ปัจจุบัน เนื่องจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยังคงพัฒนาไปสู่การย่อขนาดและประสิทธิภาพสูง ประสิทธิภาพของแผงวงจรในฐานะตัวพาหลักของระบบอิเล็กทรอนิกส์ จึงส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพการปฏิบัติงานโดยรวมของอุปกรณ์ เทคโนโลยีการเคลือบแผงวงจรซึ่งเป็นวิธีการสำคัญในการปรับปรุงประสิทธิภาพของแผงวงจรกำลังได้รับความสนใจเพิ่มมากขึ้น มีบทบาทสำคัญในการรับประกันการทำงานที่มั่นคงและยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์โดยการคลุมพื้นผิวของแผงวงจรด้วยฟิล์มบางๆ ของวัสดุเฉพาะตั้งแต่หนึ่งแผ่นขึ้นไป ทำให้แผงวงจรมีคุณสมบัติการทำงานใหม่ๆ เช่น การนำไฟฟ้าที่ดีขึ้น ความต้านทานต่อการเกิดออกซิเดชันที่ดีขึ้น และความสามารถในการบัดกรีที่ดีขึ้น
1 วัตถุประสงค์และความสำคัญของการเคลือบแผงวงจร
(1) ป้องกันแผงวงจรจากการกัดเซาะสิ่งแวดล้อม
ในระหว่างการใช้แผงวงจร พวกเขาต้องเผชิญกับปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่ซับซ้อนหลายอย่าง เช่น อากาศชื้น ก๊าซที่มีฤทธิ์กัดกร่อน ฝุ่น ฯลฯ ปัจจัยเหล่านี้จะค่อยๆกัดกร่อนเส้นโลหะบนพื้นผิวของแผงวงจร ทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของฟอยล์ทองแดง การกัดกร่อนของเส้น และนำไปสู่ความล้มเหลวของวงจรในที่สุด การเคลือบสามารถสร้างฟิล์มป้องกันหนาแน่นบนพื้นผิวของแผงวงจร แยกการสัมผัสโดยตรงระหว่างสภาพแวดล้อมภายนอกและแผงวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพ และลดอัตราการเกิดออกซิเดชันและการกัดกร่อนของโลหะ ตัวอย่างเช่น ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง เช่น พื้นที่ชายฝั่งทะเลหรือรอบๆ บริษัทเคมีภัณฑ์ แผงวงจรแบบเคลือบอาจมีอายุการใช้งานนานกว่าแผงวงจรแบบไม่เคลือบหลายเท่า
(2) ปรับปรุงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของแผงวงจร
วัสดุเคลือบบางชนิดมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดี ด้วยการเคลือบผิวของแผงวงจรด้วยวัสดุเหล่านี้ ความต้านทานของวงจรจะลดลง และสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพและความเสถียรของการส่งสัญญาณได้ ในวงจรความถี่สูง- ความเร็วในการส่งสัญญาณจะเร็วและความถี่สูง ซึ่งต้องใช้การจับคู่อิมพีแดนซ์ที่สูงมากของวงจร การเคลือบที่เหมาะสมสามารถปรับคุณลักษณะอิมพีแดนซ์ของวงจรให้เหมาะสม ลดการสะท้อนและการสูญเสียของสัญญาณ และรับประกันการส่งสัญญาณความถี่สูง-คุณภาพสูง{5}} นอกจากนี้ การเคลือบบางชนิดยังมีคุณสมบัติเป็นฉนวน ซึ่งสามารถสร้างชั้นฉนวนบนแผงวงจร แยกเส้นที่มีศักยภาพต่างกัน ป้องกันการลัดวงจร และปรับปรุงความน่าเชื่อถือทางไฟฟ้าของแผงวงจรให้ดียิ่งขึ้น
(3) ปรับปรุงความสามารถในการบัดกรีของแผงวงจร
ความสามารถในการบัดกรีที่ดีเป็นกุญแจสำคัญในการรับรองการเชื่อมต่อที่เชื่อถือได้ระหว่างชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และแผงวงจรในระหว่างกระบวนการประกอบแผงวงจร อย่างไรก็ตาม การเกิดออกซิเดชัน การปนเปื้อน และปัญหาอื่นๆ บนพื้นผิวของแผงวงจรสามารถลดความสามารถในการบัดกรี นำไปสู่ข้อบกพร่อง เช่น การบัดกรีที่ไม่ดีและการบัดกรีเสมือน การเคลือบสามารถกำจัดออกไซด์ออกจากพื้นผิวของแผงวงจร สร้างชั้นพื้นผิวที่บัดกรีได้ง่าย ปรับปรุงการเปียกและการยึดเกาะระหว่างบัดกรีและแผงวงจร ทำให้กระบวนการบัดกรีราบรื่นขึ้น และปรับปรุงประสิทธิภาพการประกอบและคุณภาพของผลิตภัณฑ์
2, การเคลือบแผงวงจรทั่วไป
(1) การชุบทองนิกเกิลเคมี
การชุบทองนิกเกิลด้วยสารเคมีเป็นหนึ่งในกระบวนการเคลือบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมแผงวงจรปัจจุบัน ขั้นตอนแรกจะสะสมชั้นนิกเกิลไว้บนพื้นผิวของแผงวงจรผ่านการชุบเคมี โดยมีความหนาโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 3-5 μm ชั้นนิกเกิลมีความต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อนที่ดี ซึ่งสามารถให้การป้องกันเบื้องต้นสำหรับแผงวงจร ในขณะเดียวกัน การมีชั้นนิกเกิลสามารถป้องกันไม่ให้ทองแดงแพร่กระจายเข้าไปในชั้นทอง โดยหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนสีและประสิทธิภาพการทำงานของชั้นทองลดลง ที่ด้านบนของชั้นนิกเกิล ชั้นของทองคำจะถูกสะสมผ่านปฏิกิริยาการแทนที่ โดยมีความหนาโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 0.05 ถึง 0.1 μm ชั้นทองมีความต้านทานการเกิดออกซิเดชัน การนำไฟฟ้า และการเชื่อมได้ดีเยี่ยม ซึ่งสามารถปกป้องชั้นนิกเกิลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในระหว่างกระบวนการบัดกรีของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ชั้นทองสามารถละลายในบัดกรีได้อย่างรวดเร็ว ทำให้ได้ผลลัพธ์การบัดกรีที่ดี กระบวนการชุบทองนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าเหมาะสำหรับแผงวงจรที่ต้องการความเรียบของพื้นผิวสูง ความสามารถในการบัดกรี และความน่าเชื่อถือ เช่น เมนบอร์ดคอมพิวเตอร์ แผงวงจรโทรศัพท์มือถือ เป็นต้น
(2) การชุบนิกเกิลแพลเลเดียมด้วยสารเคมี
กระบวนการชุบนิกเกิลแพลเลเดียมเคมีได้รับการพัฒนาตามกระบวนการชุบนิกเกิลทองเคมี เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการ ENIG จะมีการเพิ่มชั้นแพลเลเดียมระหว่างชั้นนิกเกิลและชั้นทอง โดยมีความหนาโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 0.05-0.1 µm การเพิ่มชั้นแพลเลเดียมสามารถยับยั้งการเกิดปรากฏการณ์ "ดิสก์สีดำ" ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปรากฏการณ์ "ดิสก์สีดำ" หมายถึงปริมาณฟอสฟอรัสที่ไม่สม่ำเสมอบนพื้นผิวของชั้นนิกเกิลหรือปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างชั้นนิกเกิลและชั้นทองในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงและมีความชื้นสูงในเทคโนโลยี ENIG ซึ่งทำให้พื้นผิวของชั้นนิกเกิลเปลี่ยนเป็นสีดำ ซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพการบัดกรีและความน่าเชื่อถือของแผงวงจร ชั้นแพลเลเดียมในกระบวนการ ENEPIG สามารถป้องกันปฏิกิริยาไม่พึงประสงค์ระหว่างนิกเกิลและทองได้ ซึ่งช่วยเพิ่มความเสถียรและความน่าเชื่อถือของสารเคลือบ กระบวนการนี้เหมาะสำหรับสาขาที่ต้องการความน่าเชื่อถือสูงมาก เช่น การบินและอวกาศ อุปกรณ์ทางการแพทย์ ฯลฯ
(3) ฟิล์มป้องกันการบัดกรีแบบอินทรีย์
ฟิล์มป้องกันความสามารถในการบัดกรีแบบอินทรีย์เป็นกระบวนการเคลือบที่เคลือบฟิล์มบางแบบอินทรีย์บนพื้นผิวของแผงวงจร ความหนาของฟิล์ม OSP มีความบางมาก โดยปกติจะอยู่ระหว่าง 0.2-0.5 μm โดยทำให้เกิดฟิล์มอินทรีย์โปร่งใสบนพื้นผิวทองแดงโดยวิธีทางเคมี ซึ่งสามารถป้องกันทองแดงจากการเกิดออกซิเดชันได้ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง และสามารถสลายตัวได้อย่างรวดเร็วระหว่างการเชื่อมโดยไม่ส่งผลกระทบต่อผลการเชื่อม เทคโนโลยี OSP มีข้อได้เปรียบในด้านต้นทุนที่ต่ำ กระบวนการที่เรียบง่าย และการปกป้องสิ่งแวดล้อม และเหมาะสำหรับแผงวงจรที่คำนึงถึงต้นทุนและมีข้อกำหนดบางประการสำหรับการบัดกรี เช่น แผงวงจรในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เครื่องใช้ในครัวเรือนทั่วไป และสาขาอื่นๆ อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการต้านอนุมูลอิสระของฟิล์ม OSP ค่อนข้างอ่อนแอ และเวลาในการเก็บรักษามีจำกัด โดยทั่วไปการเชื่อมและประกอบจะต้องแล้วเสร็จภายในระยะเวลาอันสั้นหลังการเคลือบ
(4) การตกตะกอนทางเคมีของเงิน
กระบวนการสะสมเงินจะสะสมเงินบาง ๆ ไว้บนพื้นผิวของแผงวงจรโดยผ่านปฏิกิริยาการแทนที่ ชั้นเงินมีค่าการนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยม (รองจากทองเท่านั้น) และความสามารถในการบัดกรี ซึ่งสามารถลดความต้านทานของสายและปรับปรุงประสิทธิภาพการส่งสัญญาณได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม ความคงตัวทางเคมีของชั้นเงินไม่ดีและเสี่ยงต่อการเกิดออกซิเดชันหรือซัลเฟอร์ไรเซชัน ดังนั้นจึงมักจำเป็นต้องใช้สารป้องกันอินทรีย์หรือทำการบำบัดด้วยการแช่ทองคำเพื่อยืดอายุการใช้งาน กระบวนการนี้เหมาะสำหรับวงจรความถี่สูง- (เช่น 5G และอุปกรณ์สื่อสารผ่านดาวเทียม) แต่ต้องมีการออกแบบอย่างระมัดระวังในสภาพแวดล้อมที่มีความชื้นสูง/กำมะถันสูงเพื่อหลีกเลี่ยงการเคลื่อนตัวของเงินหรือการกัดกร่อน
3 กระบวนการเคลือบแผงวงจร
(1) การประมวลผลล่วงหน้า
การบำบัดเบื้องต้นเป็นขั้นตอนพื้นฐานของการเคลือบแผงวงจร ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อขจัดสิ่งสกปรก เช่น น้ำมัน ออกไซด์ ฝุ่น ฯลฯ บนพื้นผิวของแผงวงจร เพื่อให้ได้สถานะที่สะอาดและเปิดใช้งาน และเป็นรากฐานที่ดีสำหรับกระบวนการเคลือบในภายหลัง การบำบัดเบื้องต้นมักรวมถึงกระบวนการต่างๆ เช่น การกำจัดน้ำมัน การกัดกรดขนาดเล็ก การล้างด้วยกรด และการล้างด้วยน้ำ กระบวนการล้างไขมันใช้ตัวทำละลายอัลคาไลน์หรืออินทรีย์เพื่อขจัดคราบน้ำมันออกจากพื้นผิวของแผงวงจร กระบวนการกัดเซาะระดับไมโครจะขจัดชั้นออกไซด์และรอยขรุขระเล็กน้อยบนพื้นผิวของแผงวงจรเนื่องจากการกัดกร่อนของสารเคมี เพิ่มความหยาบของพื้นผิว และปรับปรุงการยึดเกาะระหว่างการเคลือบและแผงวงจร กระบวนการดองใช้เพื่อกำจัดออกไซด์ออกจากพื้นผิวโลหะเพิ่มเติม และปรับความเป็นกรดหรือด่างของพื้นผิว กระบวนการล้างน้ำใช้เพื่อทำความสะอาดและกำจัดสารเคมีที่ตกค้างออกจากขั้นตอนก่อนหน้า
(2) การเคลือบผิว
ตามประเภทการเคลือบที่แตกต่างกัน กระบวนการเคลือบที่สอดคล้องกันจะถูกใช้สำหรับการเคลือบ ยกตัวอย่างการชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้า หลังจากเสร็จสิ้นการบำบัดก่อน- แผงวงจรจะถูกจุ่มลงในสารละลายการชุบนิเกิลแบบไม่ใช้ไฟฟ้าซึ่งมีเกลือนิกเกิล สารรีดิวซ์ สารคีเลต และส่วนประกอบอื่นๆ ภายใต้อุณหภูมิที่เหมาะสม (ปกติ 80-90 องศา) และสภาวะ pH (ปกติ 4.5-5.5) ไอออนนิกเกิลจะลดลงโดยตัวรีดิวซ์บนพื้นผิวของแผงวงจร ทำให้เกิดชั้นนิกเกิล หลังจากการชุบนิกเกิลเสร็จสิ้น ให้ย้ายแผงวงจรไปยังสารละลายการชุบทอง และฝากชั้นทองไว้บนพื้นผิวของชั้นนิกเกิลผ่านปฏิกิริยาการแทนที่ ในระหว่างกระบวนการเคลือบ จำเป็นต้องควบคุมพารามิเตอร์กระบวนการอย่างเข้มงวด เช่น องค์ประกอบของสารละลาย อุณหภูมิ ค่า pH และเวลา เพื่อให้แน่ใจว่าความหนา ความสม่ำเสมอ และคุณภาพของการเคลือบเป็นไปตามข้อกำหนด
(3) การประมวลผลภายหลัง
การบำบัดหลังส่วนใหญ่จะรวมถึงกระบวนการต่างๆ เช่น การล้างน้ำ การทำแห้ง และการทดสอบ การล้างด้วยน้ำใช้เพื่อกำจัดสารละลายเคลือบที่ตกค้างและรีเอเจนต์เคมีบนพื้นผิวของแผงวงจร เพื่อป้องกันผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ต่อประสิทธิภาพของแผงวงจร การอบแห้งเป็นกระบวนการขจัดความชื้นออกจากพื้นผิวของแผงวงจรเพื่อป้องกันความชื้นที่ตกค้างไม่ให้เกิดสนิมหรือปัญหาด้านคุณภาพอื่น ๆ กระบวนการทดสอบจะประเมินคุณภาพของการเคลือบอย่างครอบคลุมด้วยวิธีการทดสอบต่างๆ เช่น การตรวจสอบด้วยภาพ การวัดความหนาของฟิล์ม การทดสอบความสามารถในการบัดกรี การทดสอบการนำไฟฟ้า ฯลฯ เพื่อให้แน่ใจว่าแผงวงจรเคลือบเป็นไปตามข้อกำหนดการออกแบบและมาตรฐานการใช้งาน