PCB odgrywa kluczową rolę w łączeniu i przesyłaniu sygnałów elektronicznych, a proces galwanizacji PCB odbywa się za pomocą miedzi, jako podstawowe ogniwo wproces produkcji płytek PCB, odgrywa decydującą rolę w wydajności i jakości płytki drukowanej. Od smartfonów po-komputery o wysokiej wydajności, od elektroniki samochodowej po sprzęt lotniczy i kosmiczny – płytki drukowane prawie wszystkich urządzeń elektronicznych opierają się na technologii galwanizacji miedzią.
1, Zasada galwanizacji miedzią
Galwanizacja PCB miedzi jest typowym procesem elektrochemicznym opartym na prawie Faradaya. W kąpieli galwanicznej płytka PCB pełni rolę katody, a miedziana anoda jest zanurzana w elektrolicie zawierającym jony miedzi. Po przyłożeniu napięcia prądu stałego pomiędzy katodą a anodą prąd przepływa przez elektrolit, wywołując szereg reakcji elektrochemicznych.
Reakcja anodowa: Anoda miedziana ulega reakcji utleniania, podczas której atomy miedzi tracą dwa elektrony i stają się jonami miedzi, które dostają się do elektrolitu. Równanie reakcji to Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺.
Reakcja katodowa: Na powierzchni płytki drukowanej jony miedzi przejmują elektrony i są redukowane do atomów miedzi, które osadzają się na powierzchni płytki drukowanej. Równanie reakcji to Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu.
Kontrolując parametry, takie jak gęstość prądu, czas galwanizacji i skład elektrolitu, można dokładnie kontrolować szybkość osadzania i grubość powłoki miedzi.
2, Przebieg procesu
(1) Wstępne przetwarzanie
Czyszczenie: Najpierw dokładnie oczyść podłoże PCB, aby usunąć z powierzchni zanieczyszczenia, takie jak plamy oleju, kurz i tlenki. Typowe metody czyszczenia obejmują czyszczenie alkaliczne, czyszczenie kwasowe i czyszczenie ultradźwiękowe. Czyszczenie alkaliczne pozwala skutecznie usunąć olej i zanieczyszczenia organiczne, natomiast czyszczenie kwasowe służy głównie do usuwania tlenków. Czyszczenie ultradźwiękowe może dokładnie oczyścić drobne szczeliny i dziury na powierzchni podłoża poprzez efekt kawitacji fal ultradźwiękowych. Oczyszczona powierzchnia podłoża nie powinna zawierać wyraźnych zanieczyszczeń i wykazywać jednolity metaliczny połysk.
Mikrokorozja: Celem mikrokorozji jest utworzenie mikrochropowatej powierzchni na powierzchni PCB, zwiększającej przyczepność pomiędzy kolejną warstwą miedzi galwanicznej a podłożem. Zwykle do obróbki podłoży stosuje się roztwory zawierające mikrotrawiacze, takie jak nadsiarczan lub nadtlenek wodoru kwasu siarkowego. Podczas procesu mikrotrawienia środek mikrotrawiący ulega reakcji chemicznej z powierzchnią miedzi, rozpuszczając bardzo cienką warstwę miedzi i tworząc maleńkie wklęsłe wypukłe struktury. Stopień mikrokorozji musi być ściśle kontrolowany, przy czym ogólna ilość mikrokorozji powinna wynosić od 0,5 do 1,5 μm, aby zapewnić dobrą przyczepność bez nadmiernej korozji podłoża.
Zanurzenie wstępne: Zanurzenie wstępne to proces zanurzenia oczyszczonej i mikrotrawionej płytki PCB w roztworze do wstępnego zanurzenia zawierającym określone składniki, dzięki czemu powierzchnia podłoża zaabsorbuje warstwę substancji aktywnej i przygotuje się do późniejszego procesu aktywacji. Skład roztworu do wstępnego zanurzenia jest zwykle podobny do roztworu aktywującego, ale ma mniejsze stężenie. Jego główną funkcją jest zapobieganie ponownemu utlenieniu podłoża przed aktywacją i poprawa efektu aktywacji. Czas wstępnego namaczania jest na ogół krótki i zwykle wynosi od kilku sekund do kilkudziesięciu sekund.
Aktywacja: aktywacja to kluczowy etap-procesu obróbki wstępnej, którego celem jest adsorbcja warstwy katalitycznie aktywnych cząstek metalu, zazwyczaj cząstek palladu, na powierzchni płytki drukowanej. Te cząstki palladu będą służyć jako centra katalityczne dla późniejszego chemicznego powlekania miedzią lub galwanizacji, sprzyjając redukcji i osadzaniu się jonów miedzi. Do powszechnie stosowanych metod aktywacji zalicza się metodę aktywacji palladem koloidalnym i metodę aktywacji palladem jonowym. Roztwór aktywujący pallad koloidalny składa się z soli palladu, soli cyny i środka chelatującego. Podczas procesu aktywacji cząstki koloidalnego palladu są adsorbowane na powierzchni PCB; Metoda aktywacji jonów palladu polega na adsorbowaniu jonów palladu na powierzchni podłoża w drodze wymiany jonowej, a następnie redukcji ich do metalicznego palladu za pomocą środka redukującego. Parametry takie jak czas aktywacji i temperatura muszą być precyzyjnie kontrolowane w zależności od rodzaju roztworu aktywacyjnego i materiału płytki drukowanej, aby zapewnić jednolitą i gęstą warstwę aktywacyjną.
(2) Chemiczne miedziowanie
W przypadku niektórych podłoży PCB wykonanych z-materiałów nieprzewodzących, takich jak tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem szklanym, przed galwanizacją miedzi wymagane jest chemiczne miedziowanie w celu utworzenia cienkiej przewodzącej warstwy miedzi na powierzchni podłoża, zapewniającej ścieżkę przewodzącą dla późniejszej miedzi galwanicznej.
Zasada chemicznego miedziowania: Chemiczne miedziowanie jest samokalityczną reakcją-redukcji utleniania. Na powierzchni o aktywności katalitycznej jony miedzi ulegają redukcji do metalicznej miedzi poprzez działanie środka redukującego i osadzają się na powierzchni podłoża. Główne równanie reakcji to: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. W tej reakcji jony miedzi są redukowane do atomów miedzi poprzez uzyskanie elektronów w wyniku katalizy centrów palladowych, podczas gdy formaldehyd jest utleniany do tworzenia jonów.
Proces chemicznego miedziowania: Najpierw aktywowaną płytkę PCB zanurza się w roztworze chemicznego miedziowania zawierającym sole miedzi, środki kompleksujące, środki redukujące i inne dodatki. Temperatura roztworu do powlekania jest ogólnie kontrolowana w zakresie 40-50 stopni, a wartość pH utrzymuje się na poziomie około 12-13. W procesie miedziowania bezprądowego konieczne jest odpowiednie mieszanie roztworu galwanicznego, aby zapewnić jego jednorodność i wystarczający postęp reakcji. Czas bezprądowego miedziowania zależy od wymaganej grubości warstwy miedzi i ogólnie można uzyskać warstwę miedzi o grubości od 0,2 do 0,5 μm. Po chemicznym miedziowaniu płytkę PCB należy oczyścić, aby usunąć pozostałości roztworu galwanicznego i zanieczyszczenia z powierzchni.
(3) Miedź galwanizowana
Miedź galwanizowana na pełnych płytkach: Miedź galwanizowana na pełnych płytkach, znana również jako miedź pierwotna, stosowana jest głównie do galwanizacji warstwy miedzi na całej powierzchni płytki drukowanej, która została poddana chemicznemu miedziowaniu, w celu zwiększenia grubości warstwy miedzi, poprawy przewodności i wytrzymałości mechanicznej oraz ochrony warstwy chemicznego miedziowania przed późniejszym trawieniem i innymi procesami. Do galwanizacji pełnej miedzi zwykle stosuje się kwaśny roztwór do galwanizacji siarczanu miedzi, o zawartości siarczanu miedzi na ogół w zakresie 150-250 g/l i zawartości kwasu siarkowego w zakresie 50-200 g/l w formule, a także odpowiednich ilości jonów chlorkowych i dodatków. W procesie galwanizacji jako katodę stosuje się płytkę PCB, a kulki z miedzi fosforowej są zwykle stosowane jako anodę w celu uzupełnienia jonów miedzi w roztworze galwanicznym. Gęstość prądu jest zwykle kontrolowana na poziomie 1-2A/dm², a czas galwanizacji zależy od wymaganej grubości warstwy miedzi, zwykle zwiększając grubość warstwy miedzi do 5-20 μm. Podczas procesu galwanizacji miedzi na całej płytce wymagana jest ciągła filtracja roztworu galwanicznego w celu usunięcia z roztworu galwanicznego zanieczyszczeń i cząstek, zapewniając jakość powłoki.
Miedź do galwanizacji graficznej: Miedź do galwanizacji graficznej, znana również jako miedź wtórna, to selektywne galwanizacja wymaganych części graficznych obwodu na płytce drukowanej po pełnej galwanizacji miedzi i przeniesieniu grafiki, dalsze pogrubienie warstwy miedzi w celu spełnienia wymagań w zakresie obciążalności prądowej obwodu i wydajności transmisji sygnału. Skład i parametry procesu roztworu do galwanizacji graficznej miedzi są podobne do tych w przypadku miedzi do galwanizacji pełnej płytki, ale ponieważ galwanizowane są tylko określone obszary graficzne, potrzebne są materiały maskujące do pokrycia części, które nie wymagają galwanizacji. Podczas procesu galwanizacji należy zwrócić szczególną uwagę na równomierność rozkładu prądu, aby zapewnić stałą grubość powłoki każdej części wzoru. Po graficznej galwanizacji miedzią grubość warstwy miedzi może na ogół osiągnąć 20-50 μm, a konkretna grubość zależy od wymagań projektowych płytki drukowanej.
(4) Przetwarzanie końcowe
Czyszczenie: Po galwanizacji miedzi należy najpierw dokładnie oczyścić płytkę drukowaną, aby usunąć pozostałości roztworu galwanicznego i zanieczyszczenia z powierzchni. Do czyszczenia stosuje się zazwyczaj wieloetapową-metodę płukania przeciwprądowego, najpierw spłucz czystą wodą, a następnie spłucz wodą dejonizowaną, aby upewnić się, że na powierzchni płytki drukowanej nie pozostały żadne pozostałości środków chemicznych. Oczyszczona powierzchnia PCB powinna być czysta, wolna od plam i mieć wartość pH zbliżoną do obojętnej.
Pasywacja: Aby poprawić odporność na korozję warstw miedzi galwanicznej, zwykle wymagana jest obróbka pasywacyjna. Pasywacja polega na tworzeniu niezwykle cienkiej warstwy pasywacyjnej na powierzchni warstwy miedzi, która może zapobiegać reakcjom chemicznym pomiędzy tlenem i wilgocią a miedzią, wydłużając w ten sposób żywotność warstwy miedzi. Do powszechnie stosowanych metod pasywacji zalicza się pasywację chemiczną i pasywację elektrochemiczną. W pasywacji chemicznej na ogół stosuje się roztwory zawierające chromiany, fosforany lub pasywatory organiczne do obróbki płytek drukowanych; Pasywacja elektrochemiczna to proces przykładania określonego napięcia w określonym elektrolicie w celu wywołania reakcji utleniania na powierzchni warstw miedzi, tworząc film pasywacyjny. Po obróbce pasywacyjnej powierzchnia warstwy miedzi będzie miała jednolity kolor folii pasywacyjnej, taki jak tęcza lub złotożółty.
Suszenie: Oczyszczoną i pasywowaną płytkę należy wysuszyć w celu usunięcia wilgoci z powierzchni. Metody suszenia obejmują suszenie gorącym powietrzem, suszenie próżniowe itp. Suszenie gorącym powietrzem jest powszechnie stosowaną metodą, która polega na umieszczeniu płytki drukowanej w środowisku gorącego powietrza o określonej temperaturze w celu szybkiego odparowania wilgoci. Podczas procesu suszenia należy zwrócić uwagę na kontrolę temperatury, aby uniknąć deformacji płytki drukowanej lub utlenienia warstwy miedzi spowodowanej nadmierną temperaturą. Wysuszoną płytkę drukowaną należy odpowiednio przechowywać, aby uniknąć dalszej wilgoci lub zanieczyszczenia.