PCB, elektronik sinyallerin bağlanmasında ve iletilmesinde ve pcb elektrokaplama bakır işleminde çekirdek bağlantı olarak çok önemli bir rol oynar.pcb üretim süreci, devre kartının performansında ve kalitesinde belirleyici bir rol oynar. Akıllı telefonlardan yüksek-performanslı bilgisayarlara, otomotiv elektroniğinden havacılık ekipmanlarına kadar neredeyse tüm elektronik cihazların baskılı devre kartları, bakır elektrokaplama teknolojisine dayanır.
1, Bakır Elektrokaplama Prensibi
Bakırın pcb ile elektrokaplanması, Faraday yasasına dayanan tipik bir elektrokimyasal işlemdir. Elektrokaplama banyosunda pcb katot olarak kullanılır ve bakır anot, bakır iyonları içeren bir elektrolite batırılır. Katot ile anot arasına doğru akım voltajı uygulandığında, akım elektrolitten geçerek bir dizi elektrokimyasal reaksiyonu tetikler.
Anodik reaksiyon: Bakır anot, bakır atomlarının iki elektronu kaybettiği ve elektrolite giren bakır iyonlarına dönüştüğü bir oksidasyon reaksiyonuna girer. Reaksiyon denklemi Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺'dir.
Katodik reaksiyon: PCB yüzeyinde bakır iyonları elektron alır ve bakır atomlarına indirgenir ve bunlar pcb yüzeyinde birikir. Reaksiyon denklemi Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu'dur.
Akım yoğunluğu, elektrokaplama süresi ve elektrolit bileşimi gibi parametrelerin kontrol edilmesiyle bakırın kaplama hızı ve kaplama kalınlığı doğru bir şekilde kontrol edilebilir.
2, Süreç akışı
(1) Ön işleme
Temizleme: Öncelikle yüzeydeki yağ lekeleri, toz ve oksitler gibi yabancı maddeleri gidermek için pcb alt katmanını iyice temizleyin. Yaygın temizleme yöntemleri arasında alkali temizleme, asidik temizleme ve ultrasonik temizleme bulunur. Alkali temizleme, yağı ve organik kirleticileri etkili bir şekilde giderebilirken, asidik temizleme esas olarak oksitleri gidermek için kullanılır. Ultrasonik temizleme, ultrasonik dalgaların kavitasyon etkisi sayesinde alt tabakanın yüzeyindeki ince boşlukları ve delikleri iyice temizleyebilir. Temizlenen alt tabaka yüzeyinde belirgin yabancı maddeler bulunmamalı ve tekdüze bir metalik parlaklık sunmalıdır.
Mikro korozyon: Mikro korozyonun amacı, pcb yüzeyinde mikro pürüzlü bir yüzey oluşturarak, sonraki elektrolizle kaplanmış bakır katman ile alt tabaka arasındaki yapışmayı arttırmaktır. Substratları işlemek için genellikle persülfat veya sülfürik asit hidrojen peroksit gibi mikro aşındırıcılar içeren çözeltiler kullanılır. Mikro aşındırma işlemi sırasında, mikro aşındırma maddesi bakır yüzeyi ile kimyasal reaksiyona girerek çok ince bir bakır tabakasını çözer ve küçük içbükey dışbükey yapılar oluşturur. Mikro korozyon derecesinin sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerekir; alt tabakanın aşırı korozyona uğramadan iyi bir yapışma sağlamak için genel mikro korozyon miktarının 0,5-1,5 µm arasında kontrol edilmesi gerekir.
Ön daldırma: Ön daldırma, temizlenmiş ve mikro kazınmış pcb'yi belirli bileşenler içeren bir ön daldırma çözeltisine batırma işlemidir, böylece alt tabaka yüzeyinin bir aktif madde katmanını adsorbe etmesine ve sonraki aktivasyon işlemine hazırlanmasına olanak tanır. Ön daldırma çözeltisinin bileşimi genellikle aktivasyon çözeltisininkine benzer, ancak daha düşük bir konsantrasyona sahiptir. Ana işlevi, aktivasyondan önce substratın tekrar oksitlenmesini önlemek ve aktivasyon etkisini arttırmaktır. Ön ıslatma süresi genellikle kısadır ve genellikle birkaç saniyeden onlarca saniyeye kadar değişir.
Aktivasyon: Aktivasyon, PCB'nin yüzeyinde katalitik olarak aktif metal partiküllerinden (genellikle paladyum partiküllerinden) oluşan bir katmanı adsorbe etmeyi amaçlayan ön-işlem sürecinde çok önemli bir adımdır. Bu paladyum parçacıkları, sonraki kimyasal bakır kaplama veya elektrokaplama için katalitik merkezler olarak hizmet edecek ve bakır iyonlarının azaltılmasını ve birikmesini teşvik edecektir. Yaygın olarak kullanılan aktivasyon yöntemleri arasında kolloidal paladyum aktivasyon yöntemi ve iyonik paladyum aktivasyon yöntemi bulunur. Kolloidal paladyum aktivasyon çözeltisi paladyum tuzu, kalay tuzu ve şelatlayıcı maddeden oluşur. Aktivasyon işlemi sırasında koloidal paladyum parçacıkları pcb'nin yüzeyine adsorbe edilir; İyon paladyum aktivasyon yöntemi, iyon değişimi yoluyla substrat yüzeyindeki paladyum iyonlarını adsorbe etmek ve daha sonra bunları bir indirgeyici madde aracılığıyla metalik paladyuma indirgemektir. Aktivasyon süresi ve sıcaklık gibi parametrelerin, aktivasyon çözeltisinin türüne ve pcb'nin malzemesine göre düzgün ve yoğun bir aktivasyon katmanı sağlamak için hassas bir şekilde kontrol edilmesi gerekir.
(2) Kimyasal bakır kaplama
Cam elyaf takviyeli plastik gibi iletken olmayan malzemelerden yapılan bazı pcb alt tabakaları için, bakırın elektrokaplanması öncesinde, alt tabaka yüzeyinde ince iletken bir bakır tabaka oluşturmak ve daha sonraki bakırın elektrokaplanması için iletken bir yol sağlamak üzere kimyasal bakır kaplama gerekir.
Kimyasal Bakır Kaplama Prensibi: Kimyasal bakır kaplama, kendi kendine katalitik bir oksidasyon-indirgeme reaksiyonudur. Katalitik aktiviteye sahip bir yüzeyde, bakır iyonları, bir indirgeyici maddenin etkisiyle metalik bakıra indirgenir ve altlık yüzeyinde biriktirilir. Ana reaksiyon denklemi şöyledir: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. Bu reaksiyonda bakır iyonları paladyum merkezlerinin katalizi altında elektronlar alınarak bakır atomlarına indirgenirken, formaldehit ise format iyonlarına oksitlenir.
Kimyasal bakır kaplama işlemi: İlk olarak aktifleştirilmiş pcb, bakır tuzları, kompleksleştirici maddeler, indirgeyici maddeler ve diğer katkı maddelerini içeren bir kimyasal bakır kaplama çözeltisine daldırılır. Kaplama çözeltisinin sıcaklığı genellikle 40-50 derece arasında kontrol edilir ve pH değeri 12-13 civarında tutulur. Akımsız bakır kaplama işleminde, kaplama çözeltisinin homojenliğini ve reaksiyonun yeterli ilerlemesini sağlamak için kaplama çözeltisinin uygun şekilde karıştırılması gerekir. Akımsız bakır kaplamanın süresi, gerekli bakır tabakasının kalınlığına bağlıdır ve genellikle 0,2-0,5 μm arasında bir kalınlığa sahip bir bakır tabakası elde edilebilir. Kimyasal bakır kaplamadan sonra, yüzeydeki artık kaplama solüsyonunu ve yabancı maddeleri gidermek için pcb'nin temizlenmesi gerekir.
(3) Elektrolizle kaplanmış bakır
Tam pansiyon elektrolizle kaplanmış bakır: Birincil bakır olarak da bilinen tam pansiyon elektrolizle kaplanmış bakır, bakır tabakasının kalınlığını arttırmak, iletkenliği ve mekanik mukavemeti arttırmak ve kimyasal bakır kaplama katmanını sonraki aşındırma ve diğer işlemlerden korumak için esas olarak kimyasal bakır kaplamaya tabi tutulmuş bir pcb'nin tüm yüzeyinde bir bakır tabakasını elektrolizle kaplamak için kullanılır. Tam plaka bakır elektrokaplama genellikle formüldeki bakır sülfat içeriği genellikle 150-250 g/L arasında ve sülfürik asit içeriği 50-200 g/L arasında olan asidik bir bakır sülfat kaplama çözeltisinin yanı sıra uygun miktarlarda klorür iyonları ve katkı maddeleri kullanır. Elektrokaplama işleminde katot olarak pcb kullanılır ve kaplama çözeltisindeki bakır iyonlarını desteklemek için genellikle anot olarak fosfor bakır topları kullanılır. Akım yoğunluğu genellikle 1-2A/dm²'de kontrol edilir ve elektrokaplama süresi gerekli bakır katman kalınlığına bağlıdır, genellikle bakır katman kalınlığı 5-20 μm'ye çıkarılır. Tüm levha üzerinde bakırın elektrokaplama işlemi sırasında, kaplama çözeltisindeki yabancı maddeleri ve parçacıkları uzaklaştırmak için kaplama çözeltisinin sürekli filtrelenmesi gerekir, bu da kaplamanın kalitesini garanti eder.
Grafik elektrokaplama bakır: İkincil bakır olarak da bilinen grafik elektrokaplama bakır, tam kart elektrokaplama bakır ve grafik aktarımından sonra pcb üzerinde gerekli devre grafik parçalarının seçici bir elektrokaplamasıdır ve devrenin akım taşıma kapasitesinin ve sinyal iletim performansının gereksinimlerini karşılamak için bakır katmanını daha da kalınlaştırır. Grafik elektrokaplama bakırına yönelik kaplama çözümünün bileşimi ve proses parametreleri, tam kart elektrokaplama bakırına benzer, ancak yalnızca belirli grafik alanları elektrokaplama yapıldığından, elektrokaplama gerektirmeyen parçaları kapatmak için maske malzemelerine ihtiyaç vardır. Elektrokaplama işlemi sırasında, desenin her bir parçasının kaplama kalınlığının tutarlı olmasını sağlamak için akım dağılımının düzgünlüğüne özel dikkat gösterilmelidir. Bakır ile grafik elektrokaplamadan sonra, bakır tabakanın kalınlığı genellikle 20-50 μm'ye ulaşabilir ve spesifik kalınlık, pcb'nin tasarım gereksinimlerine bağlıdır.
(4) İşlem sonrası
Temizleme: Bakırın elektrokaplanmasından sonra, yüzeydeki kalıntı kaplama solüsyonunu ve yabancı maddeleri çıkarmak için ilk önce pcb iyice temizlenmelidir. Temizleme işleminde genellikle çok-aşamalı bir karşı akım durulama yöntemi benimsenir; önce temiz suyla durulayın ve ardından pcb yüzeyinde kimyasal kalıntısı kalmadığından emin olmak için deiyonize suyla durulayın. Temizlenen pcb yüzeyi temiz, lekesiz ve nötre yakın pH değerine sahip olmalıdır.
Pasivasyon: Elektrolizle kaplanmış bakır tabakaların korozyon direncini arttırmak için genellikle pasivasyon işlemi gerekir. Pasivasyon, bakır tabakasının yüzeyinde oksijen ve nem ile bakır arasındaki kimyasal reaksiyonları önleyebilen ve böylece bakır tabakanın servis ömrünü uzatabilen son derece ince bir pasivasyon filminin oluşmasıdır. Yaygın olarak kullanılan pasivasyon yöntemleri arasında kimyasal pasivasyon ve elektrokimyasal pasivasyon bulunur. Kimyasal pasivasyon, baskılı devre kartlarını işlemek için genellikle kromat, fosfat veya organik pasifleştiriciler içeren çözeltiler kullanır; Elektrokimyasal pasivasyon, bakır katmanların yüzeyinde oksidasyon reaksiyonlarına neden olmak ve bir pasivasyon filmi oluşturmak için belirli bir elektrolite belirli bir voltajın uygulanması işlemidir. Pasivasyon işleminden sonra bakır katmanın yüzeyi gökkuşağı veya altın sarısı gibi tekdüze bir pasivasyon filmi rengi sunacaktır.
Kurutma: Temizlenmiş ve pasifleştirilmiş PCB'nin yüzeydeki nemi uzaklaştırmak için kurutulması gerekir. Kurutma yöntemleri arasında sıcak havayla kurutma, vakumla kurutma vb. yer alır. Sıcak havayla kurutma, nemi hızlı bir şekilde buharlaştırmak için pcb'nin belirli bir sıcaklıkta sıcak hava ortamına yerleştirilmesini içeren yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Kurutma işlemi sırasında aşırı sıcaklığın neden olduğu pcb deformasyonunu veya bakır tabakasının oksidasyonunu önlemek için sıcaklık kontrolüne dikkat edilmelidir. Kurutulmuş pcb, daha fazla nem veya kirlenmeyi önlemek için uygun şekilde saklanmalıdır.