כיום, כאשר מכשירים אלקטרוניים ממשיכים להתפתח לקראת מזעור וביצועים גבוהים, הביצועים של לוחות מעגלים, כמנשא הליבה של מערכות אלקטרוניות, משפיעים ישירות על איכות התפעול הכוללת של הציוד. טכנולוגיית הציפוי של מעגלים, כאמצעי חשוב לשיפור הביצועים של מעגלים, זוכה לתשומת לב גוברת. הוא ממלא תפקיד מפתח בהבטחת פעולה יציבה והארכת חיי השירות של מכשירים אלקטרוניים על ידי כיסוי פני השטח של המעגל עם סרט דק אחד או יותר של חומרים ספציפיים, ומעניק ללוח מאפיינים פונקציונליים חדשים כגון מוליכות מוגברת, עמידות חמצון משופרת ושיפור יכולת הלחמה.
1, המטרה והמשמעות של ציפוי לוח מעגלים
(1) הגן על לוחות מעגלים מפני שחיקה סביבתית
במהלך השימוש במעגלים, הם יתמודדו עם גורמים סביבתיים מורכבים שונים, כגון אוויר לח, גזים קורוזיביים, אבק ועוד. גורמים אלו ישחקו בהדרגה את קווי המתכת על פני המעגל, ויגרמו לחמצון רדיד נחושת, קורוזיה בקווים, ובסופו של דבר יובילו לכשלים במעגלים. ציפוי יכול ליצור סרט מגן צפוף על פני המעגל, ולבודד למעשה מגע ישיר בין הסביבה החיצונית ללוח המעגלים, ולהאט את קצב חמצון המתכות והקורוזיה. לדוגמה, בסביבות קשות כגון אזורי חוף או סביב חברות כימיקלים, לוחות מעגלים מצופים יכולים להיות בעלי תוחלת חיים ארוכה פי כמה מאשר למעגלים לא מצופים.
(2) שפר את הביצועים החשמליים של לוחות מעגלים
לחלק מחומרי הציפוי יש מוליכות טובה. על ידי ציפוי משטח המעגל בחומרים אלו, ניתן להפחית את התנגדות המעגל ולשפר את היעילות והיציבות של העברת האות. במעגלים-תדרים גבוהים, מהירות העברת האותות מהירה והתדירות גבוהה, מה שמצריך התאמת עכבה גבוהה במיוחד של המעגל. ציפוי מתאים יכול לייעל את מאפייני העכבה של המעגל, להפחית את השתקפות האות ואובדן, ולהבטיח שידור-איכותי של אותות- בתדר גבוה. בנוסף, לחלק מהציפויים יש גם תכונות בידוד, שיכולות ליצור שכבת בידוד על המעגל, לבודד קווים בעלי פוטנציאל שונה, למנוע קצרים ולשפר עוד יותר את האמינות החשמלית של המעגל.
(3) שפר את יכולת ההלחמה של לוחות מעגלים
יכולת הלחמה טובה היא המפתח להבטחת חיבור אמין בין רכיבים אלקטרוניים למעגלים במהלך תהליך ההרכבה של מעגלים. עם זאת, חמצון, זיהום ובעיות אחרות על פני הלוח יכולים להפחית את יכולת ההלחמה שלו, מה שמוביל לפגמים כמו הלחמה לקויה והלחמה וירטואלית. ציפוי יכול להסיר תחמוצות מפני השטח של לוחות מעגלים, ליצור שכבת פני השטח שקל להלחמה, לשפר את ההרטבה וההדבקה בין הלחמה למעגלים, להפוך את תהליך ההלחמה לחלק יותר ולשפר את יעילות ההרכבה ואיכות המוצר.
2, סוגים נפוצים של ציפוי לוח מעגלים
(1) ציפוי זהב ניקל כימי
ציפוי זהב ניקל כימי הוא אחד מתהליכי הציפוי הנפוצים בתעשיית המעגלים הנוכחית. תהליך זה מפקיד תחילה שכבת ניקל על פני הלוח באמצעות ציפוי כימי, בעובי בדרך כלל בין 3-5 מיקרומטר. לשכבת הניקל יש עמידות בפני שחיקה ועמידות בפני קורוזיה טובה, מה שיכול לספק הגנה ראשונית ללוח המעגלים. בינתיים, נוכחות של שכבת ניקל יכולה למנוע מנחושת להתפזר לתוך שכבת הזהב, ולמנוע שינוי צבע ופגיעה בביצועים של שכבת הזהב. על גבי שכבת הניקל, שכבת זהב מופקדת באמצעות תגובת עקירה, עם עובי שנע בדרך כלל בין 0.05 ל-0.1 מיקרומטר. לשכבת הזהב יש עמידות חמצון מעולה, מוליכות ויכולת ריתוך, שיכולים להגן ביעילות על שכבת הניקל. במהלך תהליך הלחמה של רכיבים אלקטרוניים, שכבת הזהב יכולה להתמוסס במהירות בהלחמה ולהשיג תוצאות הלחמה טובות. תהליך ציפוי זהב ניקל ללא חשמל מתאים למעגלים הדורשים שטוחות משטח גבוהה, יכולת הלחמה ואמינות, כגון לוחות אם למחשבים, מעגלים לטלפונים ניידים וכו'.
(2) ציפוי ניקל פלדיום כימי
תהליך ציפוי ניקל פלדיום כימי פותח על בסיס תהליך ציפוי זהב ניקל כימי. בהשוואה לתהליך ENIG, הוא מוסיף שכבת פלדיום בין שכבת הניקל לשכבת הזהב, בעובי שנע בדרך כלל בין 0.05-0.1 מיקרומטר. תוספת שכבת פלדיום יכולה לדכא ביעילות את התרחשות תופעת "הדיסק השחור". תופעת ה"דיסק השחור" מתייחסת לתכולת הזרחן הלא אחידה על פני שכבת הניקל או לתגובה הכימית בין שכבת הניקל לשכבת הזהב בסביבות טמפרטורה גבוהה ולחות גבוהה בטכנולוגיית ENIG, הגורמת למשטח שכבת הניקל להשחיר, ובכך משפיעה על ביצועי ההלחמה והאמינות של המעגל. שכבת הפלדיום בתהליך ENEPIG יכולה למנוע תגובות שליליות בין ניקל לזהב, ולשפר את היציבות והאמינות של הציפוי. תהליך זה מתאים לתחומים הדורשים אמינות גבוהה במיוחד, כגון תעופה וחלל, ציוד רפואי וכו'.
(3) סרט מגן עם יכולת הלחמה אורגנית
סרט מגן עם יכולת הלחמה אורגנית הוא תהליך ציפוי המצפה סרטים דקים אורגניים על פני המעגלים. עובי הסרט OSP דק במיוחד, בדרך כלל בין 0.2-0.5 מיקרומטר. הוא יוצר סרט אורגני שקוף על פני הנחושת באמצעות שיטות כימיות, אשר יכול להגן על נחושת מפני חמצון למשך פרק זמן מסוים, ויכול להתפרק במהירות במהלך הריתוך מבלי להשפיע על אפקט הריתוך. לטכנולוגיית OSP יש את היתרונות של עלות נמוכה, תהליך פשוט ושמירה על איכות הסביבה, והיא מתאימה למעגלים רגישים לעלות ובעלי דרישות מסוימות להלחמה, כגון מעגלים באלקטרוניקה צריכה, מכשירי חשמל ביתיים רגילים ותחומים נוספים. עם זאת, קיבולת נוגדי החמצון של סרט OSP חלשה יחסית, וזמן האחסון שלו מוגבל. בדרך כלל, יש להשלים את הריתוך וההרכבה תוך פרק זמן קצר לאחר הציפוי.
(4) משקעים כימיים של כסף
תהליך שקיעת הכסף מפקיד שכבה דקה של כסף על פני הלוח באמצעות תגובת עקירה. לשכבת הכסף יש מוליכות מצוינת (שנייה רק לזהב) ויכולת הלחמה, מה שיכול להפחית ביעילות את התנגדות הקו ולשפר את ביצועי שידור האות. עם זאת, היציבות הכימית של שכבת הכסף ירודה ונוטה להתחמצנות או גופרית, ולכן לעיתים קרובות יש צורך ליישם חומרי הגנה אורגניים או לבצע טיפול טבילה בזהב כדי להאריך את תוחלת חייה. תהליך זה מתאים למעגלי-תדר גבוה (כגון 5G וציוד תקשורת לווייני), אך נדרש תכנון קפדני בסביבות לחות גבוהה/גופרית גבוהה כדי למנוע נדידת כסף או קורוזיה.
3, תהליך ציפוי מעגלים
(1) עיבוד מוקדם
טיפול מקדים הוא השלב הבסיסי של ציפוי מעגלים, שמטרתו להסיר זיהומים כגון שמן, תחמוצות, אבק וכו' על פני המעגל, על מנת להשיג מצב נקי ומופעל, ולספק בסיס טוב לתהליכי הציפוי הבאים. הטיפול המקדים כולל בדרך כלל תהליכים כמו הסרת שמן, צריבה מיקרו, שטיפת חומצה ושטיפת מים. תהליך הסרת השומנים משתמש בממיסים אלקליים או אורגניים כדי להסיר כתמי שמן מפני השטח של המעגל; תהליך המיקרו תחריט מסיר את שכבת התחמוצת וקורות קלים על פני המעגל באמצעות קורוזיה כימית, מגביר את חספוס פני השטח ומשפר את ההידבקות בין הציפוי ללוח המעגלים; תהליך הכבישה משמש להסרה נוספת של תחמוצות ממשטח המתכת ולהתאים את חומציות פני השטח או בסיסיות; תהליך שטיפת המים משמש לניקוי והסרה של שאריות ריאגנטים כימיים מהשלבים הקודמים.
(2) ציפוי
לפי סוגי ציפוי שונים, נעשה שימוש בתהליכי ציפוי מתאימים לציפוי. אם ניקח כדוגמה ציפוי ניקל ללא חשמל, לאחר השלמת הטיפול המקדים-, המעגל טובל בתמיסת ציפוי ניקל ללא חשמל המכילה מלחי ניקל, חומרים מפחיתים, חומרים קלטים ורכיבים אחרים. בתנאי טמפרטורה מתאימים (בדרך כלל 80-90 מעלות) ו-pH (בדרך כלל 4.5-5.5), יוני ניקל מופחתים על ידי חומר ההפחתה על פני המעגל, תוך הפקדת שכבת ניקל. לאחר השלמת ציפוי הניקל, העבירו את לוח המעגלים לתמיסת ציפוי זהב והפקידו שכבת זהב על פני שכבת הניקל באמצעות תגובת עקירה. במהלך תהליך הציפוי, יש צורך לשלוט בקפדנות על פרמטרי התהליך כגון הרכב התמיסה, הטמפרטורה, ערך ה-pH וזמן כדי להבטיח שהעובי, האחידות והאיכות של הציפוי עומדים בדרישות.
(3) עיבוד לאחר
טיפול לאחר כולל בעיקר תהליכים כגון שטיפת מים, ייבוש ובדיקה. שטיפת מים משמשת להסרת שאריות של פתרונות ציפוי וריאגנטים כימיים על פני השטח של לוחות מעגלים, כדי למנוע את ההשפעות השליליות שלהם על ביצועי המעגלים; ייבוש הוא תהליך של הסרת לחות מפני השטח של המעגל כדי למנוע מלחות שיורית לגרום לחלודה או בעיות איכות אחרות; תהליך הבדיקה מעריך באופן מקיף את איכות הציפוי באמצעות שיטות בדיקה שונות, כגון בדיקה ויזואלית, מדידת עובי הסרט, בדיקת יכולת הלחמה, בדיקת מוליכות וכו', כדי להבטיח שהמעגל המצופה עומד בדרישות התכנון ובתקני השימוש.