Essendo il componente principale dei prodotti elettronici, le prestazioni e la qualità del circuito stampato influiscono direttamente sulla stabilità e sull'affidabilità dell'intero dispositivo elettronico. Tra i tanti fattori che influenzano le prestazioni dei circuiti stampati, la capacità antiossidante gioca un ruolo cruciale.
I rischi di ossidazione dei circuiti stampati
il circuito stampato è composto principalmente da linee conduttive, substrati isolanti e vari componenti elettronici. Nell'uso quotidiano, i circuiti stampati affrontano diverse sfide ambientali e l'ossidazione è un problema che non può essere ignorato. Ossigeno, umidità e vari inquinanti presenti nell'aria possono reagire chimicamente con i fili metallici sul circuito stampato, causando corrosione, maggiore resistenza, trasmissione instabile del segnale e persino guasti al circuito. Soprattutto le parti metalliche come le linee di lamina di rame e i giunti di saldatura sui circuiti stampati tendono a reagire con l'ossigeno presente nell'aria, generando ossidi. Questi ossidi possono aumentare la resistenza del circuito, interferire con la stabilità della trasmissione del segnale e, nei casi più gravi, causare interruzioni del circuito, con conseguente mancato funzionamento dei dispositivi elettronici.
Processo antiossidante
Maschera per saldatura organica
Si tratta di un processo antiossidante per circuiti stampati comunemente utilizzato, che genera una sottile pellicola protettiva organica sulla superficie del circuito stampato per isolare il metallo dall'aria, esercitando così effetti antiossidanti. Il principio si basa sul legame chimico. Prendendo come esempio il comune OSP azolico, l'anello imidazolico nei composti organici alchilbenzimidazolici può formare un legame di coordinazione con gli elettroni 3d10 degli atomi di rame, formando così complessi di rame alchilbenzimidazolici. Durante il processo di rivestimento, viene prima rivestito il primo strato, che assorbe il rame. Quindi, il secondo strato di molecole di rivestimento organico si combina con il rame e questo processo viene ripetuto fino a formare una struttura composta da molte molecole di rivestimento organico. Infine sulla superficie del rame viene formato uno strato protettivo di spessore generalmente compreso tra 0,2-0,5 µm. Inoltre, a causa dell'attrazione di van der Waals tra i gruppi alchilici a catena lunga-e la presenza di anelli benzenici, questo film protettivo ha una buona resistenza al calore e un'elevata temperatura di decomposizione. Nel successivo ambiente di saldatura ad alta temperatura, questa pellicola protettiva può essere facilmente e rapidamente rimossa dal flusso, consentendo alla superficie di rame pulita esposta di legarsi con la saldatura fusa in un periodo di tempo molto breve, formando un giunto di saldatura solido.
Il processo OSP ha un costo relativamente basso e non è complicato, il che lo rende adatto alla produzione su larga-scala. Inoltre, può mantenere una buona saldabilità dei cuscinetti di saldatura, garantendo la qualità della saldatura. Presenta però anche alcuni inconvenienti, come lo strato di pellicola sottile che comporta un tempo di conservazione limitato e la prestazione antiossidante tende a diminuire con il tempo e i cambiamenti ambientali; Non resistente alle alte temperature, limitato in scenari che richiedono più processi ad alta-temperatura; L'ambiente di saldatura ha requisiti severi e fattori come impurità e umidità nell'ambiente possono facilmente influire sulle prestazioni e sulla qualità della saldatura.
oro ad immersione
Questo processo prevede il deposito di uno strato di nichel sulla superficie del circuito stampato, seguito da uno strato d'oro. Lo strato di nichel può bloccare la diffusione del rame, mentre lo strato d'oro ha una buona resistenza all'ossidazione e conduttività, che può migliorare significativamente le prestazioni e l'affidabilità del circuito stampato. Il processo di placcatura in oro e nichel chimico è maturo, con una fornitura sufficiente, adatto alla saldatura senza piombo-. Tuttavia, il costo di questo processo è relativamente elevato e la sua superficie non è sufficientemente liscia, rendendo difficile la saldatura di componenti a passo fine.
Immersione nell'argento
Il processo dell'argento per immersione può formare uno strato d'argento uniforme sulla superficie del circuito stampato, con buona resistenza all'ossidazione e saldabilità. Non c'è uno strato di nichel sotto lo strato d'argento, quindi l'argento per immersione non è fisicamente resistente come la nichelatura chimica/oro per immersione. Lo strato d'argento subirà un doppio percorso di corrosione se esposto all'aria. Sotto ossidazione chimica, 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O forma uno strato di ossido giallo; Nella corrosione elettrochimica, Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ produce solfuri neri. Quando l'umidità relativa è superiore al 60%, la velocità di corrosione aumenta di tre volte; Negli ambienti contenenti zolfo-, come gli imballaggi in gomma, può verificarsi uno scolorimento visibile entro 24 ore.
immersione nello stagno
Il processo di stagno ad immersione copre la superficie del circuito stampato con uno strato di stagno, che può prevenire efficacemente l'ossidazione. Poiché tutti i materiali di saldatura sono a base di stagno, lo strato di stagno può corrispondere a qualsiasi tipo di saldatura. Tuttavia, i circuiti stampati trattati in passato con processi di immersione nello stagno erano soggetti a problemi di baffi di stagno e, durante il processo di saldatura, i fenomeni di baffi di stagno e di migrazione dello stagno rappresentavano seri problemi di affidabilità. Successivamente, aggiungendo additivi organici alla soluzione di immersione dello stagno, la struttura dello strato di stagno veniva trasformata in particelle, superando le difficoltà sopra-citate e possedendo una buona stabilità termica e saldabilità. Il tempo di conservazione delle lastre di stagno ad immersione è limitato e, se lasciate troppo a lungo, sulla loro superficie si formerà ossido di stagno che influenzerà l'effetto della saldatura. Pertanto è necessario seguire rigorosamente l'ordine dello stagno di immersione durante l'assemblaggio.
Livellamento dell'aria calda
Livellamento ad aria calda, noto anche come livellamento ad aria calda, comunemente noto come spruzzatura di stagno. Questo processo prevede il rivestimento della superficie di un circuito stampato con una lega di piombo e stagno fuso. Al giorno d'oggi, viene utilizzata più comunemente la saldatura senza piombo-, quindi viene utilizzata aria compressa riscaldata per livellare la saldatura, formando uno strato di rivestimento che può resistere efficacemente all'ossidazione del rame e fornire un'eccellente saldabilità. Durante il condizionamento dell'aria calda, la saldatura interagisce con il rame per formare composti metallici di rame-stagno nella giunzione. Questo processo è suddiviso in tipi verticali e orizzontali, dove il tipo orizzontale è generalmente considerato più vantaggioso grazie al suo rivestimento più uniforme e alla capacità di ottenere una produzione automatizzata. Il processo generale comprende fasi quali microincisione, preriscaldamento, rivestimento del flusso, spruzzatura di stagno e pulizia. Il processo di livellamento ad aria calda è maturo, con costi relativamente bassi e buona saldabilità, adatto per la saldatura senza piombo-. Ma la sua superficie non è sufficientemente liscia, rendendo difficile la saldatura di componenti a passo fine, e il piombo contenente HASL deve affrontare anche problemi ambientali.
doratura
Nel processo di produzione dei circuiti stampati multi-strato, il trattamento della superficie interna del foglio di rame è fondamentale per la qualità della laminazione e il processo di doratura è ampiamente utilizzato in questo processo. Il suo nucleo è quello di formare una pellicola di ossido di rame poroso o di ossido rameoso sulla superficie del rame attraverso una reazione di ossidazione chimica. Sotto l'azione degli ossidanti alcalini, il rame subisce reazioni di ossidazione, con 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻. La doratura non solo fornisce una buona adesione tra gli strati, ma migliora anche la bagnabilità della resina durante il processo di laminazione. La struttura porosa dello strato di doratura aumenta l'area superficiale del foglio di rame, facilitando la penetrazione della resina e il riempimento dei micropori, riducendo bolle e vuoti durante la laminazione, migliorando la forza di mordenza meccanica e riducendo il rischio di delaminazione. Nel ciclo termico dei circuiti stampati, lo stress può essere distribuito in modo più uniforme, riducendo il rischio di delaminazione degli strati intermedi e migliorando l'affidabilità termica. Tuttavia, se non adeguatamente controllata, l’eccessiva ossidazione può rendere lo strato di ossido troppo spesso e fragile, riducendo la forza di adesione; L'ossidazione non uniforme può portare a forze leganti incoerenti e aumentare il rischio di delaminazione; Se la doratura viene contaminata prima della successiva laminazione, ad esempio per assorbimento di umidità o danneggiamento della pellicola di ossido, può anche portare ad una diminuzione della forza di adesione. Lo spessore dello strato di ossido è solitamente controllato tra 0,5-1,5 μm. Prima della doratura viene utilizzato un processo di microincisione per rimuovere ossidi e inquinanti organici dalla superficie del rame. Gli agenti di microincisione più comuni includono il persolfato di ammonio o i sistemi di perossido di idrogeno con acido solforico. Le soluzioni di doratura sono solitamente composte da ossidanti alcalini, agenti complessanti e stabilizzanti. Regolando le condizioni di ossidazione, è possibile ottenere il rapporto CuO/CuO₂O ottimale per bilanciare la forza legante e la resistenza al calore. La superficie del rame dopo la doratura è soggetta a umidità o inquinamento atmosferico e di solito richiede un trattamento antiossidante prima della laminazione, come l'utilizzo di strati protettivi organici come benzotriazolo o altri antiossidanti, nonché lo stoccaggio a secco per evitare l'assorbimento di umidità e ridurre il rischio di deterioramento.
Altre misure per la resistenza all'ossidazione dei circuiti stampati
Selezione dei materiali
La scelta di substrati e materiali metallici di alta-qualità è fondamentale nel processo di produzione dei circuiti stampati. I substrati di alta qualità hanno buone proprietà isolanti e stabilità, che possono bloccare efficacemente l'invasione di ossigeno e umidità. Nel frattempo, utilizzando rivestimenti metallici con forti proprietà antiossidanti come doratura, argentatura, stagnatura, ecc., è possibile formare una pellicola protettiva sulla superficie del circuito metallico per evitare che si verifichino reazioni di ossidazione. Ad esempio, in alcuni prodotti elettronici di fascia alta-, come materiale rivestito in rame-viene utilizzato un foglio di rame privo di ossigeno con eccellente resistenza all'ossidazione per migliorare la resistenza all'ossidazione complessiva del circuito stampato.
controllo ambientale
Un ambiente di conservazione e utilizzo ragionevole è altrettanto cruciale per la resistenza all'ossidazione del circuito stampato. Durante la produzione, lo stoccaggio e il trasporto dei circuiti stampati, la temperatura e l'umidità dell'ambiente devono essere rigorosamente controllate per evitare di esporre i circuiti stampati ad alta temperatura, elevata umidità o ambienti contenenti sostanze inquinanti. Ad esempio, la conservazione delle schede a circuiti stampati in un ambiente con umidità relativa controllata tra il 40% -60% e temperatura controllata tra 20 gradi e 25 gradi può rallentare efficacemente il tasso di ossidazione. Allo stesso tempo, selezionare materiali di imballaggio adeguati, come sacchetti resistenti all'umidità, scatole di schiuma, ecc., per garantire l'integrità e la qualità del circuito stampato. Per le tavole nude non ancora assemblate, l'imballaggio sottovuoto può isolare efficacemente l'aria e ritardare il processo di ossidazione.
Ottimizzazione del processo produttivo
L'ottimizzazione del processo di produzione può ridurre il tempo di esposizione dei circuiti stampati all'aria durante il processo di produzione e anche ridurre il rischio di ossidazione. Ad esempio, utilizzando apparecchiature automatizzate per completare rapidamente la transizione dall'incisione alla maschera di saldatura, è possibile evitare tempi di attesa inutili. L'utilizzo di soluzioni antiossidanti per trattare le superfici di rame durante fasi specifiche della produzione di circuiti stampati può fornire una protezione temporanea per la superficie di rame in un breve periodo di tempo fino all'inizio del processo successivo.