שיטה מתקנת לחריטה לא אחידה של צלחת נחושת עבה

על רקע האבולוציה של מכשירים אלקטרוניים לקראת הספק גבוה ואמינות גבוהה,מעגל מודפס נחושת עבההפכו למצע הליבה בתחומים כמו מודולי כוח, אלקטרוניקה לרכב וציוד תעשייתי בשל יכולת נשיאת הזרם המצוינת שלהם וביצועי פיזור החום. עם זאת, במהלך תהליך התחריט של מעגלים מודפסים נחושת עבה, ישנם אתגרים נפוצים כגון עומק תחריט גדול, קושי בשליטה על תחריט צד, ואחידות לא מספקת. חריטה לא אחידה עלולה להוביל לסטייה ברוחב הקו, לשאריות מקומיות או לקורוזיה מוגזמת, מה שלא רק משפיע על ביצועי המעגל אלא עלול גם להוות סיכון לגרוטאות אצווה.

הייחודיות והאתגרים של תהליך תחריט עבור לוח נחושת עבה
לוח נחושת עבה מתייחס ללוח בעל עובי נייר נחושת של לא פחות מ-105 מיקרומטר, והמפרט המקובל כולל 105 מיקרומטר, 140 מיקרומטר, 180 מיקרומטר וכו'. בשל שכבת הנחושת העבה יותר, ישנם הבדלים משמעותיים בתהליך התחריט בהשוואה ללוח מודפס נחושת דק רגיל

עומק תחריט גדול: עובי שכבת הנחושת שיש להסיר הוא פי 3-10 מזה של מעגלים מודפסים דק נחושת רגיל, וזמן הצריבה מתארך מאוד. לדוגמה, הזמן הנדרש לחריטה מ-180 מיקרומטר עד 35 מיקרומטר ארוך פי 2-5 מזה של תחריט מ-18 מיקרומטר נייר כסף עד 35 מיקרומטר;

קושי בשליטה על קורוזיה צידית: קצב הצריבה של תמיסת התחריט שונה בכיוונים האנכיים והאופקיים. ככל ששכבת הנחושת עבה יותר, ההבדל הזה ברור יותר, מה שיכול בקלות להוביל לדיוק מוגזם ברוחב הקו. לדוגמה, אם רוחב הקו המתוכנן של 500 מיקרומטר נחרט, הוא עשוי להיות רק 450 מיקרומטר, או שייתכנו בעיות של שאריות תחריט כאשר שכבת הנחושת המקומית אינה מוסרת לחלוטין;

דרישות אחידות גבוהות: בעת חריטת מעגלים מודפסים עבה-בשטח גדול, עשויים להיות הבדלים בקצב הזרימה, בטמפרטורה ובפרמטרים אחרים של התמיסה הכימית בין הקצוות והאזור המרכזי של הלוח, מה שעלול לגרום לחריטה לא אחידה באזורים שונים ולגרום לסטייה בעובי הנחושת של יותר מ-10% במקומות שונים באותה צלחת.

בעיות אופייניות וניתוח סיבות של תחריט לא אחיד
1. קצב תחריט לא עקבי של הלוח כולו
קצב התחריט הבלתי עקבי של הלוח כולו נגרם בעיקר מפיזור לא אחיד של התמיסה הכימית ושיפוע הטמפרטורה. אם הזרבובית של מכונת התחריט בהתזה חסומה או שהלחץ אינו מספיק, זה יגרום לזרימה לא אחידה של נוזל על פני הצלחת. לדוגמה, אם הלחץ הסטנדרטי הוא 2.0 בר והלחץ הנמדד הוא 1.5 בר בלבד, קצב הצריבה באזורים מסוימים יקטן משמעותית. בנוסף, תקלה במערכת בקרת הטמפרטורה בתוך מיכל התחריט עלולה לגרום לתנודות בטמפרטורה. לדוגמה, אם הטמפרטורה שנקבעה היא 50 מעלות אך הפרש הטמפרטורה בפועל מגיע ל-5 מעלות ±, קצב התחריט באזורי-טמפרטורות גבוהות יאיץ, בעוד שבאזורי-טמפרטורות נמוכות, שאריות שכבת נחושת נוטה להתרחש. קרה מקרה שבו פלטת נחושת בעובי 140 מיקרומטר נפגעה עקב צינור החימום בצד שמאל של חריץ התחריט. הטמפרטורה בחצי השמאלי הייתה נמוכה ב-8 מעלות מזו שבחצי הימני, ועובי הנחושת השיורי בחצי השמאלי עלה על 20 מיקרומטר.

2. שאריות תחריט מקומיות או חריטה מוגזמת
שאריות תחריט מקומיות או חריטה מוגזמת קשורים בדרך כלל לפגמים בשכבת ההתנגדות ולחספוס של רדיד הנחושת. אם הידבקות הסרט היבש או דיו מסכת ההלחמה על פני הנחושת העבה אינה מספקת, חלחול עלול להתרחש במהלך התחריט, כלומר, קצה השכבה העמידה בפני קורוזיה עשוי להיות מורם, מה שיגרום לקורוזיה של שכבת הנחושת שמתחת. יחד עם זאת, חספוס פני השטח של רדיד נחושת עבה גבוה יחסית. אם החספוס Ra גדול מ-5 מיקרומטר, האזור הקעור נוטה לשמור על תמיסת התרופה וליצור נקודה עיוורת תחריט, וכתוצאה מכך שאריות מקומיות. לדוגמה, באזור ניתוב הזרם הגבוה של לוח הנחושת העבה של מודול הכוח, כושר נשיאת הזרם עשוי לרדת עקב שאריות תחריט, וההתנגדות הנמדדת גבוהה ב-15% מערך התכנון.

3. שחיקת צד מוגזמת מובילה לכשל של דיוק רוחב הקו
חריטה לרוחב מוגזמת נגרמת בעיקר על ידי זמן תחריט ממושך והרכב לא מאוזן של תמיסת התחריט. הארכת זמן התהליך כדי להבטיח תחריט מלא של נחושת עבה יכולה להוביל לחריטה רוחבית מוגברת. בדרך כלל, עבור כל דקה נוספת של תחריט, רוחב הקו יקטן ב-10-15 מיקרומטר. בנוסף, ריכוז לא מספיק של חומצה הידרוכלורית או תכולה מופרזת של כלוריד ברזל בתמיסת התחריט עלולים להפחית את יכולת התחריט הסלקטיבית, תוך אכילה של השכבה העמידה בפני קורוזיה ושכבת הנחושת, וכתוצאה מכך לאובדן דיוק רוחב הקו.

שיטות תיקון ממוקדות ואופטימיזציה של תהליכים
1. ייעול הציוד ומערכת התרופות
(1) שדרוג מערכת ריסוס
תוך שימוש בעיצוב שכבת ריסוס כפולה, החרירים העליונים והתחתונים מסודרים בצורה מדורגת כדי לשפר את אחידות כיסוי התרופה, והלחץ נשלט ב-2.5-3.0 בר. במקביל, התקן חיישן ניטור זרימת הזרבובית כדי לספק אזעקות בזמן אמת על סתימה, ונקה את הפיה באופן קבוע בתמיסת חומצה חנקתית 5% לפחות פעם בשבוע. התרגול הראה שכאשר חורטים לוח נחושת בעובי של 180 מיקרומטר, הגדלת לחץ הריסוס מ-1.8 בר ל-2.8 בר יכולה לשפר את האחידות של תחריט הלוח כולו מ-±12% ל-±5%.

(2) בקרת טמפרטורה ואופטימיזציה של זרימת התרופות
החלף את חימום הסליל עם מחליפי חום צלחות כדי לשלוט בתנודות הטמפרטורה בתוך מעלה אחת ±. טמפרטורת התחריט המועדפת היא 55-60 מעלות כדי לשפר את פעילות התמיסה הכימית. הגדל את עוצמת משאבת זרימת הנוזל, הגדל את קצב הזרימה מ-20 מ"ק לשעה ל-35 מ"ר לשעה, והתקן אלמנט מסנן בגודל 10 מיקרומטר להסרת קווצות יוני נחושת ולשמירה על ניקיון הנוזל.

שיפור של תהליך שכבת נגד-קורוזיה
(1) חיזוק עיבוד מוקדם
לפני התחריט, נעשה שימוש בלוח שחיקה ובתהליך מיקרו תחריט כדי לשלוט על החספוס של לוח השחזה ב-Ra2-3 מיקרומטר ובעומק המיקרו-תחריט ב-1.5-2.0 מיקרומטר, מה שמשפר את ההשתלבות המכנית בין משטח הנחושת לשכבה העמידה בפני קורוזיה. בו זמנית מריחת חומר צימוד של סילאן, כגון KH-570, ליצירת שכבת ספיחה ברמה מולקולרית על פני הנחושת, שיפור הידבקות הסרט היבש והגברת חוזק הקליפה מ-1.2N/mm ל-1.8N/mm.

(2) בחירה ואופטימיזציה של ציפוי של שכבה עמידה בפני קורוזיה-
יש לתת עדיפות לסרטים יבשים של סרט עבה בעובי של 50-75 מיקרומטר, כגון Asahi Kasei DF-2000, בעל עמידות בפני קורוזיה ויכולת חדירת תמיסת חריטה טובה יותר מאשר סרטים יבשים רגילים בגודל 25 מיקרומטר. בעת מריחת הסרט, הגבר את הלחץ ל-1.5-2.0MPa ושמור אותו על 2.5-3.0 ק"ג/ס"מ כדי למנוע כשל מקומי בעמידות בפני קורוזיה הנגרם על ידי בועות או קמטים.

התאמה דינמית של פרמטרי תחריט
(1) תהליך תחריט מפולח
אימוץ בקרת ריכוז דרגתית, השלב הראשון משתמש בתמיסת תחריט בריכוז גבוה עם ריכוז חומצה הידרוכלורית של 8% ותכולת כלוריד ברזל של 450g/L להסרה מהירה של רוב שכבת הנחושת, עם קצב חריטה של ​​עד 70%; בשלב השני יש לעבור לתמיסת צריבה בריכוז נמוך עם ריכוז חומצה הידרוכלורית של 5% ותכולת כלוריד ברזל של 300 גרם/ליטר לחריטה עדינה להפחתת צריבת הצד שיכולה להפחית את כמות צריבת הצד ב-40%. ניטור בזמן אמת של התקדמות התחריט מושג באמצעות בודק עובי נחושת מקוון. כאשר עובי הנחושת הנותר מתקרב לערך היעד, הוא עובר מיד לשלב השני.

(2) טכנולוגיית תחריט דופק
התחלה תקופתית הפסקת ריסוס של תרופות, כגון ריסוס למשך 30 שניות והפסקה למשך 10 שניות, מנצלת את אפקט הקוויטציה כדי להפחית את שחיקת הצד הנגרמת על ידי ריסוס מתמשך ולקדם פריקה של מוצרי קורוזיה. לאחר תחריט דופק, דיוק רוחב הקו של לוח נחושת בעובי 105 מיקרומטר שופר מ-± 25 מיקרומטר ל-± 10 מיקרומטר, ויעילות הצריבה הוגדלה ב-15%.

טכניקות עיבוד ותיקון
(1) תוסף תחריט מקומי
עבור אזורים קטנים של שאריות תחריט, כגון שטחים פחות מ-10 ס"מ ², ניתן להשתמש במברשת כדי לטבול את תמיסת התחריט המדוללת, לערבב חומצה הידרוכלורית ומים ביחס של 1:1, ולמרוח אותה באופן שווה על השטח השיורי. לאחר 10-30 שניות של פעולה, לשטוף במהירות במים, ולשלוט בקפדנות על הזמן כדי למנוע חריטה יתר.

(2) מילוי ותיקון של חיפוי אלקטרו
כאשר חריטה מוגזמת גורמת לסטייה ברוחב הקו העולה על 15%, ניתן להשתמש באלקטרוניקה למילוי ותיקון. ראשית, בצע טיפול מקדים של הסרת שמן ומיקרו תחריט באזור המיועד לתיקון, ולאחר מכן השתמש בתהליכי ציפוי מקומיים כגון ציפוי מברשת, עם צפיפות זרם נשלטת ב-10-15A/dm ² וזמן ציפוי של 5-10 דקות עד הגעה לרוחב קו התכנון.

בניית מערכת גילוי ומניעה
1. טכנולוגיית זיהוי מקוונת
באמצעות טכנולוגיית מדידת עובי קרני X-, נלקחת דגימה אחת מכל חמישה מעגלים מודפסים חרוטים למדידת עובי נחושת במספר נקודות, כולל ארבעה קצוות ונקודת מרכז אחת, עם סובלנות שנשלטת בתוך ± 5%. מצויד בציוד בדיקה אופטי אוטומטי, באמצעות עדשת אובייקטיבית פי 50, מהירות סריקה שאינה עולה על 20 ס"מ ²/s, זיהוי פגמים כגון סטייה ברוחב הקו ושאריות תחריט, עם סף אזעקה מוגדר ל-± 10 מיקרומטר.

2. תיקוף תהליכים וסטנדרטיזציה
לפני כל אצווה של ייצור, היצירה הראשונה נעשית ומנתחת על ידי חיתוך, ואחידות התחריט מאושרת תחת מיקרוסקופ המוגדל פי 200. רק לאחר מעבר הבדיקה ניתן לבצע ייצור המוני. צור מערכת מעקב פרמטרים לתיעוד טמפרטורה, לחץ, ריכוז תרופה, זמן ונתונים אחרים במהלך תהליך התחריט, צור מודל ביג דאטה לניבוי סיכוני תנודות בתהליך, כגון אזהרת חיי סם.

הפתרון לבעיית התחריט הלא אחיד של מעגלים מודפסים נחושת עבה דורש אופטימיזציה של כל השרשרת מחומרת הציוד, פרמטרי תהליך, התאמת חומרים ועד למערכת הזיהוי. על ידי שדרוג מערכת ההתזה, חיזוק השכבה העמידה בפני קורוזיה- ויישום תהליכי תחריט מפולחים, ניתן לשפר משמעותית את האחידות והדיוק של התחריט.