Elektronik cihazların minyatürleşmeye ve yüksek performansa doğru gelişmeye devam ettiği günümüzde, elektronik sistemlerin temel taşıyıcısı olan devre kartlarının performansı, ekipmanların genel çalışma kalitesini doğrudan etkilemektedir. Devre kartlarının performansını artırmanın önemli bir yolu olarak devre kartlarının kaplama teknolojisi giderek daha fazla ilgi görmektedir. Devre kartının yüzeyini belirli malzemelerden oluşan bir veya daha fazla ince filmle kaplayarak, devre kartına artırılmış iletkenlik, geliştirilmiş oksidasyon direnci ve geliştirilmiş lehimlenebilirlik gibi yeni işlevsel özellikler kazandırarak, elektronik cihazların kararlı çalışmasını sağlamada ve hizmet ömrünü uzatmada önemli bir rol oynar.
1, Devre kartı kaplamanın amacı ve önemi
(1) Devre kartlarını çevresel erozyondan koruyun
Devre kartlarının kullanımı sırasında nemli hava, aşındırıcı gazlar, toz vb. gibi çeşitli karmaşık çevresel faktörlerle karşı karşıya kalacaklardır. Bu faktörler, devre kartının yüzeyindeki metal hatları yavaş yavaş aşındırarak bakır folyo oksidasyonuna, hat korozyonuna ve sonuçta devre arızalarına yol açacaktır. Kaplama, devre kartının yüzeyinde yoğun bir koruyucu film oluşturarak dış ortam ile devre kartı arasındaki doğrudan teması etkili bir şekilde izole edebilir ve metal oksidasyonu ve korozyon hızını yavaşlatabilir. Örneğin, kıyı bölgeleri veya kimya şirketlerinin çevresi gibi zorlu ortamlarda, kaplamalı devre kartları, kaplamasız devre kartlarına göre birkaç kat daha uzun bir ömre sahip olabilir.
(2) Devre kartlarının elektriksel performansını iyileştirin
Bazı kaplama malzemeleri iyi iletkenliğe sahiptir. Devre kartının yüzeyinin bu malzemelerle kaplanmasıyla devrenin direnci azaltılabilir ve sinyal iletiminin verimliliği ve kararlılığı artırılabilir. Yüksek-frekanslı devrelerde, sinyal iletim hızı hızlı ve frekans yüksektir, bu da devrenin son derece yüksek empedans eşleşmesini gerektirir. Uygun kaplama, devrenin empedans özelliklerini optimize edebilir, sinyal yansımasını ve kaybını azaltabilir ve yüksek-frekanslı sinyallerin yüksek-kaliteli iletimini sağlayabilir. Ayrıca bazı kaplamalar, devre kartı üzerinde bir yalıtım katmanı oluşturabilen, farklı potansiyellere sahip hatları izole edebilen, kısa devreleri önleyebilen ve devre kartının elektriksel güvenilirliğini daha da artırabilen yalıtım özelliklerine de sahiptir.
(3) Devre kartlarının lehimlenebilirliğini geliştirin
İyi lehimlenebilirlik, devre kartlarının montaj işlemi sırasında elektronik bileşenler ile devre kartları arasında güvenilir bağlantı sağlamanın anahtarıdır. Ancak devre kartının yüzeyindeki oksidasyon, kirlenme ve diğer sorunlar lehimlenebilirliğini azaltabilir ve bu da zayıf lehimleme ve sanal lehimleme gibi kusurlara yol açabilir. Kaplama, devre kartlarının yüzeyindeki oksitleri temizleyebilir, lehimlenmesi kolay bir yüzey katmanı oluşturabilir, lehim ile devre kartları arasındaki ıslanmayı ve bağlanmayı iyileştirebilir, lehimleme işlemini daha pürüzsüz hale getirebilir ve montaj verimliliğini ve ürün kalitesini artırabilir.
2, Yaygın devre kartı kaplama türleri
(1) Kimyasal nikel altın kaplama
Kimyasal nikel altın kaplama, mevcut devre kartı endüstrisinde yaygın olarak kullanılan kaplama süreçlerinden biridir. Bu işlem ilk önce devre kartının yüzeyine kimyasal kaplama yoluyla genellikle 3-5 μm kalınlığında bir nikel tabakası biriktirir. Nikel tabakası, devre kartı için ön koruma sağlayabilen iyi bir aşınma direncine ve korozyon direncine sahiptir. Bu arada, nikel katmanının varlığı, bakırın altın katmana yayılmasını engelleyerek altın katmanın renk solmasını ve performans düşüşünü önleyebilir. Nikel tabakasının üzerine, yer değiştirme reaksiyonu yoluyla, kalınlığı tipik olarak 0,05 ila 0,1 μm arasında değişen bir altın tabakası biriktirilir. Altın katman, nikel katmanını etkili bir şekilde koruyabilen mükemmel oksidasyon direncine, iletkenliğe ve kaynaklanabilirliğe sahiptir. Elektronik bileşenlerin lehimleme işlemi sırasında, altın tabakası lehim içinde hızla çözülebilir ve iyi lehimleme sonuçları elde edilebilir. Akımsız nikel altın kaplama işlemi, bilgisayar anakartları, cep telefonu devre kartları vb. gibi yüksek yüzey düzlüğü, lehimlenebilirlik ve güvenilirlik gerektiren devre kartları için uygundur.
(2) Kimyasal nikel paladyum kaplama
Kimyasal nikel paladyum kaplama işlemi, kimyasal nikel altın kaplama işlemine dayalı olarak geliştirilmiştir. ENIG işlemiyle karşılaştırıldığında, nikel tabakası ile altın tabakası arasına kalınlığı genellikle 0,05-0,1 μm arasında değişen bir paladyum tabakası eklenir. Paladyum katmanının eklenmesi "siyah disk" olgusunun oluşumunu etkili bir şekilde bastırabilir. "Siyah disk" fenomeni, ENIG teknolojisinde nikel tabakasının yüzeyindeki eşit olmayan fosfor içeriğini veya yüksek sıcaklık ve yüksek nemli ortamlarda nikel tabakası ile altın tabakası arasındaki kimyasal reaksiyonu ifade eder ve bu durum nikel tabakasının yüzeyinin siyaha dönmesine neden olur ve böylece devre kartının lehimleme performansını ve güvenilirliğini etkiler. ENEPIG işlemindeki paladyum katmanı, nikel ve altın arasındaki olumsuz reaksiyonları önleyerek kaplamanın stabilitesini ve güvenilirliğini artırabilir. Bu süreç, havacılık, tıbbi ekipman vb. gibi son derece yüksek güvenilirlik gerektiren alanlar için uygundur.
(3) Organik lehimlenebilirlik koruyucu film
Organik lehimlenebilirlik koruyucu filmi, devre kartlarının yüzeyindeki organik ince filmleri kaplayan bir kaplama işlemidir. OSP filminin kalınlığı son derece incedir, genellikle 0,2-0,5 μm arasındadır. Kimyasal yöntemlerle bakırın yüzeyinde, bakırı belirli bir süre oksidasyondan koruyabilen ve kaynak etkisini etkilemeden kaynak sırasında hızla ayrışabilen şeffaf bir organik film oluşturur. OSP teknolojisi düşük maliyet, basit işlem ve çevre koruma avantajlarına sahiptir ve tüketici elektroniği, sıradan ev aletleri ve diğer alanlardaki devre kartları gibi maliyete duyarlı ve lehimlenebilirlik için belirli gereksinimleri olan devre kartları için uygundur. Ancak OSP filminin antioksidan kapasitesi nispeten zayıftır ve saklama süresi sınırlıdır. Genellikle kaplama sonrasında kaynak ve montajın kısa sürede tamamlanması gerekir.
(4) Gümüşün kimyasal çökeltilmesi
Gümüş biriktirme işlemi, yer değiştirme reaksiyonu yoluyla devre kartının yüzeyinde ince bir gümüş tabakası biriktirir. Gümüş katman mükemmel iletkenliğe (altından sonra ikinci) ve lehimlenebilirliğe sahiptir, bu da hat direncini etkin bir şekilde azaltıp sinyal iletim performansını artırabilir. Bununla birlikte, gümüş katmanının kimyasal stabilitesi zayıftır ve oksidasyona veya sülfürizasyona eğilimlidir, bu nedenle ömrünü uzatmak için genellikle organik koruyucu maddelerin uygulanması veya altına daldırma işlemi yapılması gerekir. Bu işlem, yüksek-frekanslı devreler (5G ve uydu iletişim ekipmanı gibi) için uygundur, ancak gümüş geçişini veya korozyonu önlemek için yüksek nem/yüksek kükürt ortamlarında dikkatli tasarım gereklidir.
3, Devre kartlarının kaplanması işlemi
(1) Ön işleme
Ön arıtma, devre kartı yüzeyindeki yağ, oksit, toz vb. yabancı maddeleri temizleyerek temiz ve etkinleştirilmiş bir durum elde etmeyi ve sonraki kaplama işlemleri için iyi bir temel sağlamayı amaçlayan devre kartı kaplamanın temel adımıdır. Ön arıtma genellikle yağın uzaklaştırılması, mikro aşındırma, asitle yıkama ve suyla yıkama gibi işlemleri içerir. Yağdan arındırma işleminde, devre kartının yüzeyindeki yağ lekelerini çıkarmak için alkalin veya organik çözücüler kullanılır; Mikro aşındırma işlemi, kimyasal korozyon yoluyla devre kartı yüzeyindeki oksit tabakasını ve hafif çapakları giderir, yüzey pürüzlülüğünü artırır ve kaplama ile devre kartı arasındaki yapışmayı iyileştirir; Asitleme işlemi, metal yüzeyinden oksitleri daha da uzaklaştırmak ve yüzeyin asitliğini veya alkaliliğini ayarlamak için kullanılır; Suyla yıkama işlemi, önceki adımlardan kalan kimyasal reaktifleri temizlemek ve çıkarmak için kullanılır.
(2) Kaplama
Kaplama için farklı kaplama türlerine göre karşılık gelen kaplama işlemleri kullanılır. Akımsız nikel kaplamayı örnek alırsak, ön-işlem tamamlandıktan sonra devre kartı, nikel tuzları, indirgeyici maddeler, kenetleme maddeleri ve diğer bileşenleri içeren akımsız nikel kaplama çözeltisine daldırılır. Uygun sıcaklık (genellikle 80-90 derece) ve pH (genellikle 4,5-5,5) koşullarında, nikel iyonları devre kartının yüzeyindeki indirgeyici ajan tarafından indirgenerek bir nikel tabakası biriktirilir. Nikel kaplama tamamlandıktan sonra devre kartını altın kaplama çözeltisine aktarın ve yer değiştirme reaksiyonu yoluyla nikel katmanının yüzeyine bir altın katman biriktirin. Kaplama işlemi sırasında, kaplamanın kalınlığının, tekdüzeliğinin ve kalitesinin gereksinimleri karşıladığından emin olmak için çözelti bileşimi, sıcaklık, pH değeri ve süre gibi işlem parametrelerinin sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.
(3) İşlem sonrası
Son arıtma esas olarak suyla yıkama, kurutma ve test etme gibi işlemleri içerir. Suyla yıkama, devre kartlarının performansı üzerindeki olumsuz etkilerini önlemek amacıyla devre kartlarının yüzeyindeki kaplama çözeltileri ve kimyasal reaktiflerin kalıntılarını gidermek için kullanılır; Kurutma, kalan nemin paslanmaya veya diğer kalite sorunlarına neden olmasını önlemek için devre kartının yüzeyinden nemin uzaklaştırılması işlemidir; Test süreci, kaplamalı devre kartının tasarım gereksinimlerini ve kullanım standartlarını karşıladığından emin olmak için görsel inceleme, film kalınlığı ölçümü, lehimlenebilirlik testi, iletkenlik testi vb. gibi çeşitli test yöntemleri aracılığıyla kaplamanın kalitesini kapsamlı bir şekilde değerlendirir.