il pcb svolge un ruolo cruciale nel collegamento e nella trasmissione di segnali elettronici e nel processo di galvanica del rame del pcb, come collegamento principale nelprocesso di produzione di circuiti stampati, gioca un ruolo decisivo nelle prestazioni e nella qualità del circuito. Dagli smartphone ai computer ad alte-prestazioni, dall'elettronica automobilistica alle apparecchiature aerospaziali, quasi tutti i circuiti stampati dei dispositivi elettronici si basano sulla tecnologia di galvanica del rame.
1, Principio della galvanica del rame
La galvanoplastica del rame su pcb è un tipico processo elettrochimico basato sulla legge di Faraday. Nel bagno galvanico, il circuito stampato viene utilizzato come catodo e l'anodo di rame è immerso in un elettrolita contenente ioni di rame. Quando viene applicata una tensione di corrente continua tra il catodo e l'anodo, la corrente passa attraverso l'elettrolita, innescando una serie di reazioni elettrochimiche.
Reazione anodica: l'anodo di rame subisce una reazione di ossidazione, in cui gli atomi di rame perdono due elettroni e diventano ioni di rame che entrano nell'elettrolita. L'equazione di reazione è Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺.
Reazione catodica: sulla superficie del circuito stampato, gli ioni rame acquisiscono elettroni e vengono ridotti in atomi di rame, che si depositano sulla superficie del circuito stampato. L'equazione di reazione è Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu.
Controllando parametri quali densità di corrente, tempo di elettroplaccatura e composizione dell'elettrolita, è possibile controllare accuratamente la velocità di deposizione e lo spessore del rivestimento del rame.
2, flusso del processo
(1) Pre-elaborazione
Pulizia: in primo luogo, pulire accuratamente il substrato della PCB per rimuovere impurità come macchie di olio, polvere e ossidi sulla superficie. I metodi di pulizia comuni includono la pulizia alcalina, la pulizia acida e la pulizia ad ultrasuoni. La pulizia alcalina può rimuovere efficacemente olio e inquinanti organici, mentre la pulizia acida viene utilizzata principalmente per rimuovere gli ossidi. La pulizia ad ultrasuoni può pulire a fondo gli spazi sottili e i fori sulla superficie del substrato attraverso l'effetto di cavitazione delle onde ultrasoniche. La superficie del substrato pulita non deve presentare impurità evidenti e presentare una lucentezza metallica uniforme.
Microcorrosione: lo scopo della microcorrosione è quello di formare una superficie microruvida sulla superficie del circuito stampato, aumentando l'adesione tra il successivo strato di rame elettrolitico e il substrato. Di solito, per trattare i substrati vengono utilizzate soluzioni contenenti micromordenzanti come persolfato o perossido di idrogeno di acido solforico. Durante il processo di microincisione, l'agente di microincisione subisce una reazione chimica con la superficie del rame, sciogliendo uno strato molto sottile di rame e formando minuscole strutture concave convesse. Il grado di microcorrosione deve essere rigorosamente controllato, con una quantità generale di microcorrosione controllata compresa tra 0,5 e 1,5 μm per garantire una buona adesione senza eccessiva corrosione del substrato.
Pre immersione: la pre immersione è il processo di immersione del PCB pulito e microinciso in una soluzione di pre immersione contenente componenti specifici, consentendo alla superficie del substrato di adsorbire uno strato di sostanza attiva e prepararsi per il successivo processo di attivazione. La composizione della soluzione di pre-immersione è solitamente simile a quella della soluzione di attivazione, ma con una concentrazione inferiore. La sua funzione principale è impedire che il substrato venga nuovamente ossidato prima dell'attivazione e migliorare l'effetto di attivazione. Il tempo di pre-ammollo è generalmente breve, di solito varia da pochi secondi a decine di secondi.
Attivazione: l'attivazione è una fase cruciale nel processo di pre-trattamento, che mira ad assorbire uno strato di particelle metalliche cataliticamente attive, solitamente particelle di palladio, sulla superficie del PCB. Queste particelle di palladio fungeranno da centri catalitici per la successiva placcatura chimica o galvanica del rame, promuovendo la riduzione e la deposizione di ioni rame. I metodi di attivazione comunemente usati includono il metodo di attivazione del palladio colloidale e il metodo di attivazione del palladio ionico. La soluzione di attivazione del palladio colloidale è composta da sale di palladio, sale di stagno e agente chelante. Durante il processo di attivazione, le particelle di palladio colloidale vengono adsorbite sulla superficie del pcb; Il metodo di attivazione con ioni palladio consiste nell'adsorbire gli ioni palladio sulla superficie del substrato attraverso lo scambio ionico e quindi ridurli in palladio metallico attraverso un agente riducente. Parametri come il tempo di attivazione e la temperatura devono essere controllati con precisione in base al tipo di soluzione di attivazione e al materiale del PCB per garantire uno strato di attivazione uniforme e denso.
(2) Ramatura chimica
Per alcuni substrati di PCB costituiti da materiali non-conduttivi, come la plastica rinforzata con fibra di vetro, è necessaria la ramatura chimica prima della galvanica del rame per formare un sottile strato di rame conduttivo sulla superficie del substrato, fornendo un percorso conduttivo per la successiva galvanica del rame.
Principio della placcatura chimica in rame: la placcatura chimica in rame è una reazione di ossidazione-riduzione autocatalitica. Su una superficie con attività catalitica, gli ioni rame vengono ridotti a rame metallico attraverso l'azione di un agente riducente e depositati sulla superficie del substrato. L'equazione principale della reazione è: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. In questa reazione, gli ioni rame vengono ridotti ad atomi di rame ottenendo elettroni sotto la catalisi dei centri di palladio, mentre la formaldeide viene ossidata per formare ioni.
Processo di ramatura chimica: in primo luogo, il circuito stampato attivato viene immerso in una soluzione di ramatura chimica contenente sali di rame, agenti complessanti, agenti riducenti e altri additivi. La temperatura della soluzione di placcatura è generalmente controllata tra 40-50 gradi e il valore del pH è mantenuto intorno a 12-13. Nel processo di ramatura chimica, è necessario agitare opportunamente la soluzione di placcatura per garantire l'uniformità della soluzione di placcatura e il sufficiente progresso della reazione. Il tempo per la ramatura chimica dipende dallo spessore richiesto dello strato di rame e generalmente è possibile ottenere uno strato di rame con uno spessore compreso tra 0,2 e 0,5 μm. Dopo la ramatura chimica, la scheda deve essere pulita per rimuovere la soluzione di placcatura residua e le impurità sulla superficie.
(3) Rame elettrolitico
Rame galvanizzato a scheda intera: il rame galvanizzato a scheda intera, noto anche come rame primario, viene utilizzato principalmente per galvanizzare uno strato di rame sull'intera superficie di un PCB che è stato sottoposto a ramatura chimica, al fine di aumentare lo spessore dello strato di rame, migliorare la conduttività e la resistenza meccanica e proteggere lo strato di ramatura chimica dalla successiva incisione e altri processi. La placcatura in rame a piastra intera utilizza solitamente una soluzione di placcatura acida di solfato di rame, con un contenuto di solfato di rame generalmente compreso tra 150 e 250 g/l e un contenuto di acido solforico compreso tra 50 e 200 g/l nella formula, nonché quantità adeguate di ioni cloruro e additivi. Nel processo di galvanica, il pcb viene utilizzato come catodo e le sfere di rame fosforoso vengono generalmente utilizzate come anodo per integrare gli ioni di rame nella soluzione di placcatura. La densità di corrente è generalmente controllata a 1-2 A/dm² e il tempo di galvanica dipende dallo spessore dello strato di rame richiesto, solitamente aumentando lo spessore dello strato di rame a 5-20 μm. Durante il processo di galvanizzazione del rame sull'intera scheda, è necessaria una filtrazione continua della soluzione di placcatura per rimuovere impurità e particelle dalla soluzione di placcatura, garantendo la qualità del rivestimento.
Rame galvanico grafico: il rame galvanico grafico, noto anche come rame secondario, è una galvanoplastica selettiva delle parti grafiche del circuito richieste sul pcb dopo la galvanica della scheda completa del rame e il trasferimento grafico, ispessendo ulteriormente lo strato di rame per soddisfare i requisiti di capacità di carico di corrente del circuito e prestazioni di trasmissione del segnale. La composizione e i parametri di processo della soluzione galvanica per il rame galvanico grafico sono simili a quelli del rame galvanico a scheda intera, ma poiché solo aree grafiche specifiche vengono galvanizzate, sono necessari materiali di mascheratura per coprire le parti che non richiedono la galvanizzazione. Durante il processo di galvanica, è necessario prestare particolare attenzione all'uniformità della distribuzione della corrente per garantire che lo spessore del rivestimento di ciascuna parte del modello sia coerente. Dopo la galvanica grafica con rame, lo spessore dello strato di rame può generalmente raggiungere 20-50 μm e lo spessore specifico dipende dai requisiti di progettazione del circuito stampato.
(4) Post-elaborazione
Pulizia: dopo aver galvanizzato il rame, la scheda deve essere prima pulita accuratamente per rimuovere la soluzione di placcatura residua e le impurità sulla superficie. La pulizia generalmente adotta un metodo di risciacquo in controcorrente multi-fase, prima risciacquare con acqua pulita, quindi risciacquare con acqua deionizzata per garantire che non vi siano residui chimici sulla superficie della scheda PCB. La superficie della PCB pulita deve essere pulita, priva di macchie e avere un valore di pH vicino alla neutralità.
Passivazione: per migliorare la resistenza alla corrosione degli strati di rame elettrolitico, è solitamente necessario un trattamento di passivazione. La passivazione è la formazione di un film di passivazione estremamente sottile sulla superficie di uno strato di rame, che può impedire reazioni chimiche tra ossigeno, umidità e rame, prolungando così la durata dello strato di rame. I metodi di passivazione comunemente usati includono la passivazione chimica e la passivazione elettrochimica. La passivazione chimica utilizza generalmente soluzioni contenenti cromato, fosfato o passivatori organici per trattare i circuiti stampati; La passivazione elettrochimica è il processo di applicazione di una certa tensione in un elettrolita specifico per provocare reazioni di ossidazione sulla superficie degli strati di rame, formando una pellicola di passivazione. Dopo il trattamento di passivazione, la superficie dello strato di rame presenterà un colore uniforme del film di passivazione, come l'arcobaleno o il giallo dorato.
Asciugatura: il PCB pulito e passivato deve essere asciugato per rimuovere l'umidità superficiale. I metodi di asciugatura includono l'essiccazione ad aria calda, l'essiccazione sotto vuoto, ecc. L'essiccazione ad aria calda è un metodo comunemente utilizzato, che prevede il posizionamento del PCB in un ambiente con aria calda a una determinata temperatura per far evaporare rapidamente l'umidità. Durante il processo di essiccazione, è necessario prestare attenzione al controllo della temperatura per evitare la deformazione della scheda o l'ossidazione dello strato di rame causata da una temperatura eccessiva. Il PCB essiccato deve essere conservato correttamente per evitare ulteriore umidità o contaminazione.