Pe fundalul evoluției dispozitivelor electronice către putere mare și fiabilitate ridicată,placă de circuit imprimat gros de cupruau devenit substratul de bază în domenii precum modulele de putere, electronicele auto și echipamentele industriale datorită capacității excelente de transport de curent și performanței de disipare a căldurii. Cu toate acestea, în timpul procesului de gravare a plăcilor cu circuit imprimat din cupru groase, există provocări comune, cum ar fi adâncimea mare de gravare, dificultatea de a controla gravarea laterală și uniformitatea insuficientă. Gravarea neuniformă poate duce la abaterea lățimii liniei, reziduuri locale sau coroziune excesivă, care nu numai că afectează performanța circuitului, ci poate prezenta și un risc de deșeuri ale lotului.
Particularitatea și provocările procesului de gravare pentru plăci groase de cupru
Placa groasă de cupru se referă la o placă cu o grosime a foliei de cupru de nu mai puțin de 105 μ m, iar specificațiile comune includ 105 μ m, 140 μ m, 180 μ m etc. Datorită stratului mai gros de cupru, există diferențe semnificative în procesul de gravare în comparație cu placa de circuit imprimat subțire obișnuită de cupru.
Adâncime mare de gravare: grosimea stratului de cupru care trebuie îndepărtat este de 3-10 ori mai mare decât a plăcii de circuit imprimat subțire obișnuit din cupru, iar timpul de gravare este mult extins. De exemplu, timpul necesar pentru gravarea de la 180 μm la 35 μm este de 2-5 ori mai mare decât cel al gravării de la 18 μm folie de cupru la 35 μm;
Dificultate în controlul coroziunii laterale: viteza de gravare a soluției de gravare este diferită în direcțiile verticală și orizontală. Cu cât stratul de cupru este mai gros, cu atât această diferență este mai evidentă, ceea ce poate duce cu ușurință la o precizie excesivă a lățimii liniei. De exemplu, dacă lățimea de linie proiectată de 500 μm este gravată, aceasta poate fi de numai 450 μm sau pot apărea probleme de reziduuri de gravare în cazul în care stratul de cupru local nu este complet îndepărtat;
Cerințe de uniformitate ridicată: la gravarea unei plăci cu circuit imprimat cu suprafață mare de-cupru groase, pot exista diferențe în debitul, temperatura și alți parametri ai soluției chimice între margini și zona centrală a plăcii, ceea ce poate provoca gravarea neuniformă în diferite regiuni și poate duce la o abatere a grosimii cuprului de peste 10% în diferite poziții pe aceeași placă.
Probleme tipice și analiza cauzelor gravare neuniformă
1. Rata de gravare inconsecventă a întregii plăci
Rata inconsecventă de gravare a întregii plăci este cauzată în principal de distribuția neuniformă a soluției chimice și a gradientului de temperatură. Dacă duza mașinii de gravat prin pulverizare este blocată sau presiunea este insuficientă, se va produce un flux neuniform de lichid pe suprafața plăcii. De exemplu, dacă presiunea standard este de 2,0 bar și presiunea măsurată este de numai 1,5 bar, rata de gravare în unele zone va scădea semnificativ. În plus, o defecțiune a sistemului de control al temperaturii din interiorul rezervorului de gravare poate provoca fluctuații de temperatură. De exemplu, dacă temperatura setată este de 50 de grade, dar diferența de temperatură reală ajunge la ± 5 grade, rata de gravare în zonele cu temperatură ridicată-va accelera, în timp ce în zonele cu temperatură scăzută-, reziduurile de strat de cupru sunt predispuse să apară. A existat un caz în care o placă de cupru cu grosimea de 140 μm a fost deteriorată din cauza tubului de încălzire din partea stângă a canelurii de gravare. Temperatura din jumătatea stângă a fost cu 8 grade mai mică decât cea din jumătatea dreaptă, iar grosimea cuprului rezidual în jumătatea stângă a depășit 20 μm.
2. Reziduuri de gravare localizate sau gravare excesivă
Reziduurile de gravare localizate sau gravarea excesivă sunt de obicei legate de defecte ale stratului de rezistență și de rugozitatea foliei de cupru. Dacă aderența peliculei uscate sau a cernelii măștii de lipit pe suprafața cuprului gros este insuficientă, se poate produce infiltrare în timpul gravării, adică marginea stratului rezistent la coroziune-se poate ridica, provocând coroziunea stratului de cupru de dedesubt. În același timp, rugozitatea suprafeței foliei groase de cupru este relativ mare. Dacă rugozitatea Ra este mai mare de 5 μm, zona concavă este predispusă să rețină soluția de medicament și să formeze un punct orb de gravare, rezultând reziduuri locale. De exemplu, în zona de dirijare a curentului mare a plăcii groase de cupru a modulului de putere, capacitatea de transport a curentului poate scădea din cauza reziduurilor de gravare, iar rezistența măsurată este cu 15% mai mare decât valoarea de proiectare.
3. Eroziunea laterală excesivă duce la eșecul preciziei lățimii liniei
Gravarea laterală excesivă este cauzată în principal de timpul prelungit de gravare și de compoziția dezechilibrată a soluției de gravare. Extinderea timpului de proces pentru a asigura gravarea completă a cuprului gros poate duce la o gravare laterală crescută. De obicei, pentru fiecare minut suplimentar de gravare, lățimea liniei va scădea cu 10-15 μm. În plus, concentrația insuficientă de acid clorhidric sau conținutul excesiv de clorură ferică în soluția de gravare poate reduce capacitatea de gravare selectivă, corodând în același timp stratul rezistent la coroziune și stratul de cupru, ceea ce duce la pierderea preciziei lățimii liniei.
Metode de remediere țintite și optimizare a proceselor
1. Optimizarea echipamentelor și a sistemului de medicație
(1) Actualizare sistem de pulverizare
Adoptând un design cu strat de pulverizare dublu, duzele superioare și inferioare sunt dispuse într-o manieră eșalonată pentru a îmbunătăți uniformitatea acoperirii medicamentelor, iar presiunea este controlată la 2,5-3,0 bar. În același timp, instalați un senzor de monitorizare a debitului duzei pentru a furniza alarme în timp real pentru blocare și curățați regulat duza cu o soluție de acid azotic 5% cel puțin o dată pe săptămână. Practica a arătat că la gravarea unei plăci de cupru cu grosimea de 180 μm, creșterea presiunii de pulverizare de la 1,8 bar la 2,8 bar poate îmbunătăți uniformitatea gravării întregii plăci de la ± 12% la ± 5%.
(2) Controlul temperaturii și optimizarea circulației medicamentelor
Înlocuiți încălzirea bobinei cu schimbătoare de căldură cu plăci pentru a controla fluctuațiile de temperatură în ± 1 grad. Temperatura de gravare preferată este de 55-60 de grade pentru a spori activitatea soluției chimice. Măriți puterea pompei de circulație a lichidului, măriți debitul de la 20 m³/h la 35 m³/h și instalați un element de filtrare de 10 μm pentru a îndepărta flocurile de ioni de cupru și pentru a menține lichidul curat.
Îmbunătățirea procesului stratului anti-coroziune
(1) Armare de preprocesare
Înainte de gravare, se utilizează o placă de șlefuire și un proces de microgravare pentru a controla rugozitatea plăcii de șlefuire la Ra2-3 μm și adâncimea de microgravare la 1,5-2,0 μm, sporind interblocarea mecanică dintre suprafața de cupru și stratul rezistent la coroziune. Aplicarea simultană a unui agent de cuplare cu silan, cum ar fi KH-570, pentru a forma un strat de adsorbție la nivel molecular pe suprafața de cupru, îmbunătățind aderența filmului uscat și crescând rezistența la exfoliere de la 1,2 N/mm la 1,8 N/mm.
(2) Selectarea și optimizarea acoperirii stratului rezistent la coroziune-
Ar trebui să se acorde prioritate filmelor uscate cu peliculă groasă cu o grosime de 50-75 μm, cum ar fi Asahi Kasei DF-2000, care are o rezistență mai bună la coroziune și o capacitate de penetrare a soluției de gravare mai bună decât filmele uscate obișnuite de 25 μm. Când aplicați filmul, creșteți presiunea la 1,5-2,0 MPa și mențineți-o la 2,5-3,0 kg/cm pentru a evita defecțiunea locală a rezistenței la coroziune cauzată de bule sau riduri.
Reglarea dinamică a parametrilor de gravare
(1) Proces de gravare segmentată
Adoptând un control al concentrației treptat, prima etapă folosește o soluție de gravare cu concentrație mare cu o concentrație de acid clorhidric de 8% și un conținut de clorură ferică de 450g/L pentru a îndepărta rapid cea mai mare parte a stratului de cupru, cu o rată de gravare de până la 70%; În a doua etapă, treceți la o soluție de gravare cu concentrație scăzută, cu o concentrație de acid clorhidric de 5% și un conținut de clorură ferică de 300 g/L pentru gravarea fină pentru a reduce gravarea laterală, ceea ce poate reduce cantitatea de gravare laterală cu 40%. Monitorizarea în timp real a progresului gravării este realizată printr-un tester online de grosime a cuprului. Când grosimea de cupru rămasă se apropie de valoarea țintă, trece imediat la a doua etapă.
(2) Tehnologia de gravare cu impulsuri
Pornirea periodică a opririi pulverizării medicamentelor, cum ar fi pulverizarea timp de 30 de secunde și oprirea timp de 10 secunde, utilizează efectul de cavitație pentru a reduce eroziunea laterală cauzată de pulverizarea continuă și pentru a promova descărcarea produselor de coroziune. După gravarea cu impulsuri, precizia lățimii liniei a unei plăci de cupru cu grosimea de 105 μm a fost îmbunătățită de la ± 25 μm la ± 10 μm, iar eficiența gravării a fost crescută cu 15%.
Tehnici de reparații și reparații
(1) Supliment local de gravare
Pentru suprafețe mici cu reziduuri de gravare, cum ar fi suprafețe mai mici de 10 cm², se poate folosi o perie pentru a scufunda soluția de gravare diluată, pentru a amesteca acid clorhidric și apă într-un raport de 1:1 și pentru a o aplica uniform pe zona reziduală. După 10-30 de secunde de acțiune, spălați rapid cu apă și controlați cu strictețe timpul pentru a evita supragravarea.
(2) Umplere și reparare prin galvanizare
Când gravarea excesivă cauzează o abatere a lățimii liniei care depășește 15%, galvanizarea poate fi utilizată pentru umplere și reparare. În primul rând, efectuați îndepărtarea uleiului și pretratarea de microgravare pe zona care trebuie reparată, apoi utilizați procese locale de galvanizare, cum ar fi placarea cu perie, cu densitatea de curent controlată la 10-15 A/dm² și timp de galvanizare de 5-10 minute până la atingerea lățimii liniei de proiectare.
Construcția sistemului de detectare și prevenire
1. Tehnologia de detectare online
Folosind tehnologia de măsurare a grosimii cu raze X-, se prelevează o probă de la fiecare cinci plăci de circuit imprimat gravate pentru a măsura grosimea cuprului în mai multe puncte, inclusiv patru margini și un punct central, cu o toleranță controlată de ± 5%. Echipat cu echipament de inspecție optică automată, folosind o lentilă obiectiv de 50x, viteză de scanare care nu depășește 20 cm²/s, identificând defecte precum abaterea lățimii liniei și reziduurile de gravare, cu un prag de alarmă setat la ± 10 μm.
2. Validarea și standardizarea proceselor
Înainte de fiecare lot de producție, prima piesă este realizată și analizată prin feliere, iar uniformitatea gravării este confirmată la microscop mărit de 200 de ori. Numai după trecerea inspecției poate fi realizată producția de masă. Stabiliți un sistem de trasabilitate a parametrilor pentru a înregistra temperatura, presiunea, concentrația medicamentului, timpul și alte date în timpul procesului de gravare, stabiliți un model de date mari pentru a prezice riscurile de fluctuație a procesului, cum ar fi avertizarea de viață a medicamentelor.
Soluția la problema de gravare neuniformă a plăcii cu circuite imprimate din cupru gros necesită optimizarea întregului lanț de la hardware-ul echipamentului, parametrii de proces, potrivirea materialului la sistemul de detectare. Prin modernizarea sistemului de pulverizare, consolidarea stratului rezistent la coroziune-și implementarea proceselor de gravare segmentată, uniformitatea și acuratețea gravării pot fi îmbunătățite semnificativ.