Elektroniikkatuotteiden ydinkomponenttina painetun piirilevyn suorituskyky ja laatu vaikuttavat suoraan koko elektronisen laitteen vakauteen ja luotettavuuteen. Monien painetun piirilevyn suorituskykyyn vaikuttavien tekijöiden joukossa antioksidanttikapasiteetilla on ratkaiseva rooli.
Painetun piirilevyn hapettumisen vaarat
painettu piirilevy koostuu pääasiassa johtavista linjoista, eristyssubstraateista ja erilaisista elektronisista komponenteista. Painetut piirilevyt kohtaavat päivittäisessä käytössä erilaisia ympäristöhaasteita, ja hapettuminen on ongelma, jota ei voida sivuuttaa. Ilmassa oleva happi, kosteus ja erilaiset epäpuhtaudet voivat reagoida kemiallisesti painetun piirilevyn metallijohtojen kanssa aiheuttaen korroosiota, lisääntynyttä vastusta, epävakaa signaalinsiirtoa ja jopa virtapiirien vikoja. Erityisesti piirilevyjen metalliosat, kuten kuparifoliolinjat ja juotosliitokset, ovat alttiita reagoimaan ilman hapen kanssa, jolloin syntyy oksideja. Nämä oksidit voivat lisätä piirin vastusta, häiritä signaalinsiirron vakautta ja vaikeissa tapauksissa aiheuttaa virtakatkoja, jolloin elektroniset laitteet eivät toimi kunnolla.
Antioksidanttiprosessi
Orgaaninen juotosmaski
Tämä on yleisesti käytetty painetun piirilevyn hapettumisenestoprosessi, joka muodostaa ohuen orgaanisen suojakalvon painetun piirilevyn pinnalle metallin eristämiseksi ilmasta, mikä aiheuttaa hapettumista estäviä vaikutuksia. Periaate perustuu kemialliseen sitoutumiseen. Kun otetaan esimerkkinä yleinen atsoli-OSP, imidatsolirengas orgaanisissa alkyylibentsimidatsoliyhdisteissä voi muodostaa koordinaatiosidoksen kupariatomien 3d10 elektronien kanssa, jolloin muodostuu alkyylibentsimidatsolikuparikomplekseja. Päällystysprosessin aikana pinnoitetaan ensin ensimmäinen kerros, joka adsorboi kuparia. Sitten toinen kerros orgaanisia päällystemolekyylejä yhdistyy kuparin kanssa, ja tätä prosessia toistetaan, kunnes muodostuu monista orgaanisista päällystemolekyyleistä koostuva rakenne. Lopuksi kuparipinnalle muodostuu suojakerros, jonka paksuus on yleensä 0,2-0,5 µm. Lisäksi pitkäketjuisten alkyyliryhmien välisen van der Waalsin vetovoiman ja bentseenirenkaiden vuoksi tällä suojakalvolla on hyvä lämmönkestävyys ja korkea hajoamislämpötila. Myöhemmässä korkean lämpötilan hitsausympäristössä tämä suojakalvo voidaan poistaa helposti ja nopeasti juoksutteen avulla, jolloin paljastunut puhdas kuparipinta sitoutuu sulaan juotteeseen hyvin lyhyessä ajassa ja muodostaa kiinteän juotosliitoksen.
OSP-prosessi on suhteellisen alhainen eikä monimutkainen, joten se soveltuu laajamittaiseen tuotantoon. Ja se voi ylläpitää juotostyynyjen hyvää juotettavuutta, mikä varmistaa hitsauksen laadun. Mutta sillä on myös joitain haittoja, kuten ohut kalvokerros, joka johtaa rajoitettuun säilytysaikaan, ja antioksidanttinen suorituskyky on taipuvainen heikkenemään ajan ja ympäristön muutosten myötä; Ei kestä korkeita lämpötiloja, rajoitettu skenaarioihin, jotka vaativat useita korkean lämpötilan{3}}prosesseja; Hitsausympäristöllä on tiukat vaatimukset, ja ympäristön epäpuhtaudet ja kosteus voivat helposti vaikuttaa sen suorituskykyyn ja laatuun.
upotuskulta
Tässä prosessissa kerrostetaan nikkelikerros painetun piirilevyn pinnalle, jota seuraa kerros kultaa. Nikkelikerros voi estää kuparin diffuusion, kun taas kultakerroksella on hyvä hapettumisenkestävyys ja johtavuus, mikä voi parantaa merkittävästi painetun piirilevyn suorituskykyä ja luotettavuutta. Kemiallinen nikkelipinnoitusprosessi on kypsä, riittävästi tarjontaa ja sopii lyijyttömään-juottoon. Tämän prosessin kustannukset ovat kuitenkin suhteellisen korkeat, eikä sen pinta ole tarpeeksi sileä, mikä vaikeuttaa hienojakoisten komponenttien hitsausta.
Upotus hopeaan
Upotushopeaprosessi voi muodostaa tasaisen hopeakerroksen painetun piirilevyn pinnalle, jolla on hyvä hapettumiskestävyys ja juotettavuus. Hopeakerroksen alla ei ole nikkelikerrosta, joten upotushopea ei ole fyysisesti yhtä vahvaa kuin sähkötön nikkelipinnoitus/immersiokulta. Hopeakerros käy läpi kaksinkertaisen korroosioreitin, kun se altistuu ilmalle. Kemiallisessa hapetuksessa 4Ag+O₂ → 2Ag₂O muodostaa keltaisen oksidikerroksen; Sähkökemiallisessa korroosiossa Ag+H₂S → Ag2S+H2 tuottaa mustia sulfideja. Kun suhteellinen kosteus on yli 60 %, korroosionopeus kasvaa kolme kertaa; Rikkiä sisältävissä ympäristöissä, kuten kumipakkauksissa, näkyvää värimuutoksia voi tapahtua 24 tunnin kuluessa.
tinakasto
Upotustinaprosessi peittää piirilevyn pinnan tinakerroksella, joka voi tehokkaasti estää hapettumista. Koska kaikki juotosmateriaalit perustuvat tinaan, tinakerros sopii minkä tahansa juotostyypin kanssa. Aiemmin tinakastoprosesseilla käsitellyt painetut piirilevyt olivat kuitenkin alttiita tinaviska-ongelmille, ja juotosprosessin aikana tinaviisari- ja tinamigraatioilmiöt asettivat vakavia haasteita luotettavuudelle. Myöhemmin lisäämällä orgaanisia lisäaineita tinaupotusliuokseen tinakerroksen rakenne muuttui hiukkasiksi, mikä ylitti edellä mainitut vaikeudet ja sillä oli hyvä lämpöstabiilisuus ja hitsattavuus. Upotuspeltilevyjen säilytysaika on rajoitettu ja liian pitkään jätettäessä niiden pinnalle muodostuu tinaoksidia, joka vaikuttaa hitsausvaikutukseen. Siksi on välttämätöntä noudattaa tiukasti upotustinaa kokoonpanon aikana.
Kuuman ilman tasoitus
Kuumailmatasoitus, joka tunnetaan myös nimellä kuumailmajuotteen tasoitus, joka tunnetaan yleisesti tinaruiskutuksena. Tämä prosessi käsittää painetun piirilevyn pinnan pinnoittamisen sulalla tina-lyijyjuotteella. Nykyään käytetään yleisemmin lyijytöntä-juotetta, minkä jälkeen juotteen tasoittamiseen käytetään lämmitettävää paineilmaa, jolloin muodostuu pinnoite, joka kestää tehokkaasti kuparin hapettumista ja tarjoaa erinomaisen juotettavuuden. Kuuman ilmastoinnin aikana juotos on vuorovaikutuksessa kuparin kanssa muodostaen kupari-tinametalliyhdisteitä liitoskohdassa. Tämä prosessi on jaettu pysty- ja vaakasuoraan tyyppiin, jolloin vaakasuuntaista tyyppiä pidetään yleensä edullisempana sen tasaisemman pinnoitteen ja kyvyn saavuttaa automatisoitua tuotantoa ansiosta. Yleinen prosessi sisältää vaiheita, kuten mikroetsaus, esilämmitys, juoksutuspinnoitus, tinaruiskutus ja puhdistus. Kuumailmatasoitusprosessi on kypsä, suhteellisen alhaiset kustannukset ja hyvä juotettavuus, ja se soveltuu lyijyttömään -juottoon. Mutta sen pinta ei ole tarpeeksi sileä, mikä vaikeuttaa hienojakoisten komponenttien hitsaamista, ja HASL:a sisältävä lyijy kohtaa myös ympäristöongelmia.
ruskistuminen
Monikerroksisten painettujen piirilevyjen valmistusprosessissa kuparikalvon sisäpinnan käsittely on ratkaisevan tärkeää laminoinnin laadun kannalta, ja ruskistusprosessia käytetään siinä laajasti. Sen ydin on muodostaa huokoinen kuparioksidi tai kuparioksidikalvo kuparin pinnalle kemiallisen hapetusreaktion kautta. Emäksisten hapettimien vaikutuksesta kupari käy läpi hapetusreaktioita 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu₂ O+H ₂ O+2e ⁻. Ruskistus ei ainoastaan tarjoa hyvää kerrosten välistä tarttuvuutta, vaan myös parantaa hartsin kostuvuutta laminointiprosessin aikana. Rusketuskerroksen huokoinen rakenne lisää kuparifolion pinta-alaa, mikä helpottaa hartsin tunkeutumista ja mikrohuokosten täyttämistä, vähentää kuplia ja onteloita laminoinnin aikana, lisää mekaanista puremisvoimaa ja vähentää delaminaatioriskiä. Painettujen piirilevyjen lämpökierrossa jännitys voidaan jakaa tasaisemmin, mikä vähentää kerrosten välisen delaminoitumisen riskiä ja parantaa lämpöluotettavuutta. Jos sitä ei kuitenkaan valvota kunnolla, liiallinen hapettuminen voi tehdä oksidikerroksesta liian paksun ja hauraan, mikä heikentää sidoslujuutta; Epätasainen hapettuminen voi johtaa epäjohdonmukaisiin sidosvoimiin ja lisätä delaminaatioriskiä; Jos ruskistuminen saastuu ennen myöhempää laminointia, kuten kosteuden imeytyminen tai oksidikalvon vaurioituminen, se voi myös johtaa liimauslujuuden heikkenemiseen. Oksidikerroksen paksuus säädetään yleensä välillä 0,5-1,5 μm. Ennen ruskistusta käytetään mikroetsausprosessia oksidien ja orgaanisten epäpuhtauksien poistamiseksi kuparin pinnasta. Yleisiä mikroetsausaineita ovat ammoniumpersulfaatti- tai rikkihappovetyperoksidijärjestelmät. Ruskistusliuokset koostuvat yleensä alkalisista hapettimista, kompleksinmuodostajista ja stabilointiaineista. Säätämällä hapetusolosuhteita voidaan saada optimaalinen CuO/CuO20-suhde tasapainottamaan sitoutumislujuutta ja lämmönkestävyyttä. Rusketuksen jälkeen kuparipinta on altis kosteudelle tai ilmansaastukselle ja vaatii yleensä antioksidanttikäsittelyä ennen laminointia, kuten käyttämällä orgaanisia suojakerroksia, kuten bentsotriatsolia tai muita antioksidantteja, sekä kuivavarastointia kosteuden imeytymisen välttämiseksi ja huononemisriskin vähentämiseksi.
Muita painetun piirilevyn hapettumiskestävyyden toimenpiteitä
Materiaalin valinta
Korkealaatuisten{0}}alustojen ja metallimateriaalien valitseminen on erittäin tärkeää painetun piirilevyn valmistusprosessissa. Laadukkailla alustoilla on hyvät eristysominaisuudet ja vakaus, mikä voi tehokkaasti estää hapen ja kosteuden tunkeutumisen. Sillä välin käyttämällä metallipinnoitteita, joilla on vahvat antioksidanttiset ominaisuudet, kuten kultapinnoitus, hopeapinnoitus, tinapinnoitus jne., metallipiirin pinnalle voidaan muodostaa suojakalvo estämään hapettumisreaktioiden esiintyminen. Esimerkiksi joissakin huippuluokan elektroniikkatuotteissa hapetonta kuparifoliota, jolla on erinomainen hapettumisenkestävyys, käytetään kupari-pinnoitteena parantamaan painetun piirilevyn yleistä hapettumiskestävyyttä.
ympäristön valvonta
Kohtuullinen säilytys- ja käyttöympäristö ovat yhtä tärkeitä piirilevyn hapettumisenkestävyyden kannalta. Painettujen piirilevyjen tuotannon, varastoinnin ja kuljetuksen aikana ympäristön lämpötilaa ja kosteutta on valvottava tarkasti, jotta painetut piirilevyt eivät altistu korkealle lämpötilalle, korkealle kosteudelle tai ympäristölle, joka sisältää saasteita. Esimerkiksi painettujen piirilevyjen säilyttäminen ympäristössä, jonka suhteellinen kosteus on 40 % -60 % ja lämpötila 20 - 25 astetta, voi tehokkaasti hidastaa hapetusnopeutta. Valitse samalla sopivat pakkausmateriaalit, kuten kosteudenkestävät pussit, vaahtomuovilaatikot jne., varmistaaksesi painetun piirilevyn eheyden ja laadun. Paljaille levyille, joita ei ole vielä koottu, tyhjiöpakkaus voi tehokkaasti eristää ilman ja viivyttää hapettumisprosessia.
Tuotantoprosessin optimointi
Tuotantoprosessin optimointi voi lyhentää painettujen piirilevyjen altistusaikaa ilmalle valmistusprosessin aikana ja vähentää myös hapettumisriskiä. Esimerkiksi käyttämällä automatisoituja laitteita siirtymään nopeasti etsauksesta juotosmaskiin, voidaan välttää tarpeeton odotusaika. Antioksidanttiliuosten käyttö kuparipintojen käsittelyyn painetun piirilevyn valmistuksen tietyissä vaiheissa voi tarjota tilapäisen suojan kuparipinnalle lyhyessä ajassa, kunnes seuraava prosessi alkaa.