Kao ključna komponenta elektroničkih proizvoda, performanse i kvaliteta tiskanih ploča izravno utječu na stabilnost i pouzdanost cijelog elektroničkog uređaja. Među mnogim čimbenicima koji utječu na performanse tiskanih ploča, antioksidativni kapacitet igra presudnu ulogu.
Opasnosti od oksidacije tiskanih ploča
tiskana ploča uglavnom se sastoji od vodljivih vodova, izolacijskih podloga i raznih elektroničkih komponenti. U svakodnevnoj uporabi tiskane pločice susreću se s raznim ekološkim izazovima, a oksidacija je problem koji se ne može zanemariti. Kisik, vlaga i različiti zagađivači u zraku mogu kemijski reagirati s metalnim žicama na tiskanoj pločici, uzrokujući koroziju, povećani otpor, nestabilan prijenos signala, pa čak i kvarove strujnog kruga. Osobito su metalni dijelovi kao što su vodovi od bakrene folije i lemljeni spojevi na tiskanim pločama skloni reagirati s kisikom u zraku, stvarajući okside. Ovi oksidi mogu povećati otpor strujnog kruga, ometati stabilnost prijenosa signala i u teškim slučajevima uzrokovati prekid strujnog kruga, što rezultira nepravilnim radom elektroničkih uređaja.
Antioksidativni proces
Organska maska za lemljenje
Ovo je uobičajeno korišten postupak protiv-oksidacije tiskanih ploča, koji stvara tanki organski zaštitni film na površini tiskanih ploča za izolaciju metala od zraka, čime se postiže anti{1}}oksidacijski učinak. Princip se temelji na kemijskom povezivanju. Uzimajući uobičajeni azol OSP kao primjer, imidazolski prsten u alkilbenzimidazolskim organskim spojevima može formirati koordinacijsku vezu s 3d10 elektrona atoma bakra, čime se stvaraju alkilbenzimidazolni bakreni kompleksi. Tijekom procesa premazivanja prvo se premazuje prvi sloj koji adsorbira bakar. Zatim se drugi sloj molekula organske prevlake spaja s bakrom i taj se proces ponavlja sve dok se ne formira struktura sastavljena od mnogih molekula organske prevlake. Konačno, na površini bakra formira se zaštitni sloj debljine općenito između 0,2-0,5 µm. Štoviše, zbog van der Waalsovog privlačenja između dugo{13}}lančanih alkilnih skupina i prisutnosti benzenskih prstenova, ovaj zaštitni film ima dobru otpornost na toplinu i visoku temperaturu raspadanja. U naknadnom visokotemperaturnom okruženju zavarivanja, ovaj zaštitni film može se lako i brzo ukloniti pomoću topitelja, dopuštajući da se izložena čista bakrena površina poveže s rastaljenim lemom u vrlo kratkom vremenskom razdoblju, tvoreći čvrsti lemni spoj.
OSP proces ima relativno nisku cijenu i nije kompliciran, što ga čini prikladnim za-veliku proizvodnju. I može održati dobru sposobnost lemljenja lemnih ploča, osiguravajući kvalitetu zavarivanja. Ali ima i neke nedostatke, kao što je tanki sloj koji dovodi do ograničenog vremena skladištenja, a učinak antioksidansa sklon je opadanju s vremenom i promjenama okoliša; Nije otporan na visoke temperature, ograničen u scenarijima koji zahtijevaju više-procesa na visokim temperaturama; Okolina zavarivanja ima stroge zahtjeve, a čimbenici kao što su nečistoće i vlaga u okolini mogu lako utjecati na njegovu izvedbu i kvalitetu zavarivanja.
imerzijsko zlato
Ovaj proces uključuje nanošenje sloja nikla na površinu tiskane pločice, nakon čega slijedi sloj zlata. Sloj nikla može blokirati difuziju bakra, dok sloj zlata ima dobru otpornost na oksidaciju i vodljivost, što može značajno poboljšati performanse i pouzdanost tiskane ploče. Kemijski postupak pozlaćivanja niklom je zreo, s dovoljnom opskrbom, prikladan za-lemljenje bez olova. Međutim, cijena ovog procesa je relativno visoka, a njegova površina nije dovoljno glatka, što otežava zavarivanje komponenti s finim korakom.
Uranjanje u srebro
Postupkom srebrnog uranjanja može se formirati jednoličan sloj srebra na površini tiskane ploče, s dobrom otpornošću na oksidaciju i mogućnošću lemljenja. Ispod srebrnog sloja nema sloja nikla, tako da imerzijsko srebro nije tako fizički čvrsto kao neelektrično poniklano/imerzijsko zlato. Srebrni sloj proći će dvostruki put korozije kada je izložen zraku. Pod kemijskom oksidacijom, 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O stvara žuti oksidni sloj; U elektrokemijskoj koroziji, Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ proizvodi crne sulfide. Kada je relativna vlažnost veća od 60%, stopa korozije se povećava tri puta; U sredinama koje-sadrže sumpor, kao što je gumena ambalaža, do vidljive promjene boje može doći unutar 24 sata.
umakanje kositra
Postupkom uranjanja kositra površina tiskane pločice se pokriva slojem kositra, koji može učinkovito spriječiti oksidaciju. Budući da se svi materijali za lemljenje temelje na kositru, sloj kositra može odgovarati bilo kojoj vrsti lema. Međutim, tiskane pločice koje su u prošlosti tretirane postupkom uranjanja kositra bile su sklone problemima s kositrenim dlačicama, a tijekom procesa lemljenja fenomeni kositrenih dlačica i migracije kositra predstavljali su ozbiljne izazove za pouzdanost. Kasnije, dodavanjem organskih aditiva otopini za uranjanje kositra, struktura sloja kositra pretvorena je u čestice, prevladavajući gore-spomenute poteškoće i posjedujući dobru toplinsku stabilnost i zavarljivost. Vrijeme skladištenja uronjenih limenih ploča je ograničeno, a ako predugo stoje, na njihovoj površini će se stvoriti kositrov oksid, što će utjecati na učinak zavarivanja. Stoga je potrebno strogo pridržavati se redoslijeda uranjanja limova tijekom montaže.
Niveliranje toplim zrakom
Niveliranje vrućim zrakom, također poznato kao niveliranje lemljenja vrućim zrakom, obično poznato kao raspršivanje kositra. Ovaj postupak uključuje premazivanje površine tiskane ploče rastopljenim kositreno-olovnim lemom. Danas se češće koristi lem bez olova, a zatim se koristi komprimirani zrak za izravnavanje lema, formirajući sloj premaza koji se može učinkovito oduprijeti oksidaciji bakra i pružiti izvrsnu sposobnost lemljenja. Tijekom klimatizacije vrućim zrakom, lem u interakciji s bakrom stvara metalne spojeve bakra i kositra na spoju. Ovaj se postupak dijeli na vertikalni i horizontalni tip, pri čemu se horizontalni tip općenito smatra povoljnijim zbog ravnomjernijeg premaza i mogućnosti postizanja automatizirane proizvodnje. Opći proces uključuje korake kao što su mikro jetkanje, predgrijavanje, nanošenje topitelja, raspršivanje kositra i čišćenje. Postupak izravnavanja vrućim zrakom je zreo, s relativno niskom cijenom i dobrom mogućnošću lemljenja, prikladan za-lemljenje bez olova. Ali njegova površina nije dovoljno glatka, što otežava zavarivanje komponenti s finom smolom, a olovo koje sadrži HASL također se suočava s ekološkim problemima.
posmeđivanje
U proizvodnom procesu više{0}}slojnih tiskanih pločica, obrada unutarnje površine bakrene folije ključna je za kvalitetu laminacije, a postupak laminiranja široko se koristi u njoj. Njegova jezgra je stvaranje poroznog bakrenog oksida ili filma bakrenog oksida na površini bakra kroz reakciju kemijske oksidacije. Pod djelovanjem alkalnih oksidansa, bakar prolazi kroz reakcije oksidacije, s 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻. Smeđivanje ne samo da osigurava dobru međuslojnu adheziju, već također poboljšava sposobnost vlaženja smole tijekom procesa laminiranja. Porozna struktura sloja za posmeđivanje povećava površinu bakrene folije, olakšavajući prodor smole i ispunjavanje mikropora, smanjujući mjehuriće i šupljine tijekom laminacije, pojačavajući mehaničku silu grizenja i smanjujući rizik od delaminacije. U toplinskom ciklusu tiskane ploče, naprezanje se može ravnomjernije rasporediti, smanjujući rizik od slojeva međusloja i poboljšavajući toplinsku pouzdanost. Međutim, ako nije pravilno kontrolirana, prekomjerna oksidacija može učiniti sloj oksida predebelim i krhkim, smanjujući snagu lijepljenja; Neravnomjerna oksidacija može dovesti do nedosljednih sila vezivanja i povećati rizik od delaminacije; Ako je posmeđivanje kontaminirano prije naknadne laminacije, kao što je upijanje vlage ili oštećenje oksidnog filma, to također može dovesti do smanjenja čvrstoće lijepljenja. Debljina oksidnog sloja obično se kontrolira između 0,5-1,5 μm. Prije posmeđivanja, postupak mikro jetkanja koristi se za uklanjanje oksida i organskih zagađivača s površine bakra. Uobičajena sredstva za mikro jetkanje uključuju sustave amonijevog persulfata ili sumporne kiseline vodikovog peroksida. Otopine za posmeđivanje obično se sastoje od alkalnih oksidansa, sredstava za kompleksiranje i stabilizatora. Podešavanjem uvjeta oksidacije može se postići optimalni omjer CuO/CuO ₂ O kako bi se uravnotežila snaga vezivanja i otpornost na toplinu. Bakrena površina nakon posmeđivanja sklona je vlazi ili onečišćenju zraka i obično zahtijeva antioksidativni tretman prije laminiranja, kao što je korištenje organskih zaštitnih slojeva poput benzotriazola ili drugih antioksidansa, kao i suho skladištenje kako bi se izbjegla apsorpcija vlage i smanjio rizik od propadanja.
Ostale mjere za otpornost tiskanih ploča na oksidaciju
Izbor materijala
Odabir visoko{0}}kvalitetnih podloga i metalnih materijala ključan je u procesu proizvodnje tiskanih ploča. Visokokvalitetne podloge imaju dobra izolacijska svojstva i stabilnost, što može učinkovito spriječiti prodor kisika i vlage. U međuvremenu, upotrebom metalnih premaza sa jakim antioksidativnim svojstvima kao što su pozlata, posrebrenje, pokositrenje, itd., može se formirati zaštitni film na površini metalnog kruga kako bi se spriječile reakcije oksidacije. Na primjer, u nekim vrhunskim-elektroničkim proizvodima, bakrena folija bez kisika s izvrsnom otpornošću na oksidaciju koristi se kao bakreni-materijal za povećanje ukupne otpornosti tiskane ploče na oksidaciju.
kontrola okoliša
Razumno okruženje za skladištenje i korištenje jednako je ključno za otpornost tiskanih ploča na oksidaciju. Tijekom proizvodnje, skladištenja i transporta tiskanih pločica, temperaturu i vlažnost okoline treba strogo kontrolirati kako bi se izbjeglo izlaganje tiskanih pločica visokoj temperaturi, visokoj vlažnosti ili okruženjima koja sadrže zagađivače. Na primjer, skladištenje tiskanih ploča u okruženju s relativnom vlagom kontroliranom između 40% -60% i temperaturom kontroliranom između 20 stupnjeva -25 stupnjeva može učinkovito usporiti stopu oksidacije. U isto vrijeme odaberite odgovarajuće materijale za pakiranje, kao što su vrećice otporne na vlagu, kutije od pjene itd., kako biste osigurali cjelovitost i kvalitetu tiskane ploče. Za gole ploče koje još nisu sastavljene, vakuumsko pakiranje može učinkovito izolirati zrak i odgoditi proces oksidacije.
Optimizacija proizvodnog procesa
Optimiziranje proizvodnog procesa može smanjiti vrijeme izlaganja tiskanih ploča zraku tijekom proizvodnog procesa i također smanjiti rizik od oksidacije. Na primjer, korištenjem automatizirane opreme za brzi dovršetak prijelaza s jetkanja na masku za lemljenje, može se izbjeći nepotrebno vrijeme čekanja. Korištenje antioksidativnih otopina za tretiranje bakrenih površina tijekom određenih faza proizvodnje tiskanih ploča može pružiti privremenu zaštitu za bakrene površine u kratkom vremenskom razdoblju dok ne započne sljedeći proces.