תהליך ועיקרון של נחושת אלקטרומגנטית

ל-PCB תפקיד מכריע בחיבור והעברת אותות אלקטרוניים, ובתהליך ה-PCB של ציפוי נחושת באלקטרו, כחוליית הליבה ב-תהליך ייצור PCB, ממלא תפקיד מכריע בביצועים ובאיכות של לוח המעגלים. מסמארטפונים ועד למחשבים בעלי ביצועים גבוהים-, מאלקטרוניקה לרכב ועד לציוד תעופה וחלל, כמעט כל המעגלים המודפסים של המכשירים האלקטרוניים מסתמכים על טכנולוגיית ציפוי נחושת.

1, עיקרון של חילול נחושת

ציפוי נחושת מסוג pcb הוא תהליך אלקטרוכימי טיפוסי המבוסס על חוק פאראדיי. באמבטיית הציפוי, ה-PCB משמש כקתודה ואנודת הנחושת טבולה באלקטרוליט המכיל יוני נחושת. כאשר מתח זרם ישר מופעל בין הקתודה לאנודה, הזרם עובר דרך האלקטרוליט, וגורם לסדרה של תגובות אלקטרוכימיות.

תגובה אנודית: אנודת הנחושת עוברת תגובת חמצון, שבה אטומי נחושת מאבדים שני אלקטרונים והופכים ליוני נחושת שנכנסים לאלקטרוליט. משוואת התגובה היא Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺.

תגובה קתודית: על פני השטח של ה-PCB, יוני נחושת רוכשים אלקטרונים ומופחתים לאטומי נחושת, המשקעים על פני ה-PCB. משוואת התגובה היא Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu.

על ידי שליטה בפרמטרים כגון צפיפות זרם, זמן ציפוי אלקטרוליט והרכב האלקטרוליטים, ניתן לשלוט במדויק על קצב השקיעה ועובי הציפוי של הנחושת.

2, זרימת תהליך

(1) עיבוד מוקדם

ניקוי: ראשית, נקה היטב את מצע ה-PCB כדי להסיר זיהומים כגון כתמי שמן, אבק ותחמוצות על פני השטח. שיטות הניקוי הנפוצות כוללות ניקוי אלקליין, ניקוי חומצי וניקוי קולי. ניקוי אלקליני יכול להסיר ביעילות שמן ומזהמים אורגניים, בעוד ניקוי חומצי משמש בעיקר להסרת תחמוצות. ניקוי קולי יכול לנקות ביסודיות את הרווחים והחורים העדינים על פני המצע באמצעות אפקט הקוויטציה של גלים קוליים. על פני המצע המנוקים לא יהיו זיהומים ברורים ולהציג ברק מתכתי אחיד.

מיקרו קורוזיה: מטרת המיקרו קורוזיה היא ליצור משטח מיקרו מחוספס על משטח ה-PCB, להגביר את ההידבקות בין שכבת הנחושת המצופה אלקטרוניקה שלאחר מכן לבין המצע. בדרך כלל, תמיסות המכילות חומרי צריבה מיקרו כגון פרסולפט או חומצה גופרתית מי חמצן משמשות לטיפול מצעים. במהלך תהליך המיקרו תחריט, חומר התחריט המיקרו עובר תגובה כימית עם פני הנחושת, ממיס שכבה דקה מאוד של נחושת ויוצר מבנים קמורים זעירים. יש לשלוט בקפדנות על מידת המיקרו קורוזיה, כאשר כמות המיקרו קורוזיה הכללית נשלטת בין 0.5-1.5 מיקרומטר על מנת להבטיח הידבקות טובה ללא קורוזיה מוגזמת של המצע.

טבילה מוקדמת: טבילה מוקדמת היא תהליך של טבילה של ה-PCB המנוקה והחרוט במיקרו לתוך תמיסה טרום טבילה המכילה רכיבים ספציפיים, המאפשרת למשטח המצע לספוג שכבה של חומר פעיל ולהתכונן לתהליך ההפעלה הבא. ההרכב של תמיסת טרום הטבילה דומה בדרך כלל לזה של תמיסת ההפעלה, אך עם ריכוז נמוך יותר. תפקידו העיקרי הוא למנוע מהמצע להתחמצן שוב לפני ההפעלה ולשפר את אפקט ההפעלה. זמן ההשריה המוקדמת הוא בדרך כלל קצר, בדרך כלל נע בין מספר שניות לעשרות שניות.

הפעלה: הפעלה היא שלב מכריע בתהליך -הקדם טיפול, שמטרתו לספוח שכבה של חלקיקי מתכת פעילים קטליטית, בדרך כלל חלקיקי פלדיום, על פני ה-PCB. חלקיקי פלדיום אלה ישמשו כמרכזים קטליטיים עבור ציפוי נחושת כימי או ציפוי חשמלי לאחר מכן, ויקדם את ההפחתה וההשקעה של יוני נחושת. שיטות ההפעלה הנפוצות כוללות שיטת הפעלת פלדיום קולואידית ושיטת הפעלת פלדיום יונית. תמיסת הפעלת פלדיום קולואידית מורכבת ממלח פלדיום, מלח בדיל וחומר קלאט. במהלך תהליך ההפעלה, חלקיקי פלדיום קולואידים נספגים על פני השטח של pcb; שיטת הפעלת יונים פלדיום היא ספיחת יוני פלדיום על פני המצע באמצעות חילופי יונים, ולאחר מכן צמצום לפלדיום מתכתי באמצעות חומר מפחית. הפרמטרים כגון זמן הפעלה וטמפרטורה צריכים להיות בשליטה מדויקת בהתאם לסוג תמיסת ההפעלה וחומר ה-PCB כדי להבטיח שכבת הפעלה אחידה וצפופה.

(2) ציפוי נחושת כימי

עבור חלק ממצעי PCB העשויים מחומרים לא-מוליכים, כגון פלסטיק מחוזק בסיבי זכוכית, נדרש ציפוי נחושת כימי לפני ציפוי נחושת על מנת ליצור שכבת נחושת מוליכה דקה על פני המצע, המספקת נתיב מוליך עבור ציפוי נחושת לאחר מכן.

עקרון ציפוי נחושת כימי: ציפוי נחושת כימי הוא תגובת חימצון קטליטית עצמית-. על משטח בעל פעילות קטליטית, יוני נחושת מופחתים לנחושת מתכתית באמצעות פעולת חומר מפחית ומושקעים על פני המצע. משוואת התגובה העיקרית היא: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. בתגובה זו, יוני נחושת מופחתים לאטומי נחושת על ידי השגת אלקטרונים תחת קטליזה של מרכזי פלדיום, בעוד שהפורמלדהיד מתחמצן ליוני פורמט.

תהליך ציפוי נחושת כימי: ראשית, ה-PCB המופעל טובל בתמיסת ציפוי נחושת כימית המכילה מלחי נחושת, חומרי קומפלקס, חומרים מפחיתים ותוספים אחרים. הטמפרטורה של תמיסת הציפוי נשלטת בדרך כלל בין 40-50 מעלות, וערך ה-pH נשמר בסביבות 12-13. בתהליך של ציפוי נחושת ללא חשמל, יש צורך לערבב את תמיסת הציפוי כראוי כדי להבטיח את אחידות תמיסת הציפוי והתקדמות מספקת של התגובה. הזמן לציפוי נחושת ללא חשמל תלוי בעובי הנדרש של שכבת הנחושת, ובדרך כלל ניתן להשיג שכבת נחושת בעובי שבין 0.2-0.5 מיקרומטר. לאחר ציפוי נחושת כימי, יש לנקות את ה-PCB כדי להסיר שאריות של תמיסת ציפוי ולכלוכים על פני השטח.

(3) נחושת מצופה אלקטרו

נחושת מצופה בלוח מלא: נחושת מצופה בלוח מלא, הידועה גם בשם נחושת ראשונית, משמשת בעיקר לציפוי שכבת נחושת על כל פני השטח של PCB שעבר ציפוי נחושת כימי, על מנת להגדיל את עובי שכבת הנחושת, לשפר את המוליכות והחוזק המכני ולהגן על שכבת ציפוי הנחושת הכימית מפני חריטה ותהליכים אחרים הבאים. ציפוי נחושת מלא בדרך כלל משתמש בתמיסת ציפוי נחושת סולפט חומצית, עם תכולת נחושת גופרתית בדרך כלל בין 150-250 גרם/ליטר ותכולת חומצה גופרתית בין 50-200 גרם/ליטר בנוסחה, כמו גם כמויות מתאימות של יוני כלוריד ותוספים. בתהליך הציפוי, PCb משמש כקתודה, וכדורי נחושת זרחתיים משמשים בדרך כלל כאנודה כדי להשלים את יוני הנחושת בתמיסת הציפוי. צפיפות הזרם נשלטת בדרך כלל ב-1-2A/dm ², וזמן הציפוי תלוי בעובי שכבת הנחושת הנדרשת, בדרך כלל מגדיל את עובי שכבת הנחושת ל-5-20 מיקרומטר. במהלך תהליך ציפוי הנחושת על הלוח כולו, נדרש סינון רציף של תמיסת הציפוי על מנת להסיר זיהומים וחלקיקים מתמיסת הציפוי, מה שמבטיח את איכות הציפוי.

חיפוי נחושת גרפי: נחושת אלקטרוניקה, הידועה גם בשם נחושת משנית, היא ציפוי סלקטיבי של החלקים הגרפיים של המעגלים הנדרשים על ה-PCB לאחר ציפוי נחושת בלוח מלא והעברה גרפית, מעבה עוד יותר את שכבת הנחושת כדי לעמוד בדרישות כושר נשיאת הזרם וביצועי שידור האותות של המעגל. ההרכב והתהליך של פתרון הציפוי לנחושת לציפוי גרפי דומים לאלו של נחושת בלוח מלא, אך מכיוון שרק אזורים גרפיים ספציפיים מצופים, יש צורך בחומרי מסיכה כדי לכסות את החלקים שאינם דורשים ציפוי אלקטרוני. במהלך תהליך הציפוי, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לאחידות חלוקת הזרם כדי להבטיח שעובי הציפוי של כל חלק בתבנית יהיה עקבי. לאחר ציפוי גרפי עם נחושת, עובי שכבת הנחושת יכול להגיע בדרך כלל ל-20-50 מיקרומטר, והעובי הספציפי תלוי בדרישות העיצוב של ה-PCB.

(4) עיבוד לאחר

ניקוי: לאחר ציפוי נחושת, יש לנקות את ה-PCB ביסודיות תחילה כדי להסיר שאריות של תמיסת ציפוי ולכלוכים על פני השטח. ניקוי מאמץ בדרך כלל שיטת שטיפה נגד זרם רב שלבי-, תחילה יש לשטוף במים נקיים, ולאחר מכן לשטוף במים מפושטים כדי להבטיח שאין שאריות כימיקלים על משטח ה-PCB. משטח ה-PCB המנוקה צריך להיות נקי, נקי מכתמים ובעל ערך pH קרוב לנייטרלי.

פסיבציה: על מנת לשפר את עמידותן בפני קורוזיה של שכבות נחושת מצופה אלקטרו, לרוב נדרש טיפול פסיבציה. פסיבציה היא היווצרות של סרט פסיבציה דק במיוחד על פני שכבת נחושת, שיכול למנוע תגובות כימיות בין חמצן ללחות ונחושת, ובכך להאריך את חיי השירות של שכבת הנחושת. שיטות הפסיבציה הנפוצות כוללות פסיבציה כימית ופסיבציה אלקטרוכימית. פסיבציה כימית משתמשת בדרך כלל בתמיסות המכילות כרומט, פוספט או פסיבטורים אורגניים לטיפול במעגלים מודפסים; פסיבציה אלקטרוכימית היא תהליך של הפעלת מתח מסוים באלקטרוליט ספציפי כדי לגרום לתגובות חמצון על פני שכבות הנחושת, ויוצרות סרט פסיבציה. לאחר טיפול פסיבציה, פני שכבת הנחושת יציגו צבע סרט פסיבציה אחיד, כגון קשת בענן או צהוב זהוב.

ייבוש: יש לייבש את ה-PCB המנוקה והפאסיבי כדי להסיר לחות פני השטח. שיטות הייבוש כוללות ייבוש באוויר חם, ייבוש בוואקום וכו'. ייבוש באוויר חם היא שיטה נפוצה, הכוללת הנחת ה-PCB בסביבת אוויר חם בטמפרטורה מסוימת לאידוי מהיר של לחות. במהלך תהליך הייבוש, יש לשים לב לבקרת טמפרטורה כדי למנוע עיוות PCB או חמצון שכבת נחושת הנגרמת על ידי טמפרטורה מופרזת. יש לאחסן את ה-PCB המיובש כראוי כדי למנוע לחות או זיהום נוסף.