PCB igra ključnu ulogu u povezivanju i prijenosu elektronskih signala, a proces galvanizacije bakra, kao jezgra veze uproces proizvodnje PCB-a, igra odlučujuću ulogu u performansama i kvaliteti ploče. Od pametnih telefona do-računara visokih performansi, od automobilske elektronike do zrakoplovne opreme, štampane ploče gotovo svih elektronskih uređaja oslanjaju se na tehnologiju galvanizacije bakra.
1, Princip galvanizacije bakra
pcb galvanizacija bakra je tipičan elektrohemijski proces zasnovan na Faradejevom zakonu. U kupelji za galvanizaciju, pcb se koristi kao katoda, a bakarna anoda je uronjena u elektrolit koji sadrži ione bakra. Kada se napon istosmjerne struje primjenjuje između katode i anode, struja prolazi kroz elektrolit, pokrećući niz elektrokemijskih reakcija.
Anodna reakcija: Bakrena anoda prolazi kroz reakciju oksidacije, gdje atomi bakra gube dva elektrona i postaju bakreni ioni koji ulaze u elektrolit. Jednačina reakcije je Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺.
Katodna reakcija: Na površini PCB-a ioni bakra preuzimaju elektrone i reduciraju se na atome bakra, koji se talože na površini PCB-a. Jednačina reakcije je Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu.
Kontrolom parametara kao što su gustina struje, vrijeme galvanizacije i sastav elektrolita, može se precizno kontrolirati brzina taloženja i debljina premaza bakra.
2, Tok procesa
(1) Prethodna obrada
Čišćenje: Prvo, temeljno očistite PCB podlogu kako biste uklonili nečistoće poput mrlja od ulja, prašine i oksida na površini. Uobičajene metode čišćenja uključuju alkalno čišćenje, kiselo čišćenje i ultrazvučno čišćenje. Alkalno čišćenje može efikasno ukloniti ulje i organske zagađivače, dok se kiselo čišćenje uglavnom koristi za uklanjanje oksida. Ultrazvučno čišćenje može temeljito očistiti fine praznine i rupe na površini podloge kroz efekt kavitacije ultrazvučnih valova. Očišćena površina podloge ne smije imati očigledne nečistoće i imati ujednačen metalni sjaj.
Mikrokorozija: Svrha mikrokorozije je formiranje mikro hrapave površine na površini PCB-a, povećavajući prianjanje između naknadnog galvaniziranog bakrenog sloja i podloge. Obično se za tretiranje supstrata koriste otopine koje sadrže mikroetkance kao što su persulfat ili sumporna kiselina vodikov peroksid. Tokom procesa mikro jetkanja, sredstvo za mikro jetkanje prolazi kroz hemijsku reakciju sa površinom bakra, otapajući veoma tanak sloj bakra i formirajući sitne konkavne konveksne strukture. Stupanj mikrokorozije treba strogo kontrolirati, s općom količinom mikrokorozije koja se kontrolira između 0,5-1,5 μm kako bi se osigurala dobra adhezija bez prekomjerne korozije podloge.
Prethodno uranjanje: Prethodno uranjanje je proces uranjanja očišćene i mikro ugravirane štampane ploče u otopinu prije uranjanja koja sadrži specifične komponente, omogućavajući površini supstrata da adsorbira sloj aktivne tvari i pripremi se za naknadni proces aktivacije. Sastav otopine za prethodno uranjanje je obično sličan onom u otopini za aktivaciju, ali s nižom koncentracijom. Njegova glavna funkcija je spriječiti ponovnu oksidaciju supstrata prije aktivacije i poboljšati učinak aktivacije. Vrijeme prethodnog namakanja je općenito kratko, obično se kreće od nekoliko sekundi do desetina sekundi.
Aktivacija: Aktivacija je ključni korak u procesu prethodnog tretmana, koji ima za cilj da adsorbira sloj katalitički aktivnih metalnih čestica, obično čestica paladijuma, na površini PCB-a. Ove čestice paladija će služiti kao katalitički centri za naknadno hemijsko prevlačenje bakra ili galvanizaciju, promovišući redukciju i taloženje bakrenih jona. Uobičajene metode aktivacije uključuju koloidnu metodu aktivacije paladija i metodu jonske aktivacije paladija. Koloidni rastvor za aktivaciju paladija sastoji se od soli paladija, soli kositra i helatnog sredstva. Tokom procesa aktivacije, čestice koloidnog paladija se adsorbuju na površini PCB-a; Metoda aktivacije jona paladijuma je da adsorbuje jone paladija na površinu supstrata kroz jonsku izmjenu, a zatim ih reducira u metalni paladij putem redukcionog sredstva. Parametri kao što su vrijeme aktivacije i temperatura moraju biti precizno kontrolirani prema tipu aktivacijske otopine i materijalu PCB-a kako bi se osigurao ujednačen i gust aktivacijski sloj.
(2) Hemijsko bakreno prevlačenje
Za neke pcb podloge napravljene od neprovodljivih materijala, kao što je plastika ojačana staklenim vlaknima, potrebno je hemijsko bakreno prevlačenje prije galvanizacije bakra kako bi se formirao tanak vodljivi sloj bakra na površini supstrata, pružajući provodljivu stazu za naknadnu galvanizaciju bakra.
Princip hemijskog bakrenog prevlačenja: Hemijsko bakreno prevlačenje je samokatalitička reakcija{0}}redukcije oksidacije. Na površini s katalitičkom aktivnošću, ioni bakra se reduciraju u metalni bakar djelovanjem redukcionog sredstva i talože se na površini supstrata. Glavna jednačina reakcije je: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. U ovoj reakciji, ioni bakra se reduciraju na atome bakra dobivanjem elektrona pod katalizom centara paladija, dok se formaldehid oksidira do formatnih jona.
Proces hemijskog bakrenog prevlačenja: Prvo, aktivirana štampana ploča se uranja u hemijski rastvor bakra koji sadrži soli bakra, agense za stvaranje kompleksa, redukcione agense i druge aditive. Temperatura rastvora za oblaganje se generalno kontroliše između 40-50 stepeni, a pH vrednost se održava na oko 12-13. U procesu bakrenja bez elektrolita, potrebno je otopinu za prevlačenje na odgovarajući način promiješati kako bi se osigurala ujednačenost otopine za oblaganje i dovoljan napredak reakcije. Vrijeme elektrobez bakrenja ovisi o potrebnoj debljini bakarnog sloja, a obično se može dobiti sloj bakra debljine između 0,2-0,5 μm. Nakon hemijskog bakrenja, štampanu ploču treba očistiti kako bi se uklonili zaostali rastvor i nečistoće na površini.
(3) galvanizirani bakar
galvanizirani bakar: galvanizirani bakar s punim pločama, također poznat kao primarni bakar, uglavnom se koristi za galvanizaciju sloja bakra na cijeloj površini štampane ploče koja je podvrgnuta hemijskoj bakrenoj obradi, kako bi se povećala debljina bakrenog sloja, poboljšala provodljivost i mehanička čvrstoća i zaštitio sloj hemijskog bakra i drugih procesa jedkanja. Za galvanizaciju punog bakra obično se koristi kiseli rastvor bakar sulfata, sa sadržajem bakar sulfata uglavnom između 150-250g/L i sadržajem sumporne kiseline između 50-200g/L u formuli, kao i odgovarajućim količinama hloridnih jona i aditiva. U procesu galvanizacije, pcb se koristi kao katoda, a fosforne bakrene kuglice se općenito koriste kao anoda za dopunu iona bakra u otopini za oblaganje. Gustoća struje je općenito kontrolirana na 1-2A/dm², a vrijeme galvanizacije ovisi o potrebnoj debljini bakarnog sloja, obično povećavajući debljinu sloja bakra na 5-20 μm. Tokom procesa galvanizacije bakra na cijeloj ploči potrebno je kontinuirano filtriranje otopine za galvanizaciju kako bi se uklonile nečistoće i čestice iz otopine za galvanizaciju, čime se osigurava kvalitet premaza.
Grafička galvanizacija bakra: Grafička galvanizacija bakra, također poznata kao sekundarni bakar, je selektivna galvanizacija potrebnih grafičkih dijelova kola na štampanoj ploči nakon galvanizacije bakra i prijenosa grafike, dodatno zgušnjavajući sloj bakra kako bi se zadovoljili zahtjevi strujnog kapaciteta strujnog kola i performansi prijenosa signala. Sastav i procesni parametri otopine za galvanizaciju bakra su slični onima kod bakra za galvanizaciju na punoj ploči, ali budući da su samo određene grafičke površine galvanizovane, potrebni su materijali za maskiranje za pokrivanje dijelova koji ne zahtijevaju galvanizaciju. Tokom procesa galvanizacije, posebnu pažnju treba obratiti na ujednačenost distribucije struje kako bi se osiguralo da debljina premaza svakog dijela uzorka bude konzistentna. Nakon grafičke galvanizacije bakrom, debljina sloja bakra općenito može doseći 20-50 μm, a specifična debljina ovisi o zahtjevima dizajna PCB-a.
(4) Naknadna obrada
Čišćenje: Nakon galvanizacije bakra, štampanu ploču treba prvo temeljito očistiti kako bi se uklonila zaostala otopina oplate i nečistoće na površini. Čišćenje generalno koristi više-metodu ispiranja protiv struje, prvo isperite čistom vodom, a zatim isperite dejoniziranom vodom kako biste osigurali da na površini PCB-a nema ostataka hemikalija. Očišćena površina PCB-a treba biti čista, bez mrlja i pH vrijednost blizu neutralne.
Pasivacija: Kako bi se poboljšala otpornost na koroziju galvaniziranih bakrenih slojeva, obično je potrebna pasivizacija. Pasivacija je stvaranje izuzetno tankog pasivacionog filma na površini bakarnog sloja, koji može spriječiti kemijske reakcije između kisika i vlage i bakra, čime se produžuje vijek trajanja bakarnog sloja. Uobičajene metode pasivizacije uključuju hemijsku pasivaciju i elektrohemijsku pasivaciju. Hemijska pasivizacija općenito koristi otopine koje sadrže kromat, fosfat ili organske pasivatore za obradu štampanih ploča; Elektrohemijska pasivacija je proces primjene određenog napona u određenom elektrolitu da izazove oksidacijske reakcije na površini bakarnih slojeva, formirajući pasivacijski film. Nakon tretmana pasivacijom, površina bakrenog sloja će imati jednoliku boju pasivirajućeg filma, kao što je duga ili zlatno žuta.
Sušenje: Očišćena i pasivirana štampana ploča mora se osušiti kako bi se uklonila vlaga s površine. Metode sušenja uključuju sušenje toplim zrakom, sušenje u vakuumu, itd. Sušenje toplim zrakom je uobičajena metoda, koja uključuje stavljanje PCB-a u okruženje vrućeg zraka na određenu temperaturu kako bi se vlaga brzo isparila. Tokom procesa sušenja, treba obratiti pažnju na kontrolu temperature kako bi se izbjegla deformacija PCB-a ili oksidacija bakarnog sloja uzrokovana previsokom temperaturom. Osušeni PCB treba pravilno skladištiti kako bi se izbjegla daljnja vlaga ili kontaminacija.