PCB joacă un rol crucial în conectarea și transmiterea semnalelor electronice, iar procesul de galvanizare a cuprului PCB, ca legătură de bază înprocesul de fabricare a pcb-ului, joacă un rol decisiv în performanța și calitatea plăcii de circuit. De la smartphone-uri la computere de înaltă-performanță, de la electronice auto până la echipamente aerospațiale, aproape toate plăcile de circuite imprimate ale dispozitivelor electronice se bazează pe tehnologia de galvanizare cu cupru.
1, Principiul galvanizării cuprului
Galvanizarea cuprului cu pcb este un proces electrochimic tipic bazat pe legea lui Faraday. În baia de galvanizare, pcb este folosit ca catod, iar anodul de cupru este scufundat într-un electrolit care conține ioni de cupru. Când se aplică o tensiune de curent continuu între catod și anod, curentul trece prin electrolit, declanșând o serie de reacții electrochimice.
Reacție anodică: anodul de cupru suferă o reacție de oxidare, în care atomii de cupru pierd doi electroni și devin ioni de cupru care intră în electrolit. Ecuația reacției este Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺.
Reacție catodică: Pe suprafața PCB, ionii de cupru dobândesc electroni și se reduc la atomi de cupru, care se depun pe suprafața PCB. Ecuația reacției este Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu.
Prin controlul parametrilor cum ar fi densitatea curentului, timpul de galvanizare și compoziția electrolitului, rata de depunere și grosimea acoperirii cuprului pot fi controlate cu precizie.
2, Fluxul procesului
(1) Preprocesare
Curățare: În primul rând, curățați temeinic substratul PCB pentru a îndepărta impuritățile, cum ar fi petele de ulei, praful și oxizii de pe suprafață. Metodele obișnuite de curățare includ curățarea alcalină, curățarea acidă și curățarea cu ultrasunete. Curățarea alcalină poate elimina în mod eficient uleiul și poluanții organici, în timp ce curățarea acidă este folosită în principal pentru a îndepărta oxizii. Curățarea cu ultrasunete poate curăța temeinic golurile fine și găurile de pe suprafața substratului prin efectul de cavitație al undelor ultrasonice. Suprafața substratului curățat nu trebuie să aibă impurități evidente și să prezinte un luciu metalic uniform.
Micro-coroziunea: Scopul micro-coroziunii este de a forma o suprafață micro rugoasă pe suprafața PCB, crescând aderența dintre stratul de cupru galvanizat ulterior și substrat. De obicei, pentru tratarea substraturilor se folosesc soluții care conțin micro-agrădanți, cum ar fi persulfatul sau peroxidul de hidrogen al acidului sulfuric. În timpul procesului de microgravare, agentul de microgravare suferă o reacție chimică cu suprafața de cupru, dizolvând un strat foarte subțire de cupru și formând structuri minuscule concave convexe. Gradul de micro-coroziune trebuie controlat strict, cu o cantitate generală de micro-coroziune controlată între 0,5-1,5 μm pentru a asigura o bună aderență fără coroziune excesivă a substratului.
Preimersie: Preimersia este procesul de scufundare a pcb-ului curățat și microgravat într-o soluție de preimersie care conține componente specifice, permițând suprafeței substratului să adsorbe un strat de substanță activă și să se pregătească pentru procesul de activare ulterior. Compoziția soluției de preimersie este de obicei similară cu cea a soluției de activare, dar cu o concentrație mai mică. Funcția sa principală este de a preveni oxidarea din nou a substratului înainte de activare și de a îmbunătăți efectul de activare. Timpul de preînmuiere este în general scurt, de obicei variind de la câteva secunde la zeci de secunde.
Activare: activarea este o etapă crucială în procesul de pre-tratare, care are ca scop adsorbția unui strat de particule metalice active catalitic, de obicei particule de paladiu, pe suprafața PCB. Aceste particule de paladiu vor servi ca centre catalitice pentru placarea chimică ulterioară cu cupru sau galvanizarea, promovând reducerea și depunerea ionilor de cupru. Metodele de activare utilizate în mod obișnuit includ metoda de activare a paladiului coloidal și metoda de activare a paladiului ionic. Soluția de activare a paladiului coloidal este compusă din sare de paladiu, sare de staniu și agent de chelare. În timpul procesului de activare, particulele de paladiu coloidal sunt adsorbite pe suprafața PCB; Metoda de activare a ionilor de paladiu este de a adsorbi ionii de paladiu pe suprafața substratului prin schimb de ioni și apoi de a-i reduce la paladiu metalic printr-un agent reducător. Parametrii precum timpul de activare și temperatura trebuie controlați cu precizie în funcție de tipul de soluție de activare și de materialul PCB pentru a asigura un strat de activare uniform și dens.
(2) Placare chimică cu cupru
Pentru unele substraturi PCB realizate din materiale ne-conductoare, cum ar fi plasticul armat cu fibră de sticlă, este necesară placarea chimică cu cupru înainte de galvanizarea cuprului pentru a forma un strat subțire de cupru conductiv pe suprafața substratului, oferind o cale conductivă pentru galvanizarea ulterioară a cuprului.
Principiul placare chimică cu cupru: placarea chimică cu cupru este o reacție de oxidare{0}}reducere autocatalitică. Pe o suprafață cu activitate catalitică, ionii de cupru se reduc la cupru metalic prin acțiunea unui agent reducător și se depun pe suprafața substratului. Ecuația principală a reacției este: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. În această reacție, ionii de cupru sunt reduși la atomi de cupru prin obținerea de electroni sub cataliza centrelor de paladiu, în timp ce formaldehida este oxidată la ioni de formiat.
Procesul de placare chimică cu cupru: În primul rând, pcb-ul activat este scufundat într-o soluție chimică de placare cu cupru care conține săruri de cupru, agenți de complexare, agenți reducători și alți aditivi. Temperatura soluției de placare este în general controlată între 40-50 de grade, iar valoarea pH-ului este menținută la aproximativ 12-13. În procesul de placare cu cupru fără electroși, este necesar să se amestece soluția de placare în mod corespunzător pentru a asigura uniformitatea soluției de placare și progresul suficient al reacției. Timpul pentru placarea cu cupru electroless depinde de grosimea necesară a stratului de cupru, iar în general se poate obține un strat de cupru cu o grosime între 0,2-0,5 μm. După placarea chimică cu cupru, PCB-ul trebuie curățat pentru a îndepărta soluția de placare reziduală și impuritățile de pe suprafață.
(3) Cupru galvanizat
Cupru galvanizat cu placă completă: cuprul galvanizat cu placă completă, cunoscut și sub denumirea de cupru primar, este folosit în principal pentru a galvaniza un strat de cupru pe întreaga suprafață a unui pcb care a suferit o placare chimică cu cupru, pentru a crește grosimea stratului de cupru, a îmbunătăți conductivitatea și rezistența mecanică și pentru a proteja stratul de placare chimică cu cupru de gravarea chimică și alte procese ulterioare. Galvanizarea cuprului cu plăci întregi utilizează de obicei o soluție acidă de placare cu sulfat de cupru, cu conținut de sulfat de cupru în general între 150-250 g/L și un conținut de acid sulfuric între 50-200 g/L în formulă, precum și cantități adecvate de ioni de clorură și aditivi. În procesul de galvanizare, pcb este folosit ca catod, iar bile de cupru fosfor sunt, în general, utilizate ca anod pentru a completa ionii de cupru din soluția de placare. Densitatea de curent este, în general, controlată la 1-2A/dm², iar timpul de galvanizare depinde de grosimea necesară a stratului de cupru, crescând de obicei grosimea stratului de cupru la 5-20 μm. În timpul procesului de galvanizare a cuprului pe întreaga placă, este necesară filtrarea continuă a soluției de placare pentru a îndepărta impuritățile și particulele din soluția de placare, asigurând calitatea acoperirii.
Cupru de galvanizare grafică: cuprul de galvanizare grafică, cunoscut și sub denumirea de cupru secundar, este o galvanizare selectivă a părților grafice ale circuitului necesare pe pcb după placarea completă a cuprului și transferul grafic, îngroșând și mai mult stratul de cupru pentru a îndeplini cerințele privind capacitatea de transport curent a circuitului și performanța transmisiei semnalului. Compoziția și parametrii de proces ai soluției de placare a cuprului de galvanizare grafică sunt similare cu cei ai cuprului de galvanizare cu panou complet, dar deoarece numai zonele grafice specifice sunt galvanizate, sunt necesare materiale de mască pentru a acoperi părțile care nu necesită galvanizare. În timpul procesului de galvanizare, trebuie acordată o atenție deosebită uniformității distribuției curentului pentru a se asigura că grosimea de acoperire a fiecărei părți a modelului este consistentă. După galvanizarea grafică cu cupru, grosimea stratului de cupru poate ajunge, în general, la 20-50 μ m, iar grosimea specifică depinde de cerințele de proiectare ale PCB.
(4) Postprocesare
Curățare: După galvanizarea cuprului, pcb-ul trebuie curățat bine mai întâi pentru a îndepărta soluția de placare reziduală și impuritățile de pe suprafață. Curățarea adoptă, în general, o metodă de clătire în contracurent în mai multe-etape, mai întâi clătiți cu apă curată, apoi clătiți cu apă deionizată pentru a vă asigura că nu există substanțe chimice reziduale pe suprafața PCB. Suprafața PCB curățată trebuie să fie curată, fără pete și să aibă o valoare a pH-ului aproape neutră.
Pasivare: Pentru a îmbunătăți rezistența la coroziune a straturilor de cupru galvanizate, este de obicei necesar un tratament de pasivare. Pasivarea este formarea unui film de pasivare extrem de subțire pe suprafața unui strat de cupru, care poate preveni reacțiile chimice dintre oxigen și umiditate și cupru, prelungind astfel durata de viață a stratului de cupru. Metodele de pasivare utilizate în mod obișnuit includ pasivarea chimică și pasivarea electrochimică. Pasivarea chimică utilizează în general soluții care conțin cromat, fosfat sau pasivatori organici pentru a trata plăcile de circuite imprimate; Pasivarea electrochimică este procesul de aplicare a unei anumite tensiuni într-un anumit electrolit pentru a provoca reacții de oxidare pe suprafața straturilor de cupru, formând o peliculă de pasivare. După tratamentul de pasivare, suprafața stratului de cupru va prezenta o culoare uniformă a peliculei de pasivare, cum ar fi curcubeul sau galben auriu.
Uscarea: PCB-ul curățat și pasivizat trebuie să fie uscat pentru a îndepărta umezeala de suprafață. Metodele de uscare includ uscare cu aer cald, uscare în vid etc. Uscarea cu aer cald este o metodă folosită în mod obișnuit, care implică plasarea PCB într-un mediu cu aer cald la o anumită temperatură pentru a evapora rapid umiditatea. În timpul procesului de uscare, trebuie acordată atenție controlului temperaturii pentru a evita deformarea pcb-ului sau oxidarea stratului de cupru cauzată de temperatură excesivă. PCB-ul uscat trebuie depozitat corespunzător pentru a evita umiditatea sau contaminarea ulterioară.