa suoraan laitteiden yleiseen toimintalaatuun. Piirilevyjen pinnoitustekniikka, joka on tärkeä keino parantaa piirilevyjen suorituskykyä, saa yhä enemmän huomiota. Sillä on keskeinen rooli elektronisten laitteiden vakaan toiminnan varmistamisessa ja käyttöiän pidentämisessä peittämällä piirilevyn pinta yhdellä tai useammalla ohuella erityismateriaalista tehdyllä kalvolla ja antamalla piirilevylle uusia toiminnallisia ominaisuuksia, kuten parantunut johtavuus, parempi hapettumiskestävyys ja parempi juotettavuus.
1, Piirilevypinnoitteen tarkoitus ja merkitys
(1) Suojaa piirilevyjä ympäristön eroosiolta
Piirilevyjä käytettäessä ne kohtaavat erilaisia monimutkaisia ympäristötekijöitä, kuten kosteaa ilmaa, syövyttäviä kaasuja, pölyä jne. Nämä tekijät syövyttävät vähitellen piirilevyn pinnalla olevia metallilinjoja aiheuttaen kuparikalvon hapettumista, linjan korroosiota ja lopulta virtapiirien vikoja. Pinnoite voi muodostaa tiiviin suojakalvon piirilevyn pinnalle, joka eristää tehokkaasti suoran kosketuksen ulkoisen ympäristön ja piirilevyn välillä ja hidastaa metallin hapettumista ja korroosiota. Esimerkiksi ankarissa ympäristöissä, kuten rannikkoalueilla tai kemianyhtiöiden ympäristössä, päällystettyjen piirilevyjen käyttöikä voi olla useita kertoja pidempi kuin pinnoittamattomien piirilevyjen.
(2) Paranna piirilevyjen sähköistä suorituskykyä
Joillakin pinnoitemateriaaleilla on hyvä johtavuus. Päällystämällä piirilevyn pinta näillä materiaaleilla piirin vastusta voidaan vähentää ja signaalinsiirron tehokkuutta ja vakautta parantaa. Korkeataajuisissa piireissä signaalin lähetysnopeus on nopea ja taajuus korkea, mikä edellyttää erittäin korkeaa impedanssisovitusta. Asianmukainen pinnoite voi optimoida piirin impedanssiominaisuudet, vähentää signaalin heijastusta ja häviötä ja varmistaa korkean-laadun korkeataajuisten{5}}signaalien lähetyksen. Lisäksi joillakin pinnoitteilla on myös eristysominaisuuksia, jotka voivat muodostaa eristyskerroksen piirilevylle, eristää eri potentiaalisia linjoja, estää oikosulkuja ja parantaa entisestään piirilevyn sähköistä luotettavuutta.
(3) Paranna piirilevyjen juotettavuutta
Hyvä juotettavuus on avain varmistamaan luotettava yhteys elektronisten komponenttien ja piirilevyjen välillä piirilevyjen kokoonpanon aikana. Hapettumis, kontaminaatio ja muut piirilevyn pinnan ongelmat voivat kuitenkin heikentää sen juotettavuutta, mikä johtaa vioihin, kuten huonoon juottamiseen ja virtuaaliseen juottamiseen. Pinnoitus voi poistaa oksideja piirilevyjen pinnalta muodostaen helposti juotettavan pintakerroksen, parantaa juotteen ja piirilevyjen välistä kastumista ja sitoutumista, tekee juotosprosessista sujuvamman sekä parantaa kokoonpanotehokkuutta ja tuotteen laatua.
2, Yleiset piirilevyjen pinnoitteet
(1) Kemiallinen nikkelipinnoitus
Kemiallinen nikkelipinnoitus on yksi laajalti käytetyistä pinnoitusprosesseista nykyisessä piirilevyteollisuudessa. Tässä prosessissa ensin kerrostetaan nikkelikerros piirilevyn pinnalle kemiallisella pinnoituksella, jonka paksuus on yleensä 3-5 μm. Nikkelikerroksella on hyvä kulutuskestävyys ja korroosionkestävyys, mikä voi tarjota alustavan suojan piirilevylle. Samaan aikaan nikkelikerroksen läsnäolo voi estää kuparin diffundoitumisen kultakerrokseen, jolloin vältetään kultakerroksen värinmuutos ja suorituskyvyn heikkeneminen. Nikkelikerroksen päälle kerrostetaan syrjäytysreaktion kautta kultakerros, jonka paksuus on tyypillisesti 0,05 - 0,1 μm. Kultakerroksella on erinomainen hapettumisenkestävyys, johtavuus ja hitsattavuus, mikä voi tehokkaasti suojata nikkelikerrosta. Elektronisten komponenttien juotosprosessin aikana kultakerros voi liueta nopeasti juotteeseen, jolloin saadaan hyvät juotostulokset. Virtaton nikkelipinnoitusprosessi soveltuu piirilevyille, jotka vaativat suurta pinnan tasaisuutta, juotettavuutta ja luotettavuutta, kuten tietokoneiden emolevyt, matkapuhelimen piirilevyt jne.
(2) Kemiallinen nikkelipalladiumpinnoitus
Kemiallinen nikkeli-palladiumpinnoitusprosessi on kehitetty kemiallisen nikkelikultauksen pohjalta. ENIG-prosessiin verrattuna se lisää nikkelikerroksen ja kultakerroksen väliin palladiumkerroksen, jonka paksuus on yleensä 0,05-0,1 μm. Palladiumkerroksen lisääminen voi tehokkaasti estää "mustan levyn" ilmiön esiintymisen. "Musta levy" -ilmiö viittaa nikkelikerroksen pinnan epätasaiseen fosforipitoisuuteen tai nikkelikerroksen ja kultakerroksen väliseen kemialliseen reaktioon korkean lämpötilan ja korkean kosteuden ympäristöissä ENIG-tekniikassa, mikä saa nikkelikerroksen pinnan muuttumaan mustaksi, mikä vaikuttaa piirilevyn juotostehoon ja luotettavuuteen. ENEPIG-prosessin palladiumkerros voi estää haitallisia reaktioita nikkelin ja kullan välillä, mikä parantaa pinnoitteen vakautta ja luotettavuutta. Tämä prosessi sopii aloille, jotka vaativat erittäin suurta luotettavuutta, kuten ilmailu, lääketieteelliset laitteet jne.
(3) Orgaaninen juotettavuuden suojakalvo
Orgaaninen juotettavuussuojakalvo on pinnoitusprosessi, joka pinnoittaa orgaanisia ohuita kalvoja piirilevyjen pinnalle. OSP-kalvon paksuus on erittäin ohut, yleensä 0,2-0,5 μm. Se muodostaa kemiallisilla menetelmillä kuparin pinnalle läpinäkyvän orgaanisen kalvon, joka voi suojata kuparia hapettumiselta tietyn ajan ja voi nopeasti hajota hitsauksen aikana vaikuttamatta hitsaustehoon. OSP-tekniikan etuna on alhainen hinta, yksinkertainen prosessi ja ympäristönsuojelu, ja se sopii piirilevyille, jotka ovat kustannusherkkiä ja joilla on tietyt juotettavuusvaatimukset, kuten piirilevyt kulutuselektroniikassa, tavallisissa kodinkoneissa ja muilla aloilla. OSP-kalvon antioksidanttikapasiteetti on kuitenkin suhteellisen heikko ja sen säilytysaika on rajallinen. Yleensä hitsaus ja kokoonpano on suoritettava lyhyen ajan kuluessa pinnoituksen jälkeen.
(4) Hopean kemiallinen saostus
Hopeapinnoitusprosessi tallentaa ohuen kerroksen hopeaa piirilevyn pinnalle siirtymäreaktion kautta. Hopeakerroksella on erinomainen johtavuus (toiseksi kullan jälkeen) ja juotettavuus, mikä voi tehokkaasti vähentää linjavastusta ja parantaa signaalin lähetyskykyä. Hopeakerroksen kemiallinen stabiilisuus on kuitenkin heikko ja altis hapettumiselle tai rikkiintymiselle, joten sen käyttöiän pidentämiseksi on usein tarpeen levittää orgaanisia suojaaineita tai suorittaa kullan upotuskäsittely. Tämä prosessi soveltuu korkeataajuisille-piireille (kuten 5G ja satelliittiviestintälaitteet), mutta huolellinen suunnittelu vaaditaan ympäristöissä, joissa on korkea kosteus/rikkipitoisuus, jotta vältetään hopean kulkeutuminen tai korroosio.
3, piirilevyjen pinnoitusprosessi
(1) Esikäsittely
Esikäsittely on piirilevyn päällystyksen perusvaihe, jonka tavoitteena on poistaa epäpuhtaudet, kuten öljy, oksidit, pöly jne., piirilevyn pinnalta puhtaan ja aktivoidun tilan saavuttamiseksi ja hyvän pohjan myöhemmille pinnoitusprosesseille. Esikäsittely sisältää yleensä prosesseja, kuten öljynpoiston, mikroetsauksen, happopesun ja vesipesun. Rasvanpoistoprosessissa käytetään alkalisia tai orgaanisia liuottimia öljytahrojen poistamiseen piirilevyn pinnalta; Mikroetsausprosessi poistaa oksidikerroksen ja pienet purseet piirilevyn pinnalta kemiallisen korroosion kautta, lisää pinnan karheutta ja parantaa pinnoitteen ja piirilevyn välistä adheesiota; Peittausprosessia käytetään edelleen oksidien poistamiseen metallipinnalta ja pinnan happamuuden tai alkaliteetin säätämiseen; Vesipesuprosessia käytetään edellisten vaiheiden kemiallisten reagenssien jäämien puhdistamiseen ja poistamiseen.
(2) Pinnoite
Päällystykseen käytetään eri pinnoitetyypeistä vastaavia pinnoitusprosesseja. Esimerkkinä sähköttömästä nikkelipinnoituksesta, esikäsittelyn päätyttyä piirilevy upotetaan kemialliseen nikkelipinnoitusliuokseen, joka sisältää nikkelisuoloja, pelkistäviä aineita, kelatointiaineita ja muita komponentteja. Sopivissa lämpötiloissa (yleensä 80-90 astetta) ja pH:ssa (yleensä 4,5-5,5) nikkeli-ionit vähenevät pelkistimen vaikutuksesta piirilevyn pinnalle, jolloin muodostuu nikkelikerros. Kun nikkelipinnoitus on valmis, siirrä piirilevy kultapinnoitusliuokseen ja kerrosta kultakerros nikkelikerroksen pinnalle siirtymäreaktion avulla. Päällystysprosessin aikana on välttämätöntä valvoa tarkasti prosessiparametreja, kuten liuoksen koostumusta, lämpötilaa, pH-arvoa ja aikaa, jotta varmistetaan, että pinnoitteen paksuus, tasaisuus ja laatu täyttävät vaatimukset.
(3) Jälkikäsittely
Jälkikäsittely sisältää pääasiassa prosesseja, kuten vesipesun, kuivauksen ja testauksen. Vesipesua käytetään pinnoitusliuosten ja kemiallisten reagenssien poistamiseen piirilevyjen pinnalta, jotta estetään niiden haitalliset vaikutukset piirilevyjen suorituskykyyn; Kuivaus on prosessi, jossa kosteus poistetaan piirilevyn pinnalta, jotta jäännöskosteus ei aiheuta ruostumista tai muita laatuongelmia. Testausprosessissa arvioidaan kattavasti pinnoitteen laatua erilaisilla testausmenetelmillä, kuten silmämääräisellä tarkastuksella, kalvon paksuuden mittauksella, juotettavuustestauksella, johtavuustestauksella jne. varmistaakseen, että päällystetty piirilevy täyttää suunnitteluvaatimukset ja käyttöstandardit.