PCB speelt een cruciale rol bij het verbinden en verzenden van elektronische signalen, en het PCB-galvanische koperproces, als de kernschakel in dePCB-productieproces, speelt een beslissende rol in de prestaties en kwaliteit van de printplaat. Van smartphones tot krachtige computers-, van auto-elektronica tot ruimtevaartapparatuur: de printplaten van bijna alle elektronische apparaten zijn afhankelijk van kopergalvanisatietechnologie.
1, Principe van kopergalvaniseren
Het pcb-galvaniseren van koper is een typisch elektrochemisch proces gebaseerd op de wet van Faraday. In het galvaniseerbad wordt de printplaat gebruikt als kathode en wordt de koperanode ondergedompeld in een elektrolyt dat koperionen bevat. Wanneer er een gelijkstroomspanning wordt aangelegd tussen de kathode en de anode, stroomt de stroom door de elektrolyt, waardoor een reeks elektrochemische reacties ontstaat.
Anodische reactie: De koperanode ondergaat een oxidatiereactie, waarbij koperatomen twee elektronen verliezen en koperionen worden die de elektrolyt binnendringen. De reactievergelijking is Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺.
Kathodische reactie: Op het oppervlak van de print nemen koperionen elektronen op en worden gereduceerd tot koperatomen, die zich op het printoppervlak afzetten. De reactievergelijking is Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu.
Door parameters zoals stroomdichtheid, galvaniseertijd en elektrolytsamenstelling te controleren, kunnen de afzettingssnelheid en de laagdikte van koper nauwkeurig worden gecontroleerd.
2, processtroom
(1) Voorverwerking
Reiniging: Maak eerst het printplaatsubstraat grondig schoon om onzuiverheden zoals olievlekken, stof en oxiden op het oppervlak te verwijderen. Veel voorkomende reinigingsmethoden zijn alkalische reiniging, zure reiniging en ultrasone reiniging. Alkalische reiniging kan olie en organische verontreinigingen effectief verwijderen, terwijl zure reiniging vooral wordt gebruikt om oxiden te verwijderen. Ultrasoon reinigen kan de fijne openingen en gaten op het oppervlak van het substraat grondig reinigen door het cavitatie-effect van ultrasone golven. Het gereinigde substraatoppervlak mag geen duidelijke onzuiverheden bevatten en een uniforme metaalachtige glans vertonen.
Microcorrosie: Het doel van microcorrosie is om een micro-ruw oppervlak op het printplaatoppervlak te vormen, waardoor de hechting tussen de daaropvolgende gegalvaniseerde koperlaag en het substraat wordt vergroot. Gewoonlijk worden oplossingen die micro-etsmiddelen bevatten, zoals persulfaat of zwavelzuur-waterstofperoxide, gebruikt om substraten te behandelen. Tijdens het micro-etsproces ondergaat het micro-etsmiddel een chemische reactie met het koperoppervlak, waarbij een zeer dunne laag koper wordt opgelost en kleine concave convexe structuren worden gevormd. De mate van microcorrosie moet strikt worden gecontroleerd, waarbij de algemene hoeveelheid microcorrosie tussen 0,5 en 1,5 μm ligt om een goede hechting te garanderen zonder overmatige corrosie van het substraat.
Pre-onderdompeling: Pre-onderdompeling is het proces waarbij de gereinigde en micro-geëtste printplaat wordt ondergedompeld in een pre-onderdompelingsoplossing die specifieke componenten bevat, waardoor het substraatoppervlak een laag actieve stof kan adsorberen en zich kan voorbereiden op het daaropvolgende activeringsproces. De samenstelling van de pre-immersie-oplossing is meestal vergelijkbaar met die van de activeringsoplossing, maar met een lagere concentratie. De belangrijkste functie ervan is om te voorkomen dat het substraat opnieuw wordt geoxideerd vóór activering en om het activeringseffect te verbeteren. De voorweektijd is over het algemeen kort, meestal variërend van enkele seconden tot tientallen seconden.
Activering: Activering is een cruciale stap in het voor-behandelingsproces, dat tot doel heeft een laag katalytisch actieve metaaldeeltjes, meestal palladiumdeeltjes, op het oppervlak van de printplaat te adsorberen. Deze palladiumdeeltjes zullen dienen als katalytische centra voor daaropvolgende chemische koper- of galvanisering, waardoor de reductie en afzetting van koperionen wordt bevorderd. De algemeen gebruikte activeringsmethoden omvatten de colloïdale palladium-activeringsmethode en de ionische palladium-activeringsmethode. Colloïdale palladium-activeringsoplossing bestaat uit palladiumzout, tinzout en chelaatvormer. Tijdens het activeringsproces worden colloïdale palladiumdeeltjes geadsorbeerd op het oppervlak van de printplaat; De ionenpalladiumactiveringsmethode is het adsorberen van palladiumionen op het substraatoppervlak door middel van ionenuitwisseling en deze vervolgens te reduceren tot metallisch palladium door middel van een reductiemiddel. De parameters zoals activeringstijd en temperatuur moeten nauwkeurig worden gecontroleerd op basis van het type activeringsoplossing en het materiaal van de printplaat om een uniforme en dichte activeringslaag te garanderen.
(2) Chemische koperbeplating
Voor sommige printplaatsubstraten gemaakt van niet-geleidende materialen, zoals glasvezelversterkte kunststof, is vóór het galvaniseren van koper een chemische koperplating vereist om een dunne geleidende koperlaag op het substraatoppervlak te vormen, die een geleidend pad biedt voor het daaropvolgende galvaniseren van koper.
Principe van chemisch koperplating: Chemisch koperplating is een zelfkatalytische oxidatie-reductiereactie. Op een oppervlak met katalytische activiteit worden koperionen door de werking van een reductiemiddel tot metallisch koper gereduceerd en op het substraatoppervlak afgezet. De belangrijkste reactievergelijking is: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. Bij deze reactie worden koperionen gereduceerd tot koperatomen door elektronen te verkrijgen onder de katalyse van palladiumcentra, terwijl formaldehyde wordt geoxideerd tot formiationen.
Chemisch koperplatingsproces: Ten eerste wordt de geactiveerde printplaat ondergedompeld in een chemische koperplatingsoplossing die koperzouten, complexvormers, reductiemiddelen en andere additieven bevat. De temperatuur van de plateeroplossing wordt over het algemeen tussen 40 en 50 graden geregeld en de pH-waarde wordt op ongeveer 12-13 gehouden. Bij het stroomloos koperplateren is het noodzakelijk de galvaniseringsoplossing op de juiste wijze te roeren om de uniformiteit van de galvaniseringsoplossing en voldoende voortgang van de reactie te garanderen. De tijd voor het stroomloos koperbekleden hangt af van de vereiste dikte van de koperlaag, en in het algemeen kan een koperlaag met een dikte tussen 0,2-0,5 μm worden verkregen. Na het chemisch koperplating moet de printplaat worden gereinigd om de resterende galvaniseringsoplossing en onzuiverheden op het oppervlak te verwijderen.
(3) Gegalvaniseerd koper
Volbord gegalvaniseerd koper: Volbord gegalvaniseerd koper, ook bekend als primair koper, wordt voornamelijk gebruikt om een koperlaag te galvaniseren op het gehele oppervlak van een printplaat die een chemische koperplating heeft ondergaan, om de dikte van de koperlaag te vergroten, de geleidbaarheid en mechanische sterkte te verbeteren en de chemische koperplatingslaag te beschermen tegen daaropvolgende etsen en andere processen. Bij het galvaniseren van koper op volledige plaat wordt gewoonlijk een zure oplossing voor het plateren van kopersulfaat gebruikt, met een kopersulfaatgehalte in het algemeen tussen 150-250 g/l en een zwavelzuurgehalte tussen 50-200 g/l in de formule, evenals de juiste hoeveelheden chloride-ionen en additieven. Bij het galvaniseerproces wordt pcb gebruikt als kathode, en worden fosforkoperkogels over het algemeen gebruikt als anode om de koperionen in de galvaniseringsoplossing aan te vullen. De stroomdichtheid wordt over het algemeen geregeld op 1-2A/dm², en de galvaniseertijd is afhankelijk van de vereiste dikte van de koperlaag, waarbij de dikte van de koperlaag gewoonlijk wordt verhoogd tot 5-20 μm. Tijdens het galvaniseren van koper op de gehele plaat is continue filtratie van de galvaniseeroplossing vereist om onzuiverheden en deeltjes uit de galvaniseeroplossing te verwijderen, waardoor de kwaliteit van de coating wordt gewaarborgd.
Grafisch galvaniseren van koper: Grafisch galvaniseren van koper, ook bekend als secundair koper, is een selectieve galvaniseren van de vereiste grafische circuitonderdelen op de printplaat na volledig bord galvaniseren van koper en grafische overdracht, waardoor de koperlaag verder wordt verdikt om te voldoen aan de vereisten van de stroomdraagkracht van het circuit en de signaaloverdrachtprestaties. De samenstelling en procesparameters van de galvaniseeroplossing voor grafisch galvanisch koper zijn vergelijkbaar met die van volbord galvanisch koper, maar omdat alleen specifieke grafische gebieden worden gegalvaniseerd, zijn maskermaterialen nodig om de onderdelen te bedekken die niet galvaniseren. Tijdens het galvaniseerproces moet speciale aandacht worden besteed aan de uniformiteit van de stroomverdeling om ervoor te zorgen dat de laagdikte van elk deel van het patroon consistent is. Na grafisch galvaniseren met koper kan de dikte van de koperlaag over het algemeen 20-50 μm bereiken, en de specifieke dikte hangt af van de ontwerpvereisten van de printplaat.
(4) Nabewerking
Reiniging: Na het galvaniseren van koper moet de printplaat eerst grondig worden gereinigd om resterende galvaniseringsoplossing en onzuiverheden op het oppervlak te verwijderen. Bij het reinigen wordt doorgaans gebruik gemaakt van een meer-staps-tegenstroomspoelmethode, eerst spoelen met schoon water en vervolgens spoelen met gedeïoniseerd water om ervoor te zorgen dat er geen resterende chemicaliën op het printplaatoppervlak achterblijven. Het gereinigde printoppervlak moet schoon zijn, vrij van vlekken en een pH-waarde hebben die bijna neutraal is.
Passivering: Om de corrosieweerstand van gegalvaniseerde koperlagen te verbeteren, is doorgaans een passivatiebehandeling vereist. Passivering is de vorming van een extreem dunne passivatiefilm op het oppervlak van een koperlaag, die chemische reacties tussen zuurstof en vocht en koper kan voorkomen, waardoor de levensduur van de koperlaag wordt verlengd. De algemeen gebruikte passivatiemethoden omvatten chemische passivatie en elektrochemische passivatie. Bij chemische passivatie worden over het algemeen oplossingen gebruikt die chromaat-, fosfaat- of organische passivatoren bevatten om printplaten te behandelen; Elektrochemische passivatie is het proces waarbij een bepaalde spanning in een specifieke elektrolyt wordt toegepast om oxidatiereacties op het oppervlak van koperlagen te veroorzaken, waardoor een passivatiefilm ontstaat. Na de passivatiebehandeling zal het oppervlak van de koperlaag een uniforme kleur van de passivatiefilm vertonen, zoals regenboog of goudgeel.
Drogen: De gereinigde en gepassiveerde printplaat moet worden gedroogd om oppervlaktevocht te verwijderen. De droogmethoden omvatten drogen met hete lucht, vacuümdrogen, enz. Drogen met hete lucht is een veelgebruikte methode, waarbij de printplaat in een heteluchtomgeving op een bepaalde temperatuur wordt geplaatst om vocht snel te verdampen. Tijdens het droogproces moet aandacht worden besteed aan temperatuurbeheersing om pcb-vervorming of oxidatie van de koperlaag veroorzaakt door te hoge temperaturen te voorkomen. De gedroogde printplaat moet op de juiste manier worden bewaard om verder vocht of verontreiniging te voorkomen.