שקיעת נחושת, הידוע גם בשם ציפוי נחושת כימי, בקיצור PTH. מטרתו העיקרית היא להפקיד שכבת נחושת דקה ואחידה על משטחים לא-מוליכים של לוחות מעגלים מודפסים, כגון קירות חורים מבודדים ואזורים מסוימים שאינם רדיד נחושת, באמצעות תגובות כימיות, המעניקות מוליכות לחלקים הלא-מוליכים המקוריים, הנחת היסוד לתהליכי הדפסה חשמליים וציפויי נחושת סופיים. לוחות מעגלים.
אם ניקח לדוגמא לוח מעגלים מודפסים מרובי-שכבות, חיבורים חשמליים בין שכבות צריכים להיעשות באמצעות דרך. לאחר הקידוח, קיר החור מבודד, וללא טיפול בטבילת נחושת, זרם לא יכול לעבור דרך החור כדי להשיג הולכה בין-שכבתית. שכבת הנחושת היא כמו בניית "גשר", המאפשרת לזרם לזרום בצורה חלקה בין שכבות, מה שמבטיח את השלמות והפונקציונליות של כל מערכת החשמל במעגלים. אם יש בעיות בתהליך שקיעת הנחושת, כגון שקיעת שכבת נחושת לא אחידה, עובי לא מספיק או פגמים כגון חללים, זה עלול להוביל לשידור אות לא יציב, לקצרים או למעגלים פתוחים, להשפיע באופן רציני על הביצועים וחיי השירות של המעגל המודפס.
זרימת תהליך שקיעת נחושת
עיבוד מקדים
פירוק בור: לאחר הקידוח, חורי לוח מעגלים מודפסים עלולים ליצור כתמים, ופסולת קידוח עשויה להישאר בתוך החורים. הסר את הקוצים ושבבי הקידוח הללו באמצעות צחצוח וטחינה מכניים כדי להבטיח עיבוד חלק לאחר מכן, למנוע נזק לקיר החור ולמשטח ולהשפיע על אפקט שקיעת הנחושת.
התנפחות: עבור לוחות רב-שכבתיים, שרף האפוקסי בשכבה הפנימית עלול להינזק במהלך תהליך הקידוח. השתמש בחומרי התפחה ספציפיים, כגון תרכובות אורגניות על בסיס אתר, כדי לרכך ולהתפיח את שרף האפוקסי, הכנה לשלבי הקידוח הבאים כדי להבטיח הסרה יעילה של פסולת קידוח ולשפר את ההידבקות בין דופן הנקבוביות לשכבת הנחושת.
הסר דבק ופסולת קידוח: תוך ניצול תכונת החמצון החזקה של אשלגן פרמנגנט, בטמפרטורה גבוהה ותנאים אלקליים חזקים, הוא עובר תגובת פיצוח חמצונית עם פסולת קידוח שרף אפוקסי נפוחה ומרכך כדי להסירו. לדוגמה, בטמפרטורה מסוימת ובסביבה בסיסית, אשלגן פרמנגנט מגיב עם שרשראות הפחמן בשרף האפוקסי, גורם להן להישבר ולהתפרק, ובכך להשיג את המטרה של ניקוי דופן הנקבוביות.
ניטרול: הסר חומרים שאריות כגון אשלגן פרמנגנט, אשלגן פרמנגנט ומנגן דו חמצני מתהליך השימוש באשלגן פרמנגנט להסרת פסולת קידוח. מכיוון שיוני מנגן שייכים ליוני מתכות כבדות, הם עלולים לגרום ל"הרעלת פלדיום" בשלבי ההפעלה הבאים, ולגרום ליוני פלדיום או אטומים לאבד את פעילות ההפעלה שלהם, ובכך להשפיע על השפעת מתכת הנקבוביות. לכן, יש להסיר אותם ביסודיות.
הסרת שמן/ניקוי חורים: שימוש בחומרים מיוחדים להסרת שמן להסרת כתמי שמן וזיהומים אחרים מפני השטח של הלוח. במקביל, באמצעות פעולת הגורם ליצירת הנקבוביות, תכונות המטען של דופן הנקבוביות מותאמות כדי להפוך את פני השטח שלה למטען חיובי, מה שמקדם ספיחה של זרז אחיד לאחר מכן.
מיקרו תחריט: שימוש בתמיסת מיקרו תחריט להסרת תחמוצות וזיהומים אחרים על פני הנחושת, ומיקרו חיספוס של פני הנחושת. זה לא רק משפר את יכולת הקישור בין משטח הנחושת לנחושת האלקטרוליטית שלאחר מכן, אלא גם מספק סביבת פני שטח מתאימה יותר לספיחת זרזים.
טבילת חומצה: נקה את אבקת הנחושת המחוברת למשטח הנחושת לאחר תחריט מיקרו כדי להבטיח את טוהר משטח הנחושת וליצור תנאים נוחים לשלבי ההפעלה הבאים.
קָטָלִיזָה
טבילה מוקדמת: מונעת ניקוי לא שלם של התהליך הקודם וזיהומים מלהיכנס למיכל הפלדיום היקר, תוך הרטבת דפנות נקבוביות שרף האפוקסי כדי לקדם ספיחה של הזרז על פני הצלחת. למיכל ההשריה המוקדמת ולמיכל ההפעלה שלאחר מכן יש בעצם אותו הרכב למעט היעדר פלדיום.
הפעלה: שלב זה משתמש בדרך כלל בזרזים כגון Pd/Sn או Pd/Cu כדי לאפשר למיצללי הפלדיום הטעונים שלילי על פני השטח להיצמד לדפנות הנקבוביות עקב פעולת הפולימר המזופורי. באמצעות טיפול בהפעלה, מסופקים אתרים פעילים קטליטיים להשקעת נחושת כימית לאחר מכן, המאפשר ליוני נחושת לעבור תגובות הפחתה באתרים פעילים אלו.
האצה: הסר את החלק הקולואידי של השכבה החיצונית של חלקיקי פלדיום קולואידים, תוך חשיפת ליבת הפלדיום הקטליטית, תוך הבטחת הידבקות טובה בין שכבת ציפוי הנחושת ללא חשמל לדופן הנקבוביות. לדוגמה, מיצלים פלדיום נצמדים ללוח, ולאחר שטיפת מים ואוורור, נוצרת מעטפת Sn (OH) 4 מחוץ לחלקיקי Pd, אשר מוסרת על ידי מאיץ מסוג HBF4 כדי לחשוף את ליבת הפלדיום.
שקיעת נחושת כימית: הכנס את המעגל המודפס שעבר טיפול קטליטי לתוך מיכל שקיעת נחושת כימי המכיל מלחי נחושת (כגון גופרת נחושת) וחומרים מפחיתים (כגון פורמלדהיד). תחת הפעולה הקטליטית של ליבת פלדיום, יוני נחושת מופחתים על ידי פורמלדהיד ומושקעים על דפנות הנקבוביות של לוחות מעגלים מודפסים ומשטחי נייר כסף שאינם נחושת הדורשים מוליכות, ויוצרים בהדרגה שכבת נחושת דקה. ככל שהתגובה מתקדמת, נחושת כימית חדשה שנוצרה ומימן תוצר לוואי של תגובה יכולים לשמש כזרזי תגובה, ולקדם עוד יותר את ההתקדמות המתמשכת של התגובה ולהגדיל את עובי שכבת הנחושת. ניתן לחלק את סוגי שקיעת הנחושת הכימית לנחושת דקה (0.25-0.5 מיקרומטר), נחושת בינונית (1-1.5 מיקרומטר) ונחושת עבה (2-2.5 מיקרומטר) לפי דרישה.
עיבוד פוסט-
שטיפת מים: לאחר השלמת שקיעת הנחושת, שאריות הכימיקלים על משטח המעגל המודפס מוסרות ביסודיות באמצעות שטיפת מים רב-שלבית כדי למנוע השפעות שליליות של חומרים שיוריים על תהליכים הבאים.
ייבוש: שימוש בשיטות כגון ייבוש באוויר חם כדי להסיר לחות מפני השטח של המעגל המודפס, לשמור אותו במצב יבש לאחסון ועיבוד מאוחרים יותר.
בדיקת איכות
בדיקת רמת תאורה אחורית: צור פרוסות קיר חור וצפה בכיסוי הנחושת המושקעת על קיר החור באמצעות מיקרוסקופ מטאלוגרפי. רמת התאורה האחורית מחולקת בדרך כלל ל-10 רמות, וככל שהרמה גבוהה יותר, כך כיסוי הנחושת המושקע על דופן החור טוב יותר. בדרך כלל, תקני התעשייה דורשים דירוג של גדול או שווה ל-8.5. באמצעות בדיקת רמת התאורה האחורית, ניתן להבין באופן אינטואיטיבי את האחידות והשלמות של שכבת הנחושת המופקדת על דופן החור, וניתן לשפוט את איכות הנחושת המופקדת כדי לעמוד בדרישות.
זיהוי עובי שכבת נחושת: השתמש בציוד מקצועי כגון מדי עובי -רנטגן כדי למדוד את עובי שכבת הנחושת שהופקדה, כדי להבטיח שהיא עומדת בטווח העובי הנדרש על ידי התכנון. לתרחישי יישום ודרישות מוצר שונים יש סטנדרטים משתנים לעובי שכבת השקיעה הנחושת.
בדיקת הידבקות: השתמש בשיטות כגון בדיקת סרט כדי לבדוק את ההידבקות בין שכבת הנחושת למצע המעגל המודפס. לדוגמה, השתמשו בסרט דבק ספציפי כדי להדביק על פני שכבת הנחושת, לאחר מכן קלפו אותה במהירות וראו האם שכבת הנחושת התקלפה, על מנת להעריך האם ההדבקה עומדת בתקן. הידבקות טובה היא אינדיקטור חשוב כדי להבטיח את היציבות והאמינות של שכבת הנחושת המופקדת.
בדיקת דופן חורים: בעזרת מיקרוסקופ או כלים אחרים, בדוק בקפידה את שכבת הנחושת על דופן החור לצורך המשכיות, פגמים כגון חללים וסדקים, על מנת לוודא שאיכות שכבת הנחושת על דופן החור עומדת בדרישות של אמינות המעגל.
נקודות מפתח של בקרת תהליך שקיעת נחושת
בקרת טמפרטורה: קצב התגובה במהלך שקיעת נחושת כימית רגיש מאוד לטמפרטורה. טמפרטורה מופרזת וקצב תגובה מהיר עלולים להוביל לתצהיר לא אחיד של שכבת הנחושת, וכתוצאה מכך לפגמים כגון חספוס וחללים; הטמפרטורה נמוכה מדי, קצב התגובה איטי, יעילות שקיעת הנחושת נמוכה, ועובי שכבת הנחושת קשה לעמוד בדרישות. לדוגמה, הטמפרטורה של מיכל ציפוי נחושת כימי בדרך כלל צריכה להיות בקרה מדויקת בין 25-35 מעלות, בהתאם לנוסחת התמיסה הכימית שבה נעשה שימוש ודרישות התהליך.
בקרת PH: ערך ה-PH של תמיסה יכול להשפיע על צורת יוני הנחושת ועל פעילותם של חומרים מפחיתים. ערכי pH לא מתאימים עלולים למנוע מהתגובה להתקדם כראוי או להוביל לירידה באיכות שכבת הנחושת. בתהליך של שקיעת נחושת, בדרך כלל יש צורך לשלוט על ערך ה-pH בטווח הבסיסי של 11-13 ולשמור על ערך pH יציב על ידי הוספת מתאמי pH.
בקרת ריכוז תמיסה: יש לשלוט בקפדנות על הריכוז של מלחי נחושת, חומרים מצמצמים, חומרים קלאטים ורכיבים אחרים של התמיסה בטווח שצוין. ריכוז מוגזם או לא מספיק עלול להשפיע על קצב ואיכות שקיעת הנחושת. לדוגמה, ריכוז נמוך של מלח נחושת יכול להוביל לקצב איטי של שקיעת נחושת ולעובי שכבת נחושת לא מספקת; ריכוז מוגזם של חומר מפחית עלול לגרום לתגובה מוגזמת ולהשפיע על אחידות שכבת הנחושת. יש צורך לבדוק באופן קבוע ולהתאים את ריכוז התרופה כדי לוודא שהיא במצב התהליך הטוב ביותר.
בקרת זמן תגובה: זמן שקיעת הנחושת קובע את העובי הסופי של שכבת הנחושת. הזמן קצר מדי, ועובי שכבת הנחושת אינו עומד בדרישות העיצוב; זמן מוגזם לא רק מבזבז משאבים, אלא עלול גם להוביל לשכבות נחושת עבות, וכתוצאה מכך להתגבשות גסה וירידה בהדבקה. על פי סוגים שונים של תצהיר נחושת ודרישות תהליך, יש לשלוט במדויק על זמן השקעת הנחושת. לדוגמה, זמן שקיעת הנחושת עבור נחושת דקה הוא בדרך כלל 10-15 דקות, בעוד עבור נחושת בינונית ועבה, יש להאריך אותו בהתאם.