Jako podstawowy element produktów elektronicznych, wydajność i jakość płytek drukowanych bezpośrednio wpływa na stabilność i niezawodność całego urządzenia elektronicznego. Wśród wielu czynników wpływających na działanie płytek drukowanych kluczową rolę odgrywa zdolność przeciwutleniająca.
Zagrożenia utleniania płytek drukowanych
płytka drukowana składa się głównie z linii przewodzących, podłoży izolacyjnych i różnych elementów elektronicznych. W codziennym użytkowaniu płytki drukowane napotykają różne wyzwania środowiskowe, a utlenianie to problem, którego nie można ignorować. Tlen, wilgoć i różne zanieczyszczenia w powietrzu mogą reagować chemicznie z metalowymi drutami na płytce drukowanej, powodując korozję, zwiększoną rezystancję, niestabilną transmisję sygnału, a nawet awarie obwodów. Zwłaszcza części metalowe, takie jak przewody z folii miedzianej i złącza lutowane na płytkach drukowanych, są podatne na reakcję z tlenem z powietrza, tworząc tlenki. Tlenki te mogą zwiększać rezystancję obwodu, zakłócać stabilność transmisji sygnału, a w poważnych przypadkach powodować przerwy w obwodach, w wyniku czego urządzenia elektroniczne nie działają prawidłowo.
Proces antyoksydacyjny
Organiczna maska lutownicza
Jest to powszechnie stosowany proces-przeciwutleniania płytek drukowanych, podczas którego na powierzchni płytki drukowanej powstaje cienka organiczna warstwa ochronna, która izoluje metal od powietrza, wywierając w ten sposób efekt-przeciwutleniający. Zasada opiera się na wiązaniach chemicznych. Biorąc za przykład zwykły azol OSP, pierścień imidazolowy w organicznych związkach alkilobenzimidazolowych może tworzyć wiązanie koordynacyjne z elektronami 3d10 atomów miedzi, tworząc w ten sposób kompleksy alkilobenzimidazolowo-miedziowe. Podczas procesu powlekania najpierw powlekana jest pierwsza warstwa, która adsorbuje miedź. Następnie druga warstwa cząsteczek powłoki organicznej łączy się z miedzią i proces ten powtarza się aż do powstania struktury złożonej z wielu cząsteczek powłoki organicznej. Na koniec na powierzchni miedzi tworzy się warstwa ochronna o grubości zwykle od 0,2-0,5 µm. Co więcej, ze względu na przyciąganie van der Waalsa pomiędzy długołańcuchowymi-grupami alkilowymi i obecność pierścieni benzenowych, ta folia ochronna ma dobrą odporność na ciepło i wysoką temperaturę rozkładu. W późniejszym środowisku spawania w wysokiej temperaturze tę warstwę ochronną można łatwo i szybko usunąć za pomocą topnika, umożliwiając odsłoniętej czystej powierzchni miedzi związanie się ze stopionym lutem w bardzo krótkim czasie, tworząc mocne połączenie lutowane.
Proces OSP jest stosunkowo niski koszt i nie jest skomplikowany, dzięki czemu nadaje się do produkcji-na dużą skalę. I może utrzymać dobrą lutowność pól lutowniczych, zapewniając jakość spawania. Ma jednak również pewne wady, takie jak cienka warstwa, która ogranicza czas przechowywania, a działanie przeciwutleniające ma tendencję do zmniejszania się wraz z upływem czasu i zmianami środowiskowymi; Nieodporny na wysokie temperatury, ograniczony w scenariuszach wymagających wielu-procesów wysokotemperaturowych; Środowisko spawania ma rygorystyczne wymagania, a czynniki takie jak zanieczyszczenia i wilgoć w środowisku mogą łatwo wpłynąć na jego wydajność i jakość spawania.
zanurzenie złota
Proces ten polega na osadzeniu warstwy niklu na powierzchni płytki drukowanej, a następnie warstwy złota. Warstwa niklu może blokować dyfuzję miedzi, podczas gdy warstwa złota ma dobrą odporność na utlenianie i przewodność, co może znacznie poprawić wydajność i niezawodność płytki drukowanej. Proces chemicznego powlekania złotem niklem jest już dojrzały i zapewnia wystarczającą ilość materiału, nadającego się do lutowania-bezołowiowego. Jednak koszt tego procesu jest stosunkowo wysoki, a jego powierzchnia nie jest wystarczająco gładka, co utrudnia spawanie elementów o drobnej podziałce.
Zanurzenie w srebrze
Proces zanurzania srebra pozwala na utworzenie jednolitej warstwy srebra na powierzchni płytki drukowanej, o dobrej odporności na utlenianie i lutowności. Pod warstwą srebra nie ma warstwy niklu, zatem srebro zanurzeniowe nie jest tak wytrzymałe fizycznie jak niklowanie bezprądowe/złoto zanurzeniowe. Warstwa srebra pod wpływem powietrza ulegnie podwójnej korozji. Podczas utleniania chemicznego 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O tworzy żółtą warstwę tlenku; Podczas korozji elektrochemicznej Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ wytwarza czarne siarczki. Gdy wilgotność względna jest większa niż 60%, szybkość korozji wzrasta trzykrotnie; W środowiskach-zawierających siarkę, takich jak opakowania gumowe, widoczne odbarwienie może wystąpić w ciągu 24 godzin.
zanurzanie w cynie
Proces zanurzania cyny pokrywa powierzchnię płytki drukowanej warstwą cyny, która może skutecznie zapobiegać utlenianiu. Ponieważ wszystkie materiały lutownicze oparte są na cynie, warstwa cyny może pasować do każdego rodzaju lutowia. Jednakże płytki obwodów drukowanych poddawane w przeszłości procesom zanurzania w cynie były podatne na problemy z wąsami cynowymi, a podczas procesu lutowania zjawiska wąsów cynowych i migracji cyny stanowiły poważne wyzwanie dla niezawodności. Później, przez dodanie dodatków organicznych do roztworu zanurzeniowego cyny, struktura warstwy cyny została przekształcona w cząstki, przezwyciężając powyższe-trudności i charakteryzując się dobrą stabilnością termiczną i spawalnością. Czas przechowywania blaszek cynowych jest ograniczony, a pozostawione zbyt długo na ich powierzchni utworzą się tlenek cyny, co będzie miało wpływ na efekt zgrzewania. Dlatego podczas montażu należy ściśle przestrzegać kolejności wkładania puszki.
Poziomowanie gorącym powietrzem
Poziomowanie gorącym powietrzem, znane również jako poziomowanie lutem gorącym powietrzem, powszechnie znane jako natryskiwanie cyny. Proces ten polega na powlekaniu powierzchni płytki drukowanej stopionym lutem cynowo-ołowiowym. Obecnie częściej stosuje się lutowie-bezołowiowe, a następnie podgrzewa się sprężone powietrze w celu wyrównania lutu, tworząc warstwę powłoki, która skutecznie opiera się utlenianiu miedzi i zapewnia doskonałą lutowność. Podczas gorącej klimatyzacji lut oddziałuje z miedzią, tworząc na złączu związki miedzi i cyny. Proces ten dzieli się na pionowy i poziomy, przy czym typ poziomy jest ogólnie uważany za bardziej korzystny ze względu na bardziej równomierne powlekanie i możliwość osiągnięcia zautomatyzowanej produkcji. Ogólny proces obejmuje takie etapy, jak mikrotrawienie, podgrzewanie, powlekanie topnikiem, natryskiwanie cyną i czyszczenie. Proces wyrównywania gorącym powietrzem jest zaawansowany, charakteryzuje się stosunkowo niskim kosztem i dobrą lutownością, odpowiedni do lutowania-bezołowiowego. Jednak jego powierzchnia nie jest wystarczająco gładka, co utrudnia spawanie elementów o drobnej podziałce, a ołów zawierający HASL również stwarza problemy środowiskowe.
brauning
W procesie produkcji wielowarstwowych-płytek drukowanych obróbka wewnętrznej powierzchni folii miedzianej ma kluczowe znaczenie dla jakości laminowania, a proces brązowienia jest w nim szeroko stosowany. Jego rdzeniem jest utworzenie porowatej warstwy tlenku miedzi lub tlenku miedziawego na powierzchni miedzi w wyniku reakcji utleniania chemicznego. Pod działaniem alkalicznych utleniaczy miedź ulega reakcjom utleniania z 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻. Brązowienie nie tylko zapewnia dobrą przyczepność międzywarstwową, ale także poprawia zwilżalność żywicy podczas procesu laminowania. Porowata struktura warstwy brązowiejącej zwiększa powierzchnię folii miedzianej, ułatwiając penetrację żywicy i wypełnianie mikroporów, redukując pęcherzyki i puste przestrzenie podczas laminowania, zwiększając mechaniczną siłę gryzienia i zmniejszając ryzyko rozwarstwienia. Podczas cykli termicznych płytek drukowanych naprężenia mogą być rozłożone bardziej równomiernie, zmniejszając ryzyko rozwarstwienia międzywarstwowego i poprawiając niezawodność termiczną. Jednakże, jeśli nie jest odpowiednio kontrolowane, nadmierne utlenianie może spowodować, że warstwa tlenku będzie zbyt gruba i krucha, zmniejszając siłę wiązania; Nierównomierne utlenianie może prowadzić do nierównych sił wiązania i zwiększać ryzyko rozwarstwienia; Jeśli przed późniejszą laminacją dojdzie do zanieczyszczenia brązowieniem, np. wchłanianiem wilgoci lub uszkodzeniem warstwy tlenkowej, może to również prowadzić do zmniejszenia siły wiązania. Grubość warstwy tlenku jest zwykle kontrolowana w zakresie 0,5-1,5 μm. Przed brązowieniem stosuje się proces mikrotrawienia w celu usunięcia tlenków i zanieczyszczeń organicznych z powierzchni miedzi. Typowe środki mikrotrawiące obejmują nadsiarczan amonu lub systemy nadtlenku wodoru kwasu siarkowego. Roztwory brązujące zwykle składają się z alkalicznych utleniaczy, środków kompleksujących i stabilizatorów. Dostosowując warunki utleniania, można uzyskać optymalny stosunek CuO/CuO ₂ O, aby zrównoważyć siłę wiązania i odporność cieplną. Powierzchnia miedzi po brązowieniu jest podatna na wilgoć lub zanieczyszczenia powietrza i zwykle wymaga obróbki przeciwutleniającej przed laminowaniem, takiej jak zastosowanie organicznych warstw ochronnych, takich jak benzotriazol lub inne przeciwutleniacze, a także przechowywania w suchym miejscu, aby uniknąć wchłaniania wilgoci i zmniejszyć ryzyko pogorszenia.
Inne środki dotyczące odporności na utlenianie płytek drukowanych
Wybór materiału
Wybór wysokiej jakości-podłoży i materiałów metalowych ma kluczowe znaczenie w procesie produkcji płytek drukowanych. Wysokiej jakości podłoża charakteryzują się dobrymi właściwościami izolacyjnymi i stabilnością, co może skutecznie blokować inwazję tlenu i wilgoci. Tymczasem, stosując powłoki metalowe o silnych właściwościach przeciwutleniających, takie jak złocenie, srebrzenie, cynowanie itp., Na powierzchni obwodu metalu można utworzyć warstwę ochronną, aby zapobiec wystąpieniu reakcji utleniania. Na przykład w niektórych-produktach elektronicznych wysokiej klasy jako materiał pokryty miedzią-stosowana jest folia z miedzi beztlenowej o doskonałej odporności na utlenianie, aby zwiększyć ogólną odporność płytki drukowanej na utlenianie.
kontrola środowiska
Rozsądne warunki przechowywania i użytkowania są równie istotne dla odporności płytek drukowanych na utlenianie. Podczas produkcji, przechowywania i transportu płytek drukowanych należy ściśle kontrolować temperaturę i wilgotność otoczenia, aby uniknąć narażenia płytek drukowanych na działanie wysokiej temperatury, wysokiej wilgotności lub środowiska zawierającego zanieczyszczenia. Na przykład przechowywanie płytek drukowanych w środowisku o wilgotności względnej kontrolowanej od 40% do 60% i temperaturze od 20 do 25 stopni może skutecznie spowolnić tempo utleniania. Jednocześnie wybierz odpowiednie materiały opakowaniowe, takie jak torby odporne na wilgoć, pudełka piankowe itp., aby zapewnić integralność i jakość płytki drukowanej. W przypadku gołych desek, które nie są jeszcze zmontowane, pakowanie próżniowe może skutecznie odizolować powietrze i opóźnić proces utleniania.
Optymalizacja procesu produkcyjnego
Optymalizacja procesu produkcyjnego może skrócić czas ekspozycji płytek drukowanych na działanie powietrza podczas procesu produkcyjnego, a także zmniejszyć ryzyko utleniania. Na przykład, stosując zautomatyzowany sprzęt do szybkiego przejścia od trawienia do maski lutowniczej, można uniknąć niepotrzebnego czasu oczekiwania. Stosowanie roztworów przeciwutleniaczy do obróbki powierzchni miedzianych na określonych etapach produkcji płytek drukowanych może zapewnić tymczasową ochronę powierzchni miedzi w krótkim czasie, aż do rozpoczęcia następnego procesu.