Obecnie, w miarę ciągłego rozwoju urządzeń elektronicznych w kierunku miniaturyzacji i wysokiej wydajności, wydajność płytek drukowanych, jako podstawowego nośnika systemów elektronicznych, bezpośrednio wpływa na ogólną jakość operacyjną sprzętu. Coraz większą uwagę poświęca się technologii powlekania płytek drukowanych, jako ważnemu sposobowi poprawy wydajności płytek drukowanych. Odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu stabilnej pracy i przedłużeniu żywotności urządzeń elektronicznych poprzez pokrycie powierzchni płytki drukowanej jedną lub kilkoma cienkimi warstwami określonych materiałów, nadając płytce drukowanej nowe właściwości funkcjonalne, takie jak zwiększona przewodność, poprawiona odporność na utlenianie i poprawiona lutowność.
1, Cel i znaczenie powlekania płytek drukowanych
(1) Chroń płytki drukowane przed erozją środowiskową
Podczas użytkowania płytek drukowanych będą one narażone na różne złożone czynniki środowiskowe, takie jak wilgotne powietrze, żrące gazy, kurz itp. Czynniki te będą stopniowo powodować erozję metalowych linii na powierzchni płytki drukowanej, powodując utlenianie folii miedzianej, korozję linii i ostatecznie prowadząc do awarii obwodów. Powłoka może tworzyć gęstą warstwę ochronną na powierzchni płytki drukowanej, skutecznie izolując bezpośredni kontakt pomiędzy środowiskiem zewnętrznym a płytką drukowaną oraz spowalniając tempo utleniania i korozji metalu. Na przykład w trudnych warunkach, takich jak obszary przybrzeżne lub wokół firm chemicznych, powlekane płytki drukowane mogą mieć żywotność kilka razy dłuższą niż niepowlekane płytki drukowane.
(2) Popraw wydajność elektryczną płytek drukowanych
Niektóre materiały powłokowe mają dobrą przewodność. Powlekając powierzchnię płytki drukowanej tymi materiałami, można zmniejszyć rezystancję obwodu, a także poprawić wydajność i stabilność transmisji sygnału. W obwodach-wysokiej częstotliwości prędkość transmisji sygnału jest duża, a częstotliwość wysoka, co wymaga dopasowania obwodu o wyjątkowo wysokiej impedancji. Odpowiednia powłoka może zoptymalizować charakterystykę impedancji obwodu, zmniejszyć odbicia i straty sygnału oraz zapewnić wysoką-jakość transmisji sygnałów o wysokiej-częstotliwości. Ponadto niektóre powłoki mają również właściwości izolacyjne, które mogą tworzyć warstwę izolacyjną na płytce drukowanej, izolować linie o różnych potencjałach, zapobiegać zwarciom i dodatkowo poprawiać niezawodność elektryczną płytki drukowanej.
(3) Popraw lutowność płytek drukowanych
Dobra lutowność jest kluczem do zapewnienia niezawodnego połączenia pomiędzy elementami elektronicznymi a płytkami drukowanymi podczas procesu montażu płytek drukowanych. Jednakże utlenianie, zanieczyszczenie i inne problemy na powierzchni płytki drukowanej mogą zmniejszyć jej lutowność, prowadząc do wad, takich jak słabe lutowanie lub lutowanie pozorne. Powłoka może usuwać tlenki z powierzchni płytek drukowanych, tworząc warstwę powierzchniową łatwą do lutowania, poprawiając zwilżanie i wiązanie pomiędzy lutem a płytką drukowaną, dzięki czemu proces lutowania jest płynniejszy oraz poprawia wydajność montażu i jakość produktu.
2, Typowe rodzaje powłok płytek drukowanych
(1) Chemiczne złocenie niklem
Chemiczne złocenie niklem jest jednym z powszechnie stosowanych procesów powlekania w obecnym przemyśle płytek drukowanych. W procesie tym najpierw osadza się warstwa niklu na powierzchni płytki drukowanej poprzez powlekanie chemiczne, o grubości zazwyczaj pomiędzy 3-5 μm. Warstwa niklu ma dobrą odporność na zużycie i korozję, co może zapewnić wstępną ochronę płytki drukowanej. Tymczasem obecność warstwy niklu może zapobiegać dyfuzji miedzi do warstwy złota, unikając odbarwień i pogorszenia wydajności warstwy złota. Na wierzchu warstwy niklu w wyniku reakcji wypierania osadza się warstwa złota, której grubość zwykle mieści się w zakresie od 0,05 do 0,1 μm. Warstwa złota ma doskonałą odporność na utlenianie, przewodność i spawalność, co może skutecznie chronić warstwę niklu. Podczas procesu lutowania elementów elektronicznych warstwa złota może szybko rozpuścić się w lutowiu, uzyskując dobre wyniki lutowania. Proces bezprądowego niklowania złota jest odpowiedni dla płytek drukowanych, które wymagają wysokiej płaskości powierzchni, lutowalności i niezawodności, takich jak płyty główne komputerów, płytki drukowane telefonów komórkowych itp.
(2) Chemiczne powlekanie niklowo-palladowe
Proces chemicznego powlekania niklowo-palladem opracowano w oparciu o proces chemicznego powlekania złotem niklowym. W porównaniu z procesem ENIG dodaje on warstwę palladu pomiędzy warstwą niklu i warstwą złota, o grubości na ogół w zakresie 0,05-0,1 μm. Dodatek warstwy palladu może skutecznie stłumić zjawisko „czarnego dysku”. Zjawisko „czarnego dysku” odnosi się do nierównomiernej zawartości fosforu na powierzchni warstwy niklu lub reakcji chemicznej pomiędzy warstwą niklu a warstwą złota w środowiskach o wysokiej temperaturze i dużej wilgotności w technologii ENIG, co powoduje, że powierzchnia warstwy niklu staje się czarna, wpływając w ten sposób na wydajność lutowania i niezawodność płytki drukowanej. Warstwa palladu w procesie ENEPIG może zapobiegać niepożądanym reakcjom pomiędzy niklem a złotem, poprawiając stabilność i niezawodność powłoki. Proces ten jest odpowiedni w dziedzinach wymagających wyjątkowo wysokiej niezawodności, takich jak przemysł lotniczy, sprzęt medyczny itp.
(3) Organiczna folia zabezpieczająca przed lutowaniem
Organiczna folia ochronna chroniąca przed lutowaniem to proces powlekania, który pokrywa cienkie warstwy organiczne na powierzchni płytek drukowanych. Grubość folii OSP jest niezwykle cienka, zwykle pomiędzy 0,2-0,5 μm. Metodami chemicznymi tworzy przezroczystą warstwę organiczną na powierzchni miedzi, która może chronić miedź przed utlenianiem przez pewien okres czasu i może szybko rozkładać się podczas spawania, nie wpływając na efekt spawania. Technologia OSP ma zalety w postaci niskiego kosztu, prostego procesu i ochrony środowiska i nadaje się do płytek drukowanych, które są wrażliwe na koszty i mają pewne wymagania dotyczące lutowalności, takich jak płytki drukowane w elektronice użytkowej, zwykłym sprzęcie gospodarstwa domowego i innych dziedzinach. Jednakże zdolność przeciwutleniająca folii OSP jest stosunkowo słaba, a czas jej przechowywania jest ograniczony. Ogólnie rzecz biorąc, spawanie i montaż muszą zostać zakończone w krótkim czasie po pokryciu.
(4) Chemiczne wytrącanie srebra
Proces osadzania srebra powoduje osadzenie cienkiej warstwy srebra na powierzchni płytki drukowanej w wyniku reakcji wypierania. Warstwa srebra ma doskonałą przewodność (ustępując tylko złotu) i lutowność, co może skutecznie zmniejszyć rezystancję linii i poprawić wydajność transmisji sygnału. Jednakże stabilność chemiczna warstwy srebra jest słaba i podatna na utlenianie lub zasiarczenie, dlatego często konieczne jest zastosowanie organicznych środków ochronnych lub wykonanie obróbki zanurzeniowej złotem w celu przedłużenia jej żywotności. Proces ten jest odpowiedni w przypadku obwodów-o wysokiej częstotliwości (takich jak sprzęt 5G i komunikacja satelitarna), ale w środowiskach o wysokiej wilgotności i wysokiej zawartości siarki wymagane jest staranne projektowanie, aby uniknąć migracji srebra lub korozji.
3, Proces powlekania płytek drukowanych
(1) Wstępne przetwarzanie
Obróbka wstępna to podstawowy etap powlekania płytek drukowanych, którego celem jest usunięcie zanieczyszczeń takich jak olej, tlenki, pył itp. z powierzchni płytki drukowanej, tak aby uzyskać czysty i aktywowany stan oraz zapewnić dobry podkład pod kolejne procesy powlekania. Obróbka wstępna zwykle obejmuje takie procesy, jak usuwanie oleju, mikrotrawienie, przemywanie kwasem i mycie wodą. W procesie odtłuszczania stosuje się rozpuszczalniki alkaliczne lub organiczne w celu usunięcia plam olejowych z powierzchni płytki drukowanej; Proces mikrotrawienia usuwa warstwę tlenku i niewielkie zadziory na powierzchni płytki drukowanej w wyniku korozji chemicznej, zwiększa chropowatość powierzchni i poprawia przyczepność pomiędzy powłoką a płytką drukowaną; Proces wytrawiania służy do dalszego usunięcia tlenków z powierzchni metalu i dostosowania kwasowości lub zasadowości powierzchni; Proces mycia wodą służy do oczyszczenia i usunięcia resztek odczynników chemicznych z poprzednich etapów.
(2) Powłoka
W zależności od różnych typów powłok do powlekania stosuje się odpowiednie procesy powlekania. Biorąc za przykład niklowanie bezprądowe, po zakończeniu-obróbki wstępnej płytkę drukowaną zanurza się w roztworze do niklowania bezprądowego zawierającym sole niklu, środki redukujące, środki chelatujące i inne składniki. W odpowiednich warunkach temperatury (zwykle 80-90 stopni) i pH (zwykle 4,5-5,5) jony niklu są redukowane przez środek redukujący na powierzchni płytki drukowanej, osadzając warstwę niklu. Po zakończeniu niklowania przenieś płytkę drukowaną do roztworu do złocenia i osadź warstwę złota na powierzchni warstwy niklu w wyniku reakcji wypierania. Podczas procesu powlekania należy ściśle kontrolować parametry procesu, takie jak skład roztworu, temperaturę, wartość pH i czas, aby mieć pewność, że grubość, jednorodność i jakość powłoki spełniają wymagania.
(3) Przetwarzanie końcowe
Oczyszczanie końcowe obejmuje głównie procesy takie jak mycie wodą, suszenie i testowanie. Mycie wodą służy do usuwania resztek roztworów powłok i odczynników chemicznych z powierzchni płytek drukowanych, aby zapobiec ich niekorzystnemu wpływowi na działanie płytek drukowanych; Suszenie to proces usuwania wilgoci z powierzchni płytki drukowanej, aby zapobiec rdzewieniu lub innym problemom z jakością resztkową wilgoci; Proces testowania kompleksowo ocenia jakość powłoki za pomocą różnych metod testowania, takich jak kontrola wzrokowa, pomiar grubości warstwy, test lutowności, test przewodności itp., aby upewnić się, że powlekana płytka drukowana spełnia wymagania projektowe i standardy użytkowania.