PCB igra ključnu ulogu u povezivanju i prijenosu elektroničkih signala, a PCB proces galvanizacije bakra, kao ključna veza uproces proizvodnje PCB-a, igra odlučujuću ulogu u izvedbi i kvaliteti tiskane ploče. Od pametnih telefona do-računala visokih performansi, od automobilske elektronike do zrakoplovne opreme, tiskane ploče gotovo svih elektroničkih uređaja oslanjaju se na tehnologiju galvanizacije bakrom.
1, Princip galvanizacije bakra
PCB galvanizacija bakra tipičan je elektrokemijski proces temeljen na Faradayevom zakonu. U kupki za galvanizaciju, PCB se koristi kao katoda, a bakrena anoda je uronjena u elektrolit koji sadrži ione bakra. Kada se između katode i anode primijeni istosmjerni napon, struja prolazi kroz elektrolit, pokrećući niz elektrokemijskih reakcija.
Anodna reakcija: Bakrena anoda prolazi kroz reakciju oksidacije, gdje atomi bakra gube dva elektrona i postaju ioni bakra koji ulaze u elektrolit. Jednadžba reakcije je Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺.
Katodna reakcija: Na površini PCB-a ioni bakra dobivaju elektrone i reduciraju se u atome bakra, koji se talože na površini PCB-a. Jednadžba reakcije je Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu.
Kontrolom parametara kao što su gustoća struje, vrijeme galvanizacije i sastav elektrolita, brzina taloženja i debljina sloja bakra mogu se točno kontrolirati.
2, Tijek procesa
(1) Prethodna obrada
Čišćenje: Prvo temeljito očistite podlogu PCB-a kako biste uklonili nečistoće kao što su mrlje od ulja, prašina i oksidi na površini. Uobičajene metode čišćenja uključuju alkalno čišćenje, kiselo čišćenje i ultrazvučno čišćenje. Alkalno čišćenje može učinkovito 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 kavitacijski učinak ultrazvučnih valova. Očišćena površina supstrata ne smije imati vidljive nečistoće i imati ujednačen metalni sjaj.
Mikro korozija: Svrha mikro korozije je formiranje mikro hrapave površine na površini PCB-a, povećavajući adheziju između naknadnog galvaniziranog bakrenog sloja i podloge. Obično se za obradu supstrata koriste otopine koje sadrže mikro jetkače kao što je persulfat ili vodikov peroksid sumporne kiseline. Tijekom procesa mikro jetkanja, sredstvo za mikro jetkanje prolazi kroz kemijsku reakciju s površinom bakra, otapajući vrlo tanak sloj bakra i formirajući sićušne konkavne konveksne strukture. Stupanj mikrokorozije treba strogo kontrolirati, s općom količinom mikrokorozije kontroliranom između 0,5-1,5 μm kako bi se osiguralo dobro prianjanje bez pretjerane korozije podloge.
Prethodno uranjanje: Prethodno uranjanje je postupak uranjanja očišćene i mikro ugravirane tiskane ploče u otopinu prije uranjanja koja sadrži specifične komponente, čime se površini supstrata omogućuje adsorpcija sloja aktivne tvari i priprema za kasniji proces aktivacije. Sastav otopine prije uranjanja obično je sličan sastavu aktivacijske otopine, ali s nižom koncentracijom. Njegova glavna funkcija je spriječiti ponovnu oksidaciju supstrata prije aktivacije i poboljšati učinak aktivacije. Vrijeme prethodnog namakanja općenito je kratko, obično u rasponu od nekoliko sekundi do desetaka sekundi.
Aktivacija: Aktivacija je ključni korak u -postupku prethodne obrade, čiji je cilj adsorpcija sloja katalitički aktivnih metalnih čestica, obično čestica paladija, na površini tiskane ploče. Ove čestice paladija služit će kao katalitički centri za naknadno kemijsko bakrenje ili galvaniziranje, potičući redukciju i taloženje iona bakra. Uobičajene metode aktivacije uključuju metodu aktivacije koloidnim paladijem i metodu aktivacije ionskim paladijem. Koloidna otopina za aktivaciju paladija sastoji se od soli paladija, soli kositra i kelirajućeg sredstva. Tijekom procesa aktivacije, čestice koloidnog paladija adsorbiraju se na površini PCB-a; Metoda aktivacije ionskog paladija je adsorpcija iona paladija na površini supstrata kroz ionsku izmjenu, a zatim njihova redukcija u metalni paladij pomoću redukcijskog sredstva. Parametre kao što su vrijeme aktivacije i temperatura potrebno je precizno kontrolirati prema vrsti aktivacijske otopine i materijalu tiskane ploče kako bi se osigurao jednoličan i gust aktivacijski sloj.
(2) Kemijsko bakrenje
Za neke PCB supstrate izrađene od ne-vodljivih materijala, kao što je plastika ojačana staklenim vlaknima, potrebno je kemijsko bakrenje prije galvanizacije bakra kako bi se formirao tanki vodljivi bakreni sloj na površini supstrata, osiguravajući vodljivi put za kasniju galvanizaciju bakra.
Princip kemijskog bakrenja: Kemijsko bakrenje je samokatalitička oksidacijska-reakcija. Na površini s katalitičkom aktivnošću, ioni bakra se reduciraju u metalni bakar djelovanjem redukcijskog sredstva i talože na površini supstrata. Glavna reakcijska jednadžba je: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. U ovoj se reakciji ioni bakra reduciraju u atome bakra dobivanjem elektrona pod katalizom paladijevih centara, dok se formaldehid oksidira u ione formata.
Proces kemijskog bakrenja: Prvo se aktivirani PCB uranja u otopinu za kemijsko bakrenje koja sadrži bakrene soli, agense za kompleksiranje, redukcijske agense i druge aditive. Temperatura otopine za nanošenje općenito se kontrolira između 40-50 stupnjeva, a pH vrijednost se održava na oko 12-13. U procesu bezelektričkog bakrenja, potrebno je odgovarajuće miješati otopinu za nanošenje bakra kako bi se osigurala ujednačenost otopine za nanošenje bakra i dovoljno napredovanje reakcije. Vrijeme bezelektričkog bakrenja ovisi o potrebnoj debljini sloja bakra, a općenito se može dobiti sloj bakra debljine između 0,2-0,5 μm. Nakon kemijskog bakrenja, PCB treba očistiti kako bi se uklonili ostaci otopine za bakrenje i nečistoće na površini.
(3) Galvanizirani bakar
Galvanizirani bakar u punoj ploči: Galvanizirani bakar u punoj ploči, također poznat kao primarni bakar, uglavnom se koristi za galvanizaciju sloja bakra na cijeloj površini tiskane ploče koja je podvrgnuta kemijskom bakrenju, kako bi se povećala debljina sloja bakra, poboljšala vodljivost i mehanička čvrstoća te zaštitio sloj kemijske bakrene oplate od naknadnog jetkanja i drugih procesa. Kompletna galvanizacija bakrene ploče obično koristi kiselu otopinu za nanošenje bakrenog sulfata, sa sadržajem bakrenog sulfata općenito između 150-250 g/L i sadržajem sumporne kiseline između 50-200 g/L u formuli, kao i odgovarajućim količinama kloridnih iona i aditiva. U procesu galvanizacije PCB se koristi kao katoda, a kuglice od fosfornog bakra općenito se koriste kao anoda za dopunu bakrenih iona u otopini za galvanizaciju. Gustoća struje općenito se kontrolira na 1-2A/dm², a vrijeme galvanizacije ovisi o potrebnoj debljini sloja bakra, obično povećavajući debljinu sloja bakra na 5-20 μm. Tijekom 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 kvaliteta premaza.
Grafička galvanizacija bakra: Grafička galvanizacija bakra, također poznata kao sekundarni bakar, selektivna je galvanizacija potrebnih grafičkih dijelova strujnog kruga na tiskanoj ploči nakon galvanizacije bakra i grafičkog prijenosa na punoj ploči, dodatno podebljavanje bakrenog sloja kako bi se zadovoljili zahtjevi nosivosti struje kruga i izvedbe prijenosa signala. Sastav i parametri procesa otopine za galvanizaciju bakra za grafičku galvanizaciju slični su onima za galvanizaciju bakra za punu ploču, ali budući da se galvaniziraju samo određena grafička područja, potrebni su materijali maske za pokrivanje dijelova koji ne zahtijevaju galvanizaciju. Tijekom procesa galvanizacije posebnu pozornost treba obratiti na ujednačenost raspodjele struje kako bi se osiguralo da debljina premaza svakog dijela uzorka bude dosljedna. Nakon grafičke galvanizacije s bakrom, debljina bakrenog sloja općenito može doseći 20-50 μm, a specifična debljina ovisi o zahtjevima dizajna tiskane ploče.
(4) Naknadna obrada
Čišćenje: Nakon galvanizacije bakra, PCB treba prvo temeljito očistiti kako bi se uklonili ostaci otopine za galvanizaciju i nečistoće na površini. Čišćenje općenito uključuje više{1}}stupanjsku metodu protustrujnog ispiranja, prvo ispiranje čistom vodom, a zatim ispiranje deioniziranom vodom kako bi se osiguralo da nema zaostalih kemikalija na površini PCB-a. Očišćena površina PCB-a mora biti čista, bez mrlja i imati pH vrijednost blizu neutralne.
Pasivacija: Kako bi se poboljšala otpornost na koroziju galvaniziranih bakrenih slojeva, obično je potrebna obrada pasivizacijom. Pasivacija je stvaranje iznimno tankog pasivacijskog filma na površini bakrenog sloja, koji može spriječiti kemijske reakcije između kisika i vlage i bakra, čime se produljuje životni vijek bakrenog sloja. Uobičajene metode pasivizacije uključuju kemijsku pasivizaciju i elektrokemijsku pasivizaciju. Kemijska pasivizacija općenito koristi otopine koje sadrže kromat, fosfat ili organske pasivatore za obradu tiskanih ploča; Elektrokemijska pasivizacija je proces primjene određenog napona u određenom elektrolitu kako bi se izazvale oksidacijske reakcije na površini bakrenih slojeva, stvarajući pasivacijski film. Nakon tretmana pasivizacijom, površina bakrenog sloja će imati jednoliku boju pasivacijskog filma, poput dugine ili zlatnožute.
Sušenje: Očišćenu i pasiviranu tiskanu ploču potrebno je osušiti kako bi se uklonila površinska vlaga. Metode sušenja uključuju sušenje vrućim zrakom, sušenje pod vakuumom, itd. Sušenje vrućim zrakom često je korištena metoda koja uključuje stavljanje PCB-a u okruženje vrućeg zraka na određenoj temperaturi kako bi se vlaga brzo isparila. Tijekom procesa sušenja treba obratiti pozornost na kontrolu temperature kako bi se izbjegla deformacija tiskane ploče ili oksidacija bakrenog sloja uzrokovana previsokom temperaturom. Osušeni PCB treba pravilno skladištiti kako bi se izbjegla daljnja vlaga ili kontaminacija.