กระบวนการและหลักการของการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า Pcb

pcb มีบทบาทสำคัญในการเชื่อมต่อและส่งสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์และกระบวนการทองแดงชุบด้วยไฟฟ้า pcb เป็นจุดเชื่อมโยงหลักในกระบวนการผลิตพีซีบีมีบทบาทสำคัญในประสิทธิภาพและคุณภาพของแผงวงจร ตั้งแต่สมาร์ทโฟนไปจนถึงคอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูง- ตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในยานยนต์ไปจนถึงอุปกรณ์การบินและอวกาศ แผงวงจรพิมพ์ของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เกือบทั้งหมดพึ่งพาเทคโนโลยีการชุบด้วยไฟฟ้าด้วยทองแดง

1 หลักการของการชุบด้วยไฟฟ้าทองแดง

การชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า PCB เป็นกระบวนการเคมีไฟฟ้าทั่วไปตามกฎของฟาราเดย์ ในอ่างชุบด้วยไฟฟ้า PCB จะถูกใช้เป็นแคโทด และขั้วบวกของทองแดงจะถูกจุ่มลงในอิเล็กโทรไลต์ที่มีไอออนของทองแดง เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงระหว่างแคโทดและแอโนด กระแสจะไหลผ่านอิเล็กโทรไลต์ ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าชุดหนึ่ง

ปฏิกิริยาขั้วบวก: ขั้วบวกทองแดงเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน โดยที่อะตอมของทองแดงสูญเสียอิเล็กตรอนสองตัวและกลายเป็นไอออนทองแดงที่เข้าสู่อิเล็กโทรไลต์ สมการปฏิกิริยาคือ Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺

ปฏิกิริยาแคโทด: บนพื้นผิวของ PCB ไอออนของทองแดงจะได้รับอิเล็กตรอนและลดลงเหลืออะตอมของทองแดงซึ่งสะสมอยู่บนพื้นผิว PCB สมการปฏิกิริยาคือ Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu

ด้วยการควบคุมพารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความหนาแน่นกระแส เวลาการชุบด้วยไฟฟ้า และองค์ประกอบของอิเล็กโทรไลต์ ทำให้สามารถควบคุมอัตราการสะสมและความหนาของชั้นเคลือบของทองแดงได้อย่างแม่นยำ

2 การไหลของกระบวนการ

(1) การประมวลผลล่วงหน้า

การทำความสะอาด: ขั้นแรก ทำความสะอาดพื้นผิว PCB อย่างทั่วถึงเพื่อขจัดสิ่งสกปรก เช่น คราบน้ำมัน ฝุ่น และออกไซด์บนพื้นผิว วิธีการทำความสะอาดทั่วไป ได้แก่ การทำความสะอาดด้วยอัลคาไลน์ การทำความสะอาดด้วยกรด และการทำความสะอาดอัลตราโซนิก การทำความสะอาดด้วยอัลคาไลน์สามารถกำจัดน้ำมันและมลพิษอินทรีย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในขณะที่การทำความสะอาดที่เป็นกรดส่วนใหญ่จะใช้เพื่อกำจัดออกไซด์ การทำความสะอาดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสามารถทำความสะอาดช่องว่างและรูเล็กๆ บนพื้นผิวของพื้นผิวได้อย่างทั่วถึง โดยอาศัยเอฟเฟกต์คาวิเทชันของคลื่นอัลตราโซนิก พื้นผิวของวัสดุพิมพ์ที่ทำความสะอาดแล้วไม่ควรมีสิ่งเจือปนที่ชัดเจนและมีความมันวาวของโลหะสม่ำเสมอ

การกัดกร่อนระดับไมโคร: วัตถุประสงค์ของการกัดกร่อนระดับไมโครคือการสร้างพื้นผิวที่หยาบระดับไมโครบนพื้นผิว PCB ซึ่งจะเพิ่มการยึดเกาะระหว่างชั้นทองแดงที่ชุบด้วยไฟฟ้าตามมากับพื้นผิว โดยปกติแล้ว สารละลายที่มีสารกัดกร่อนขนาดเล็ก เช่น เพอร์ซัลเฟตหรือกรดซัลฟิวริก ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ จะถูกใช้ในการบำบัดซับสเตรต ในระหว่างกระบวนการกัดกรดขนาดเล็ก สารกัดกรดขนาดเล็กจะเกิดปฏิกิริยาทางเคมีกับพื้นผิวทองแดง โดยละลายชั้นทองแดงบางมาก และสร้างโครงสร้างนูนนูนเล็กๆ ระดับการกัดกร่อนระดับจุลภาคจำเป็นต้องได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด โดยควบคุมปริมาณการกัดกร่อนในระดับจุลภาคโดยทั่วไประหว่าง 0.5-1.5 μm เพื่อให้แน่ใจว่ามีการยึดเกาะที่ดีโดยไม่มีการกัดกร่อนของพื้นผิวมากเกินไป

การแช่ก่อน: การแช่ก่อนเป็นกระบวนการของการแช่ PCB ที่ทำความสะอาดแล้วและแกะสลักด้วยไมโครลงในสารละลายก่อนการแช่ที่มีส่วนประกอบเฉพาะ ช่วยให้พื้นผิวของพื้นผิวดูดซับชั้นของสารออกฤทธิ์ และเตรียมพร้อมสำหรับกระบวนการกระตุ้นที่ตามมา องค์ประกอบของสารละลายก่อนแช่มักจะคล้ายกับสารละลายกระตุ้น แต่มีความเข้มข้นต่ำกว่า หน้าที่หลักคือการป้องกันไม่ให้ซับสเตรตถูกออกซิไดซ์อีกครั้งก่อนเปิดใช้งานและปรับปรุงผลการเปิดใช้งาน โดยทั่วไประยะเวลาก่อนการแช่จะสั้น โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงไม่กี่วินาทีถึงสิบวินาที

การเปิดใช้งาน: การเปิดใช้งานเป็นขั้นตอนสำคัญในกระบวนการบำบัดก่อน- ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อดูดซับชั้นของอนุภาคโลหะที่ออกฤทธิ์เร่งปฏิกิริยา ซึ่งมักจะเป็นอนุภาคแพลเลเดียมบนพื้นผิวของ PCB อนุภาคแพลเลเดียมเหล่านี้จะทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการชุบทองแดงหรือการชุบด้วยไฟฟ้าด้วยสารเคมีในภายหลัง ซึ่งส่งเสริมการลดและการสะสมของไอออนทองแดง วิธีการกระตุ้นที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ วิธีการกระตุ้นคอลลอยด์แพลเลเดียมและวิธีการกระตุ้นไอออนิกแพลเลเดียม สารละลายกระตุ้นคอลลอยด์แพลเลเดียมประกอบด้วยเกลือแพลเลเดียม เกลือดีบุก และสารคีเลต ในระหว่างกระบวนการกระตุ้น อนุภาคแพลเลเดียมคอลลอยด์จะถูกดูดซับบนพื้นผิวของ pcb วิธีการกระตุ้นไอออนแพลเลเดียมคือการดูดซับไอออนแพลเลเดียมบนพื้นผิวของสารตั้งต้นผ่านการแลกเปลี่ยนไอออน จากนั้นลดไอออนให้เป็นแพลเลเดียมโลหะผ่านตัวรีดิวซ์ พารามิเตอร์เช่นเวลาเปิดใช้งานและอุณหภูมิจะต้องได้รับการควบคุมอย่างแม่นยำตามประเภทของสารละลายการเปิดใช้งานและวัสดุของ PCB เพื่อให้แน่ใจว่าชั้นการเปิดใช้งานที่สม่ำเสมอและหนาแน่น

(2) การชุบทองแดงด้วยสารเคมี

สำหรับพื้นผิว PCB บางชนิดที่ทำจากวัสดุที่ไม่-นำไฟฟ้า เช่น พลาสติกเสริมใยแก้ว จะต้องชุบทองแดงด้วยสารเคมีก่อนที่จะชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าเพื่อสร้างชั้นทองแดงนำไฟฟ้าบาง ๆ บนพื้นผิวของวัสดุพิมพ์ ซึ่งเป็นเส้นทางนำไฟฟ้าสำหรับการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าในภายหลัง

หลักการชุบทองแดงด้วยสารเคมี: การชุบทองแดงด้วยสารเคมีเป็นปฏิกิริยารีดักชันของตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันในตัวเอง- บนพื้นผิวที่มีฤทธิ์เร่งปฏิกิริยา ไอออนของทองแดงจะลดลงเป็นทองแดงที่เป็นโลหะโดยผ่านการกระทำของตัวรีดิวซ์และสะสมอยู่บนพื้นผิวของสารตั้งต้น สมการปฏิกิริยาหลักคือ: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑ ในปฏิกิริยานี้ ไอออนของทองแดงจะถูกรีดิวซ์เป็นอะตอมของทองแดงโดยการได้รับอิเล็กตรอนภายใต้การเร่งปฏิกิริยาของแพลเลเดียมเซ็นเตอร์ ในขณะที่ฟอร์มาลดีไฮด์จะถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างไอออน

กระบวนการชุบทองแดงด้วยสารเคมี: ขั้นแรก PCB ที่เปิดใช้งานจะถูกจุ่มลงในสารละลายการชุบทองแดงทางเคมีที่ประกอบด้วยเกลือของทองแดง สารก่อให้เกิดสารเชิงซ้อน สารรีดิวซ์ และสารเติมแต่งอื่น ๆ โดยทั่วไปอุณหภูมิของสารละลายการชุบจะถูกควบคุมระหว่าง 40-50 องศา และค่า pH จะอยู่ที่ประมาณ 12-13 ในกระบวนการชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้า จำเป็นต้องคนสารละลายชุบอย่างเหมาะสมเพื่อให้แน่ใจว่าสารละลายชุบมีความสม่ำเสมอและมีความคืบหน้าเพียงพอของปฏิกิริยา ระยะเวลาในการชุบทองแดงแบบไม่ใช้ไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความหนาที่ต้องการของชั้นทองแดง และโดยทั่วไปสามารถรับชั้นทองแดงที่มีความหนาระหว่าง 0.2-0.5 µm ได้ หลังจากการชุบทองแดงด้วยสารเคมี จำเป็นต้องทำความสะอาด PCB เพื่อขจัดสารละลายการชุบที่ตกค้างและสิ่งสกปรกบนพื้นผิว

(3) ทองแดงชุบด้วยไฟฟ้า

ทองแดงชุบด้วยไฟฟ้าแบบเต็มแผ่น: ทองแดงชุบด้วยไฟฟ้าแบบเต็มแผ่นหรือที่เรียกว่าทองแดงปฐมภูมิ ส่วนใหญ่จะใช้ในการชุบชั้นทองแดงบนพื้นผิวทั้งหมดของ PCB ที่ได้รับการชุบทองแดงด้วยสารเคมี เพื่อเพิ่มความหนาของชั้นทองแดง ปรับปรุงการนำไฟฟ้าและความแข็งแรงทางกล และปกป้องชั้นชุบทองแดงเคมีจากการแกะสลักที่ตามมาและกระบวนการอื่น ๆ การชุบด้วยไฟฟ้าทองแดงทั้งแผ่นมักจะใช้สารละลายการชุบคอปเปอร์ซัลเฟตที่เป็นกรด โดยโดยทั่วไปปริมาณคอปเปอร์ซัลเฟตจะอยู่ระหว่าง 150-250 กรัม/ลิตร และปริมาณกรดซัลฟิวริกระหว่าง 50-200 กรัม/ลิตรในสูตร ตลอดจนปริมาณคลอไรด์ไอออนและสารเติมแต่งที่เหมาะสม ในกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า PCB จะถูกใช้เป็นแคโทด และโดยทั่วไปจะใช้ลูกบอลทองแดงฟอสเฟอร์เป็นขั้วบวกเพื่อเสริมไอออนทองแดงในสารละลายการชุบ โดยทั่วไปความหนาแน่นกระแสจะถูกควบคุมที่ 1-2A/dm ² และเวลาในการชุบด้วยไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความหนาของชั้นทองแดงที่ต้องการ ซึ่งมักจะเพิ่มความหนาของชั้นทองแดงเป็น 5-20 μm ในระหว่างกระบวนการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าบนกระดานทั้งหมด จำเป็นต้องกรองสารละลายการชุบอย่างต่อเนื่องเพื่อขจัดสิ่งสกปรกและอนุภาคออกจากสารละลายการชุบ เพื่อให้มั่นใจในคุณภาพของการเคลือบ

ทองแดงการชุบด้วยไฟฟ้ากราฟิก: ทองแดงการชุบด้วยไฟฟ้าแบบกราฟิกหรือที่เรียกว่าทองแดงทุติยภูมิเป็นการชุบด้วยไฟฟ้าแบบเลือกสรรของชิ้นส่วนกราฟิกวงจรที่ต้องการบน pcb หลังจากการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าแบบเต็มบอร์ดและการถ่ายโอนกราฟิก ซึ่งจะทำให้ชั้นทองแดงหนาขึ้นอีกเพื่อตอบสนองความต้องการของความสามารถในการรองรับกระแสของวงจรและประสิทธิภาพการส่งสัญญาณ องค์ประกอบและพารามิเตอร์กระบวนการของสารละลายการชุบสำหรับการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้าแบบกราฟิกนั้นคล้ายคลึงกับการชุบทองแดงแบบไฟฟ้าแบบเต็มแผ่น แต่เนื่องจากเฉพาะพื้นที่กราฟิกที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้นที่จะถูกชุบด้วยไฟฟ้า จึงจำเป็นต้องใช้วัสดุหน้ากากเพื่อปกปิดส่วนที่ไม่จำเป็นต้องมีการชุบด้วยไฟฟ้า ในระหว่างกระบวนการชุบด้วยไฟฟ้า ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับความสม่ำเสมอของการกระจายกระแสเพื่อให้แน่ใจว่าความหนาของการเคลือบของแต่ละส่วนของลวดลายมีความสม่ำเสมอ หลังจากการชุบด้วยไฟฟ้ากราฟิกด้วยทองแดง ความหนาของชั้นทองแดงโดยทั่วไปจะสูงถึง 20-50 μ m และความหนาเฉพาะนั้นขึ้นอยู่กับข้อกำหนดการออกแบบของ pcb

(4) การประมวลผลภายหลัง

การทำความสะอาด: หลังจากการชุบทองแดงด้วยไฟฟ้า ควรทำความสะอาด PCB อย่างทั่วถึงก่อนเพื่อขจัดสารละลายชุบที่ตกค้างและสิ่งสกปรกบนพื้นผิว โดยทั่วไป การทำความสะอาดจะใช้วิธีล้างกระแสย้อนทวนหลาย- ขั้นตอนแรกคือล้างด้วยน้ำสะอาด จากนั้นจึงล้างด้วยน้ำปราศจากไอออนเพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีสารเคมีตกค้างบนพื้นผิว PCB พื้นผิว PCB ที่ทำความสะอาดควรสะอาด ปราศจากคราบ และมีค่า pH ใกล้เคียงกับเป็นกลาง

การสร้างทู่: เพื่อที่จะปรับปรุงความต้านทานการกัดกร่อนของชั้นทองแดงที่ชุบด้วยไฟฟ้า โดยทั่วไปจำเป็นต้องมีการบำบัดทู่ การทู่คือการก่อตัวของฟิล์มทู่ที่บางมากบนพื้นผิวของชั้นทองแดง ซึ่งสามารถป้องกันปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างออกซิเจนและความชื้นและทองแดง จึงช่วยยืดอายุการใช้งานของชั้นทองแดง วิธีการสร้างทู่ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ การทำทู่ด้วยสารเคมีและทู่ด้วยไฟฟ้าเคมี การทำทู่ด้วยสารเคมีโดยทั่วไปจะใช้สารละลายที่มีโครเมต ฟอสเฟต หรือสารอินทรีย์เพื่อบำบัดแผงวงจรพิมพ์ การสร้างทู่ด้วยเคมีไฟฟ้าเป็นกระบวนการของการใช้แรงดันไฟฟ้าในอิเล็กโทรไลต์เฉพาะเพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันบนพื้นผิวของชั้นทองแดง ทำให้เกิดฟิล์มทู่ หลังจากการบำบัดฟิล์มแล้ว พื้นผิวของชั้นทองแดงจะมีสีของฟิล์มฟิล์มฟิล์มสม่ำเสมอ เช่น สีรุ้งหรือสีเหลืองทอง

การอบแห้ง: PCB ที่ผ่านการทำความสะอาดและผ่านกระบวนการแล้วจะต้องทำให้แห้งเพื่อขจัดความชื้นบนพื้นผิว วิธีการอบแห้ง ได้แก่ การอบแห้งด้วยลมร้อน การทำให้แห้งด้วยสุญญากาศ ฯลฯ การอบแห้งด้วยลมร้อนเป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไป ซึ่งเกี่ยวข้องกับการวาง PCB ในสภาพแวดล้อมที่มีอากาศร้อนที่อุณหภูมิที่กำหนดเพื่อระเหยความชื้นอย่างรวดเร็ว ในระหว่างกระบวนการอบแห้งควรให้ความสำคัญกับการควบคุมอุณหภูมิเพื่อหลีกเลี่ยงการเสียรูปของ PCB หรือการเกิดออกซิเดชันของชั้นทองแดงที่เกิดจากอุณหภูมิที่มากเกินไป PCB ที่แห้งควรจัดเก็บอย่างเหมาะสมเพื่อหลีกเลี่ยงความชื้นหรือการปนเปื้อนเพิ่มเติม