התהליך שולי מתכתהוא אמצעי חשוב לשיפור הביצועים של לוחות מעגלים. תהליך זה עוטף שכבת מתכת סביב קצה ה-PCB, מה שלא רק משפר את החוזק המכני של המעגל, אלא גם משפר את ביצועי המיגון האלקטרומגנטי שלו, עמידות בפני קורוזיה ופיזור החום שלו. הוא נמצא בשימוש נרחב בתחומים עם דרישות ביצועים מחמירות כגון ציוד תעופה וחלל ותקשורת.
1, עקרון של תהליך שולי מתכת
תהליך עטיפת הקצוות של מתכת PCB מבוסס על התכונות הפיזיקליות המצוינות של חומרי מתכת, ובאמצעות שיטות עיבוד ספציפיות, יוצר שכבת מתכת רציפה וצפופה בקצה ה-PCB. עקרון הליבה הוא להשתמש באמצעים פיזיקליים או כימיים לחיבור הדוק של מתכת עם מצע PCB, יצירת קשרים כימיים חזקים או מבנים מכניים שלובים זה בזה, ובכך להשיג הגנה יעילה ושיפור ביצועים של קצוות PCB. החומרים המשמשים לשולי מתכת כוללים בדרך כלל נחושת, אלומיניום, נירוסטה וכו'. חומרים שונים מעניקים ל-PCB כיווני שיפור ביצועים שונים. לדוגמה, שולי נחושת מתמקדים בשיפור מוליכות ופיזור חום, בעוד ששוליים מאלומיניום מצטיינים בקל משקל ועמידות בפני קורוזיה.
2, זרימת תהליך שולי מתכת
(1) עיבוד מוקדם של- pcb
ראשית, נקה את ה-PCB על ידי שימוש בחומרי ניקוי מיוחדים להסרת שמן משטח, אבק ושכבות תחמוצת, כדי להבטיח שאזורי הקצוות נקיים וללא זיהומים. עבור מצעים הדורשים טיפול מיוחד, מבוצעות גם פעולות מיקרו תחריט או חיספוס ליצירת מבנים מיקרו מחוספסים על פני הקצה של ה-PCB באמצעות תחריט כימי, מה שמגדיל את שטח המגע בין המתכת למצע, ובכך משפר את ההידבקות של שכבות המתכת הבאות.
(2) הכנת שכבת מתכת
שיטת אלקטרו: זוהי שיטה נפוצה להכנת שולי מתכת. טבלו את ה-PCB המעובד מראש לתוך תמיסת ציפוי המכילה יוני מתכת, כאשר ה-PCB הוא הקתודה. הפעילו זרם חיצוני כדי לגרום ליוני המתכת בתמיסת הציפוי לנדוד לעבר קצה ה-PCB תחת פעולת שדה חשמלי, ולאחר מכן צמצם והשקע על פני הקצה ליצירת שכבת מתכת. בתהליך האלקטרוני, יש צורך לשלוט במדויק על פרמטרים כגון צפיפות זרם, זמן ציפוי אלקטרוני וטמפרטורת תמיסת הציפוי כדי להבטיח את האחידות והצפיפות של עובי שכבת המתכת.
שיטת ציפוי כימי: ללא צורך בזרם חיצוני, נעשה שימוש בחומר מפחית כימי כדי ליזום תגובות חיזור על פני השטח של ה-PCB, מה שמאפשר ליוני מתכת להצטמצם ולהתרכז כדי ליצור שכבת מתכת תחת קטליזה עצמית. לשיטת הציפוי הכימי יש דרישות ציוד נמוכות יותר והיא יכולה להשיג ציפוי אחיד על משטחים לא סדירים, אך יש לשלוט בקפדנות על היציבות וחיי השירות של תמיסת הציפוי.
שקיעת אדים פיזית: אטומי מתכת או מולקולות מופקדים על פני השטח של ה-PCB באמצעות תהליכים פיזיקליים כגון אידוי וריזור בסביבת ואקום. שכבת המתכת שהוכנה בשיטת PVD היא בעלת טוהר גבוה, צפיפות טובה והידבקות חזקה עם המצע, אך עלות הציוד גבוהה ויעילות הייצור נמוכה יחסית. הוא נמצא בשימוש נפוץ במוצרי PCB מיוחדים עם דרישות ביצועים גבוהות במיוחד.
(3) יציקת עטיפת קצה
לאחר השלמת התצהיר הראשוני של שכבת המתכת, קצה המתכת נוצר בהתאם לדרישות העיצוב. לקצוות פשוטים בזווית ישרה, ניתן להסיר מתכת עודפת על ידי חיתוך מכני או הטבעה כדי להפוך את קצה הקצוות למסודר. עבור קצוות מורכבים, כגון קשתות, צורות לא סדירות וכו', יש צורך להשתמש בתבניות ליציקת שחול או גלגול על מנת להבטיח שקצה המתכת נצמד היטב לקצה ה-PCB, תוך השגת הצורה המעוצבת ודיוק הממדים.
(4) עיבוד לאחר
שולי המתכת שנוצרו צריכים לעבור טיפול פני השטח כדי לשפר עוד יותר את הביצועים ואת איכות המראה שלו. טכניקות שלאחר-עיבוד נפוצות כוללות פסיבציה, ציפוי בצבע מגן וכו'. טיפול פסיבציה יכול ליצור סרט תחמוצת צפוף על פני המתכת, ולשפר את עמידות המתכת בפני קורוזיה; מריחת צבע מגן יכולה למנוע שריטות ובלאי על משטחי מתכת, תוך מתן בידוד ועמידות בפני לחות. לבסוף, מתבצעת בדיקה מקיפה על ה-PCB המעובד, תוך שימוש בבדיקה ויזואלית, תצפית במיקרוסקופ מטאלוגרפי, מדידת עובי ושיטות נוספות על מנת לוודא שאיכות שולי המתכת עומדת בתקני התהליך.
3, בקרת פרמטר מפתח של תהליך שולי מתכת
(1) עובי שכבת המתכת
עובי שכבת המתכת משפיע ישירות על ביצועי הקצוות. שכבות מתכת דקות עשויות שלא לספק הגנה מכנית מספקת ומיגון אלקטרומגנטי, בעוד ששכבות עבות יכולות להגדיל את העלויות והמשקל, ועשויות גם להשפיע על הרכבת ה-PCB. באופן כללי, בהתאם לתרחיש היישום, יש לשלוט בעובי של שולי מתכת בין 5-50 מיקרון. לדוגמה, שולי מתכת המשמשים למיגון אלקטרומגנטי דורשים בדרך כלל עובי של לפחות 10 מיקרון כדי לחסום ביעילות הפרעות אלקטרומגנטיות.
(2) טמפרטורה וזמן
טמפרטורה וזמן הם פרמטרי בקרה מרכזיים בתהליכי ציפוי אלקטרוני או כימיים. טמפרטורה מופרזת עלולה לגרום לשקיעת מתכת מהירה, וכתוצאה מכך להיווצרות שכבות מתכת גסות ורופפות; אם הטמפרטורה נמוכה מדי, קצב השקיעה יהיה איטי ויעילות הייצור תקטן. שליטה בזמן חשובה לא פחות. זמן עיבוד קצר מדי עלול לגרום לעובי לא מספיק של שכבת המתכת, בעוד זמן עיבוד ארוך מדי עלול להוביל לצמיחה מוגזמת של שכבת המתכת, להשפיע על דיוק הממדים של ה-PCB. אם ניקח לדוגמא את שולי הנחושת באלקטרו, טמפרטורת תמיסת הציפוי נשלטת בדרך כלל על 25-35 מעלות, וזמן הציפוי נקבע ל-15-60 דקות בהתאם לעובי הנדרש.
(3) צפיפות זרם
צפיפות הזרם קובעת את קצב השקיעה ואיכותם של יוני מתכת בקצה ה-PCB. צפיפות זרם סבירה יכולה להבטיח צמיחה אחידה וצפופה של שכבת המתכת. צפיפות זרם מופרזת עלולה לגרום לפגמים כמו צריבה ודנדריטים, בעוד שצפיפות זרם לא מספקת עלולה להוביל לתצהיר לא אחיד. בייצור בפועל, יש צורך להתאים במדויק את צפיפות הזרם בהתבסס על גורמים כגון חומרי מתכת, הרכב תמיסת הציפוי ושטח פני ה-PCB, הנשלט בדרך כלל בטווח של 0.5-5A/dm ².
4, בעיות נפוצות ופתרונות
(1) הידבקות לא מספקת של שכבת מתכת
מתבטא כשולי מתכת הנוטים להתנתקות או להתקלף. הסיבות עשויות להיות טיפול מוקדם-ל-PCB לא מספיק, פרמטרי תהליך לא תקינים במהלך ציפוי אלקטרוני או ציפוי כימי, ובעיות תאימות בין מתכת וחומרי מצע. הפתרון הוא לחזק את תהליך העיבוד הקדם- של PCb כדי להבטיח שהקצוות נקיים ומחוספסים כראוי; שליטה קפדנית בהרכב ובפרמטרי התהליך של תמיסת הציפוי, ובמידת הצורך הוסף שכבת מעבר בין המתכת למצע כדי לשפר את חוזק ההדבקה.
(2) עובי קצה לא אחיד
זה עשוי לנבוע מחלוקת זרם לא אחידה במהלך ציפוי אלקטרוני, ריכוז תמיסה לא עקבי במהלך ציפוי כימי, או לחץ לא אחיד במהלך תהליך היצירה. ניתן לשפר את אחידות עובי הקצוות על ידי אופטימיזציה של העיצוב של מיכל הציפוי, באמצעות ערבוב או ציפוי בסיוע קולי, ושיפור חלוקת הלחץ של התבנית.
(3) פגמים פני השטח
פגמים על פני השטח כגון חורים וחרחורים נגרמים בעיקר מזיהומים בתמיסת הציפוי ומבריחת גז. הפתרונות כוללים סינון וטיהור שוטפים של תמיסת הציפוי, פעולות ערבוב וסילוק גז מתאימות במהלך תהליך הציפוי, והברקה והשחזה של משטח המתכת לפני מריחת צבע מגן להעלמת פגמי פני השטח.