Na tle ewolucji urządzeń elektronicznych w kierunku dużej mocy i wysokiej niezawodności,gruba miedziana płytka drukowanastały się podstawowym podłożem w takich dziedzinach, jak moduły mocy, elektronika samochodowa i sprzęt przemysłowy ze względu na ich doskonałą obciążalność prądową i wydajność rozpraszania ciepła. Jednakże podczas procesu trawienia grubych miedzianych płytek drukowanych występują typowe wyzwania, takie jak duża głębokość trawienia, trudności w kontrolowaniu trawienia bocznego i niewystarczająca jednorodność. Nierówne trawienie może prowadzić do odchyleń w szerokości linii, lokalnych pozostałości lub nadmiernej korozji, co nie tylko wpływa na wydajność obwodu, ale może również stwarzać ryzyko złomowania partii.
Specyfika i wyzwania związane z procesem trawienia grubej blachy miedzianej
Gruba płyta miedziana odnosi się do płytki o grubości folii miedzianej nie mniejszej niż 105 μm, a typowe specyfikacje obejmują 105 μm, 140 μm, 180 μm itp. Ze względu na grubszą warstwę miedzi istnieją znaczne różnice w procesie trawienia w porównaniu ze zwykłą cienką miedzianą płytką drukowaną
Duża głębokość trawienia: Grubość usuwanej warstwy miedzi jest 3-10 razy większa niż w przypadku zwykłej cienkiej miedzianej płytki drukowanej, a czas trawienia jest znacznie wydłużony. Na przykład czas trawienia od 180 μm do 35 μm jest 2-5 razy dłuższy niż czas trawienia od 18 μm folii miedzianej do 35 μm;
Trudności w kontrolowaniu korozji bocznej: Szybkość trawienia roztworu trawiącego jest różna w kierunku pionowym i poziomym. Im grubsza warstwa miedzi, tym bardziej widoczna jest ta różnica, co może łatwo prowadzić do nadmiernej dokładności szerokości linii. Na przykład, jeśli wytrawiona zostanie zaprojektowana szerokość linii wynosząca 500 μm, może ona wynosić tylko 450 μm lub mogą wystąpić problemy z pozostałościami po trawieniu, gdy lokalna warstwa miedzi nie zostanie całkowicie usunięta;
Wymagania dotyczące wysokiej jednorodności: podczas trawienia miedzianych płytek drukowanych o dużej-powierzchni mogą występować różnice w natężeniu przepływu, temperaturze i innych parametrach roztworu chemicznego pomiędzy krawędziami a środkowym obszarem płytki, co może powodować nierówne trawienie w różnych obszarach i skutkować odchyleniem grubości miedzi o ponad 10% w różnych miejscach na tej samej płycie.
Typowe problemy i analiza przyczyn nierównego trawienia
1. Nierównomierne tempo trawienia całej płyty
Nierównomierne tempo trawienia całej płyty spowodowane jest głównie nierównomiernym rozkładem roztworu chemicznego i gradientem temperatury. Jeśli dysza maszyny do trawienia natryskowego zostanie zatkana lub ciśnienie będzie niewystarczające, spowoduje to nierównomierny przepływ cieczy po powierzchni płyty. Na przykład, jeśli standardowe ciśnienie wynosi 2,0 bar, a zmierzone ciśnienie wynosi tylko 1,5 bar, szybkość trawienia w niektórych obszarach znacznie się zmniejszy. Ponadto nieprawidłowe działanie układu kontroli temperatury wewnątrz zbiornika do trawienia może powodować wahania temperatury. Na przykład, jeśli ustawiona temperatura wynosi 50 stopni, ale rzeczywista różnica temperatur sięga ± 5 stopni, szybkość trawienia w obszarach o wysokiej-temperaturze ulegnie przyspieszeniu, podczas gdy w obszarach o niskiej-temperaturze prawdopodobne jest pojawienie się pozostałości warstwy miedzi. Zdarzyło się, że płyta miedziana o grubości 140 μm uległa uszkodzeniu na skutek działania rurki grzejnej umieszczonej po lewej stronie rowka trawiącego. Temperatura w lewej połowie była o 8 stopni niższa niż w prawej połowie, a grubość resztkowa miedzi w lewej połowie przekraczała 20 μm.
2. Miejscowe pozostałości po trawieniu lub nadmierne trawienie
Zlokalizowane pozostałości po trawieniu lub nadmierne trawienie są zwykle związane z defektami warstwy ochronnej i chropowatością folii miedzianej. Jeśli przyczepność suchej powłoki lub tuszu maski lutowniczej do powierzchni grubej miedzi jest niewystarczająca, podczas trawienia może nastąpić infiltracja, to znaczy może podnieść się krawędź warstwy odpornej na korozję,-co powoduje korozję znajdującej się poniżej warstwy miedzi. Jednocześnie chropowatość powierzchni grubej folii miedzianej jest stosunkowo wysoka. Jeśli chropowatość Ra jest większa niż 5 μm, wklęsły obszar jest podatny na zatrzymanie roztworu leku i utworzenie martwej plamki po trawieniu, co powoduje miejscowe pozostałości. Na przykład w obszarze trasowania wysokiego prądu grubej miedzianej płyty modułu mocy obciążalność prądowa może się zmniejszyć z powodu pozostałości po trawieniu, a zmierzona rezystancja jest o 15% wyższa niż wartość projektowa.
3. Nadmierna erozja boczna prowadzi do niedokładności szerokości linii
Nadmierne trawienie boczne jest spowodowane głównie przedłużonym czasem trawienia i niezrównoważonym składem roztworu trawiącego. Wydłużenie czasu procesu w celu zapewnienia całkowitego wytrawienia grubej miedzi może prowadzić do zwiększonego trawienia bocznego. Zazwyczaj na każdą dodatkową minutę trawienia szerokość linii zmniejsza się o 10-15 μm. Ponadto niewystarczające stężenie kwasu solnego lub nadmierna zawartość chlorku żelaza w roztworze trawiącym może zmniejszyć zdolność selektywnego trawienia, powodując jednocześnie korozję warstwy odpornej na korozję i warstwy miedzi, co skutkuje utratą dokładności szerokości linii.
Ukierunkowane metody naprawcze i optymalizacja procesów
1. Optymalizacja sprzętu i systemu lekowego
(1) Modernizacja systemu natryskowego
Przyjmując konstrukcję z podwójną warstwą natryskową, dysze górna i dolna są rozmieszczone naprzemiennie, aby poprawić równomierność pokrycia lekiem, a ciśnienie jest kontrolowane na poziomie 2,5-3,0 barów. Jednocześnie należy zainstalować czujnik monitorujący przepływ w dyszy, aby w czasie rzeczywistym sygnalizować alarm o zatkaniu, i regularnie czyścić dyszę 5% roztworem kwasu azotowego przynajmniej raz w tygodniu. Praktyka pokazała, że podczas trawienia płyty miedzianej o grubości 180 μm zwiększenie ciśnienia natrysku z 1,8 bara do 2,8 bara może poprawić równomierność trawienia całej płyty z ± 12% do ± 5%.
(2) Kontrola temperatury i optymalizacja obiegu leku
Zastąp ogrzewanie wężownicy płytowymi wymiennikami ciepła, aby kontrolować wahania temperatury w zakresie ± 1 stopnia. Preferowana temperatura trawienia wynosi 55-60 stopni, aby zwiększyć aktywność roztworu chemicznego. Zwiększ moc pompy obiegowej cieczy, zwiększ natężenie przepływu z 20 m 3/h do 35 m 3/h i zainstaluj element filtrujący 10 μm, aby usunąć kłaczki jonów miedzi i utrzymać ciecz w czystości.
Ulepszenie procesu tworzenia-korozyjnej warstwy
(1) Przygotowanie zbrojenia
Przed trawieniem stosuje się płytkę szlifierską i proces mikrotrawienia, aby kontrolować chropowatość płyty szlifierskiej przy Ra2-3 μm i głębokość mikrotrawienia na poziomie 1,5–2,0 μm, wzmacniając mechaniczne połączenie powierzchni miedzi z warstwą odporną na korozję. Jednoczesne nakładanie silanowego środka sprzęgającego, takiego jak KH-570, w celu utworzenia warstwy adsorpcyjnej na poziomie molekularnym na powierzchni miedzi, zwiększając przyczepność suchej powłoki i zwiększając wytrzymałość na odrywanie z 1,2 N/mm do 1,8 N/mm.
(2) Wybór i optymalizacja powłoki-odpornej na korozję
Pierwszeństwo należy przyznać suchym filmom grubowarstwowym o grubości 50-75 μm, takim jak Asahi Kasei DF-2000, które mają lepszą odporność na korozję i zdolność penetracji roztworów trawiących niż zwykłe suche filmy o grubości 25 μm. Podczas nakładania folii należy zwiększyć ciśnienie do 1,5-2,0 MPa i utrzymywać je na poziomie 2,5-3,0 kg/cm, aby uniknąć miejscowego uszkodzenia odporności na korozję spowodowanego pęcherzykami lub zmarszczkami.
Dynamiczna regulacja parametrów trawienia
(1) Segmentowy proces trawienia
Przyjmując stopniową kontrolę stężenia, w pierwszym etapie stosuje się roztwór trawiący o wysokim stężeniu o stężeniu kwasu solnego wynoszącym 8% i zawartości chlorku żelazawego wynoszącej 450 g/l, aby szybko usunąć większość warstwy miedzi z szybkością trawienia do 70%. W drugim etapie należy przejść na roztwór trawiący o niskim stężeniu, zawierający kwas solny o stężeniu 5% i zawartości chlorku żelaza 300 g/l, aby uzyskać dokładne trawienie w celu ograniczenia trawienia bocznego, co może zmniejszyć ilość trawienia bocznego o 40%. Monitorowanie postępu trawienia w czasie rzeczywistym odbywa się za pomocą internetowego testera grubości miedzi. Gdy pozostała grubość miedzi zbliży się do wartości docelowej, następuje natychmiastowe przejście do drugiego etapu.
(2) Technologia trawienia impulsowego
Okresowe rozpoczęcie i zatrzymanie rozpylania leku, takie jak rozpylanie na 30 sekund i zatrzymanie na 10 sekund, wykorzystuje efekt kawitacji w celu zmniejszenia erozji bocznej spowodowanej ciągłym rozpylaniem i wspomagania usuwania produktów korozji. Po trawieniu impulsowym poprawiono dokładność szerokości linii na płycie miedzianej o grubości 105 μm z ± 25 μm do ± 10 μm, a wydajność trawienia wzrosła o 15%.
Techniki przeróbek i napraw
(1) Lokalny dodatek do trawienia
W przypadku małych obszarów pozostałości po trawieniu, takich jak obszary mniejsze niż 10 cm², można użyć pędzla do zanurzenia rozcieńczonego roztworu trawiącego, zmieszać kwas solny i wodę w stosunku 1:1 i równomiernie nałożyć go na pozostały obszar. Po 10-30 sekundach działania szybko zmyj wodą i ściśle kontroluj czas, aby uniknąć nadmiernego wytrawiania.
(2) Napełnianie i naprawa galwaniczna
Gdy nadmierne trawienie powoduje odchylenie szerokości linii przekraczające 15%, do wypełnienia i naprawy można zastosować galwanizację. Najpierw wykonaj wstępną obróbkę usuwania oleju i mikrotrawienia na naprawionym obszarze, a następnie zastosuj lokalne procesy galwaniczne, takie jak powlekanie pędzlem, przy kontrolowanej gęstości prądu na poziomie 10-15A/dm² i czasie galwanizacji 5-10 minut, aż do osiągnięcia projektowanej szerokości linii.
Budowa systemu detekcji i zapobiegania
1. Technologia wykrywania online
Korzystając z technologii pomiaru grubości- promieniami X, z każdych pięciu wytrawionych płytek drukowanych pobierana jest jedna próbka w celu pomiaru grubości miedzi w wielu punktach, w tym w czterech krawędziach i jednym punkcie środkowym, z tolerancją kontrolowaną w zakresie ± 5%. Wyposażony w automatyczny sprzęt do kontroli optycznej, wykorzystujący obiektyw o powiększeniu 50x, prędkość skanowania nie przekraczającą 20cm²/s, identyfikujący defekty takie jak odchylenie szerokości linii i pozostałości po trawieniu, z progiem alarmowym ustawionym na ± 10 μm.
2. Walidacja i standaryzacja procesów
Przed każdą partią produkcyjną wycina się pierwszą sztukę i analizuje ją metodą krojenia, a równomierność trawienia potwierdza się pod mikroskopem powiększonym 200 razy. Dopiero po przejściu kontroli można rozpocząć masową produkcję. Ustanowienie systemu identyfikowalności parametrów w celu rejestrowania temperatury, ciśnienia, stężenia leku, czasu i innych danych podczas procesu trawienia, ustanowienie modelu dużych zbiorów danych w celu przewidywania ryzyka wahań procesu, takiego jak ostrzeżenie o trwałości leku.
Rozwiązanie problemu nierównomiernego trawienia grubej miedzianej płytki drukowanej wymaga optymalizacji całego łańcucha, począwszy od sprzętu sprzętowego, parametrów procesu, dopasowania materiału po system detekcji. Modernizując system natryskiwania, wzmacniając-warstwę odporną na korozję i wdrażając segmentowe procesy trawienia, można znacznie poprawić równomierność i dokładność trawienia.