PCB:llä on ratkaiseva rooli sähköisten signaalien yhdistämisessä ja siirtämisessä sekä piirilevyn kuparipinnoitusprosessissa ydinlinkkinäPCB:n valmistusprosessi, sillä on ratkaiseva rooli piirilevyn suorituskyvyssä ja laadussa. Älypuhelimista tehokkaisiin{1}}tietokoneisiin, autoelektroniikasta ilmailulaitteisiin, lähes kaikkien elektronisten laitteiden painetut piirilevyt perustuvat kuparigalvanointitekniikkaan.
1, Kuparin galvanoinnin periaate
kuparin pcb-sähköpinnoitus on tyypillinen sähkökemiallinen prosessi, joka perustuu Faradayn lakiin. Galvanointikylvyssä piirilevyä käytetään katodina ja kuparianodia upotetaan kupari-ioneja sisältävään elektrolyyttiin. Kun katodin ja anodin väliin syötetään tasavirtajännite, virta kulkee elektrolyytin läpi käynnistäen sarjan sähkökemiallisia reaktioita.
Anodinen reaktio: Kuparianodi käy läpi hapetusreaktion, jossa kupariatomit menettävät kaksi elektronia ja muuttuvat kupari-ioneiksi, jotka tulevat elektrolyyttiin. Reaktioyhtälö on Cu-2e⁻ → Cu ²⁺.
Katodinen reaktio: PCB:n pinnalla kupari-ionit hankkivat elektroneja ja pelkistyvät kupariatomeiksi, jotka saostuvat piirilevyn pinnalle. Reaktioyhtälö on Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu.
Säätämällä parametreja, kuten virrantiheyttä, galvanointiaikaa ja elektrolyytin koostumusta, kuparin kerrostumisnopeutta ja pinnoitteen paksuutta voidaan ohjata tarkasti.
2, Prosessikulku
(1) Esikäsittely
Puhdistus: Puhdista ensin PCB-substraatti perusteellisesti epäpuhtauksien, kuten öljytahrojen, pölyn ja oksidien poistamiseksi pinnalta. Yleisiä puhdistusmenetelmiä ovat emäksinen puhdistus, happopuhdistus ja ultraäänipuhdistus. Emäksisellä puhdistuksella voidaan tehokkaasti poistaa öljyt ja orgaaniset epäpuhtaudet, kun taas happopuhdistusta käytetään pääasiassa oksidien poistamiseen. Ultraäänipuhdistus voi puhdistaa perusteellisesti substraatin pinnan hienot raot ja reiät ultraääniaaltojen kavitaatiovaikutuksen kautta. Puhdistetun alustan pinnassa ei saa olla ilmeisiä epäpuhtauksia ja se saa olla tasaisen metallisen kiillon.
Mikrokorroosio: Mikrokorroosion tarkoituksena on muodostaa mikrokarkea pinta piirilevyn pinnalle, mikä lisää tarttuvuutta seuraavan galvanoidun kuparikerroksen ja alustan välillä. Yleensä substraattien käsittelyyn käytetään liuoksia, jotka sisältävät mikroetsausaineita, kuten persulfaattia tai rikkihappovetyperoksidia. Mikroetsausprosessin aikana mikroetsausaine käy läpi kemiallisen reaktion kuparin pinnan kanssa, jolloin se liuottaa hyvin ohuen kuparikerroksen ja muodostaa pieniä koveria kuperia rakenteita. Mikrokorroosion astetta on valvottava tiukasti, ja yleistä mikrokorroosion määrää on säädettävä välillä 0,5-1,5 μm, jotta varmistetaan hyvä tarttuvuus ilman liiallista alustan korroosiota.
Esiupotus: Esiupotus on prosessi, jossa puhdistettu ja mikrosyövytetty piirilevy upotetaan esi- upotusliuokseen, joka sisältää tiettyjä komponentteja, jolloin substraatin pinta voi adsorboida kerroksen aktiivista ainetta ja valmistautua myöhempään aktivointiprosessiin. Esiupotusliuoksen koostumus on yleensä samanlainen kuin aktivointiliuoksen, mutta sen pitoisuus on pienempi. Sen päätehtävänä on estää alustan hapettuminen uudelleen ennen aktivointia ja parantaa aktivointivaikutusta. Esiliotusaika on yleensä lyhyt, yleensä muutamasta sekunnista kymmeniin sekunteihin.
Aktivointi: Aktivointi on tärkeä vaihe esikäsittelyssä-, jonka tarkoituksena on adsorboida katalyyttisesti aktiivisten metallihiukkasten, yleensä palladiumhiukkasten, kerros piirilevyn pinnalle. Nämä palladiumhiukkaset toimivat katalyyttisinä keskuksina myöhempään kemialliseen kuparipinnoitukseen tai galvanointiin, mikä edistää kupari-ionien pelkistystä ja kerrostumista. Yleisesti käytettyjä aktivointimenetelmiä ovat kolloidinen palladiumaktivaatiomenetelmä ja ioninen palladiumaktivaatiomenetelmä. Kolloidinen palladiumaktivointiliuos koostuu palladiumsuolasta, tinasuorasta ja kelatoivasta aineesta. Aktivointiprosessin aikana kolloidisia palladiumhiukkasia adsorboituu PCB:n pinnalle; Ionipalladiumaktivointimenetelmä on adsorboida palladiumionit substraatin pinnalle ioninvaihdon kautta ja sitten pelkistää ne metalliksi palladiumiksi pelkistimen avulla. Parametreja, kuten aktivointiaika ja lämpötila, on säädettävä tarkasti aktivointiliuoksen tyypin ja piirilevyn materiaalin mukaan tasaisen ja tiheän aktivointikerroksen varmistamiseksi.
(2) Kemiallinen kuparipinnoitus
Joillekin ei--johtavista materiaaleista, kuten lasikuituvahvisteisesta muovista, valmistetut piirilevysubstraatit edellyttävät kemiallista kuparipinnoitusta ennen kuparin galvanointia ohuen johtavan kuparikerroksen muodostamiseksi substraatin pinnalle, joka tarjoaa johtavan reitin myöhempää kuparin sähköpinnoitusta varten.
Kemiallisen kuparipinnoituksen periaate: Kemiallinen kuparipinnoitus on itsekatalyyttinen hapetus-pelkistysreaktio. Katalyyttisesti aktiivisella pinnalla kupari-ionit pelkistyvät metalliksi kupariksi pelkistimen vaikutuksesta ja kerrostuvat alustan pinnalle. Pääreaktioyhtälö on: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2 HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. Tässä reaktiossa kupari-ionit pelkistyvät kupariatomeiksi saamalla elektroneja palladiumkeskusten katalyysin alaisena, kun taas formaldehydi hapettuu formiaatti-ioneiksi.
Kemiallinen kuparipinnoitusprosessi: Ensinnäkin aktivoitu piirilevy upotetaan kemialliseen kuparipinnoitusliuokseen, joka sisältää kuparisuoloja, kompleksinmuodostajia, pelkistäviä aineita ja muita lisäaineita. Pinnoitusliuoksen lämpötilaa säädetään yleensä välillä 40-50 astetta ja pH-arvo pidetään noin 12-13:ssa. Virtattoman kuparipinnoitusprosessissa on välttämätöntä sekoittaa pinnoitusliuosta asianmukaisesti pinnoitusliuoksen tasaisuuden ja reaktion riittävän etenemisen varmistamiseksi. Virtattoman kuparipinnoituksen aika riippuu tarvittavasta kuparikerroksen paksuudesta ja yleensä voidaan saada kuparikerros, jonka paksuus on 0,2-0,5 μm. Kemiallisen kuparipinnoituksen jälkeen piirilevy on puhdistettava pinnoitusliuoksen ja epäpuhtauksien poistamiseksi pinnalta.
(3) Galvanoitu kupari
Täysilevyinen galvanoitu kupari: Täysilevyinen galvanoitu kupari, joka tunnetaan myös primäärikuparina, käytetään pääasiassa kuparikerroksen galvanoimiseen kemiallisesti kuparipinnoitetun piirilevyn koko pinnalle kuparikerroksen paksuuden lisäämiseksi, johtavuuden ja mekaanisen lujuuden parantamiseksi sekä kemiallisen kuparipinnoituskerroksen suojaamiseksi myöhemmiltä etsauksilta ja muilta prosesseilta. Täyslevykuparin galvanoinnissa käytetään yleensä hapanta kuparisulfaattipinnoitusliuosta, jonka kuparisulfaattipitoisuus on yleensä 150-250 g/l ja rikkihappopitoisuus 50-200 g/l kaavassa, sekä sopivat määrät kloridi-ioneja ja lisäaineita. Sähköpinnoitusprosessissa pcb:tä käytetään katodina, ja fosforikuparipalloja käytetään yleensä anodina täydentämään pinnoitusliuoksen kupari-ioneja. Virran tiheys on yleensä säädetty arvoon 1-2A/dm², ja galvanointiaika riippuu vaaditusta kuparikerroksen paksuudesta, jolloin kuparikerroksen paksuus yleensä kasvaa 5-20 μm:iin. Koko levyn kuparin galvanoinnin aikana tarvitaan jatkuvaa pinnoitusliuoksen suodatusta epäpuhtauksien ja hiukkasten poistamiseksi pinnoitusliuoksesta, mikä varmistaa pinnoitteen laadun.
Graafinen galvanointikupari: Graafinen galvanointikupari, joka tunnetaan myös nimellä toissijainen kupari, on piirilevyn vaadittujen piirigraafisten osien valikoiva galvanointi kuparin täyslevyn galvanoinnin ja graafisen siirron jälkeen, mikä lisää kuparikerroksen paksuutta vastaamaan piirin virransiirtokapasiteetin ja signaalinsiirtosuorituskyvyn vaatimuksia. Kuparin graafisen galvanoinnin pinnoitusratkaisun koostumus ja prosessiparametrit ovat samanlaiset kuin täysilevyisen galvanointikuparin, mutta koska vain tietyt graafiset alueet galvanoidaan, maskimateriaaleja tarvitaan peittämään osat, jotka eivät vaadi galvanointia. Galvanointiprosessin aikana on kiinnitettävä erityistä huomiota virran jakautumisen tasaisuuteen, jotta varmistetaan, että kuvion kunkin osan pinnoitteen paksuus on tasainen. Kuparilla tehdyn graafisen galvanoinnin jälkeen kuparikerroksen paksuus voi yleensä olla 20-50 μm, ja ominaispaksuus riippuu piirilevyn suunnitteluvaatimuksista.
(4) Jälkikäsittely
Puhdistus: Kuparin galvanoinnin jälkeen piirilevy tulee puhdistaa ensin perusteellisesti pinnoitusliuoksen ja pinnan epäpuhtauksien poistamiseksi. Puhdistuksessa käytetään yleensä monivaiheista vastavirtahuuhtelumenetelmää. Huuhtele ensin puhtaalla vedellä ja huuhtele sitten deionisoidulla vedellä varmistaaksesi, ettei piirilevyn pinnalla ole kemikaaleja. Puhdistetun piirilevypinnan tulee olla puhdas, tahraton ja sen pH-arvon tulee olla lähellä neutraalia.
Passivointi: Sähköpinnoitettujen kuparikerrosten korroosionkestävyyden parantamiseksi tarvitaan yleensä passivointikäsittely. Passivointi on erittäin ohuen passivointikalvon muodostumista kuparikerroksen pinnalle, joka voi estää hapen ja kosteuden sekä kuparin väliset kemialliset reaktiot ja pidentää siten kuparikerroksen käyttöikää. Yleisesti käytettyjä passivointimenetelmiä ovat kemiallinen passivointi ja sähkökemiallinen passivointi. Kemiallinen passivointi käyttää yleensä liuoksia, jotka sisältävät kromaattia, fosfaattia tai orgaanisia passivointiaineita painettujen piirilevyjen käsittelyyn; Sähkökemiallinen passivointi on prosessi, jossa tiettyyn elektrolyyttiin kohdistetaan tietty jännite hapettumisreaktioiden aiheuttamiseksi kuparikerrosten pinnalle, jolloin muodostuu passivointikalvo. Passivointikäsittelyn jälkeen kuparikerroksen pinnalla on tasainen passivointikalvon väri, kuten sateenkaari tai kullankeltainen.
Kuivaus: Puhdistettu ja passivoitunut piirilevy on kuivattava pintakosteuden poistamiseksi. Kuivausmenetelmiä ovat kuumailmakuivaus, tyhjiökuivaus jne. Kuumailmakuivaus on yleisesti käytetty menetelmä, jossa piirilevy asetetaan kuumaan ilmaan tietyssä lämpötilassa kosteuden haihduttamiseksi nopeasti. Kuivausprosessin aikana on kiinnitettävä huomiota lämpötilan säätöön, jotta vältetään liiallisen lämpötilan aiheuttama piirilevyn muodonmuutos tai kuparikerroksen hapettumis. Kuivattu piirilevy on säilytettävä oikein, jotta vältetään lisäkosteus tai saastuminen.