Từ điện thoại thông minh và máy tính xách tay đến các thiết bị điều khiển công nghiệp phức tạp, bảng mạch là thành phần cốt lõi.Ebảng mạch in đồng, là công nghệ chủ chốt trong sản xuất bảng mạch, khắc tỉ mỉ các mạch phức tạp và chính xác trên nền lá đồng, đặt nền tảng cho hoạt động bình thường của các thiết bị điện tử.
1, Nguyên lý khắc mạch in đồng
Việc sản xuất bảng mạch in khắc bằng đồng dựa trên nguyên tắc khắc hóa học. Trên bề mặt lớp mạ đồng-, một lớp vật liệu chống ăn mòn-được phủ bằng công nghệ in để tạo thành lớp chống ăn mòn-có hoa văn cụ thể tương ứng với thiết kế mạch của bảng mạch. Sau đó, lớp phủ đồng-được ngâm trong dung dịch ăn mòn. Lá đồng không được bảo vệ bởi lớp điện trở sẽ trải qua phản ứng hóa học với dung dịch ăn mòn và dần dần hòa tan và bị loại bỏ, trong khi phần được bảo vệ bởi lớp điện trở sẽ được giữ lại, cuối cùng tạo thành kiểu mạch mong muốn. Phương pháp xây dựng mạch bằng cách loại bỏ lá đồng dư thừa thông qua phép trừ có những ưu điểm riêng về độ chính xác và tính linh hoạt, đồng thời có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất bảng mạch với mức độ phức tạp khác nhau.
2, Quy trình khắc bảng mạch đồng in
(1) Chuẩn bị bề mặt
Chọn lớp phủ đồng-thích hợp là bước đầu tiên trong quá trình sản xuất. Các vật liệu cán mỏng phủ đồng phổ biến bao gồm tấm sợi thủy tinh epoxy FR-4, có tính chất điện và độ bền cơ học tốt và phù hợp với hầu hết các bảng mạch thông thường; Đối với các bảng mạch để truyền tín hiệu tần số cao-, các vật liệu tần số cao như polytetrafluoroethylene sẽ được sử dụng làm chất nền. Sau khi xác định lớp nền cần cắt theo kích thước thiết kế để đáp ứng các thông số kỹ thuật của bảng mạch, đồng thời làm sạch bề mặt lớp nền để loại bỏ các tạp chất như dầu, bụi nhằm đảm bảo độ bám dính và độ chính xác của các quá trình tiếp theo.
(2) Truyền đồ họa
Truyền đồ họa là quá trình chuyển đồ họa mạch được thiết kế sang các lớp mạ đồng-, thường sử dụng các phương pháp như in lụa và phương pháp quang hóa.
In lụa: Phủ lớp mực-chống ăn mòn lên tấm đồng-dát mỏng thông qua in lụa. Các vùng rỗng trên tấm màn hình cho phép mực đi qua và bám vào bề mặt của lá đồng, tạo thành họa tiết chống ăn mòn. Phương pháp này vận hành tương đối đơn giản, tiết kiệm chi phí-và phù hợp để sản xuất bảng mạch có yêu cầu về độ chính xác thấp.
Phương pháp quang hóa: Đầu tiên, một lớp điện trở cảm quang được phủ đều trên bề mặt của tấm ốp đồng-. Sau đó, màng âm bản có các mẫu mạch được gắn chặt vào bảng đồng-và chất cản quang sẽ trải qua phản ứng quang hóa khi tiếp xúc với tia cực tím. Sau khi tiếp xúc, phần không tiếp xúc của chất cản sẽ được hòa tan và loại bỏ thông qua quá trình xử lý phát triển, trong khi phần tiếp xúc của chất cản sẽ đông đặc lại để tạo thành dạng chất cản. Phương pháp quang hóa có độ chính xác cao và có thể tạo ra các mạch điện tốt, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bảng mạch có độ chính xác cao-.
(3) Khắc
Khắc là bước cốt lõi của toàn bộ quá trình. Đặt lớp phủ đồng-đã trải qua quá trình chuyển đồ họa vào máy khắc và nhúng nó vào dung dịch khắc. Các dung dịch ăn mòn thông thường bao gồm dung dịch ăn mòn clorua đồng có tính axit, dung dịch ăn mòn kiềm, v.v. Trong quá trình ăn mòn, dung dịch ăn mòn trải qua phản ứng hóa học với lá đồng không được bảo vệ, hòa tan dần lá đồng. Để đảm bảo tính đồng nhất và chính xác của quá trình ăn mòn cần kiểm soát chặt chẽ các thông số như nhiệt độ, nồng độ, thời gian ăn mòn và tốc độ khuấy của dung dịch ăn mòn. Ví dụ, nhiệt độ hoặc thời gian ăn mòn quá cao có thể dẫn đến ăn mòn quá mức, khiến mạch trở nên mỏng hơn hoặc thậm chí bị đứt; Nếu nhiệt độ quá thấp hoặc thời gian quá ngắn, quá trình ăn mòn có thể xảy ra.
(4) Loại bỏ màng và xử lý bề mặt
Sau khi khắc xong, lớp cản cần được loại bỏ. Đối với chất quang dẫn dùng trong phương pháp quang hóa, dung dịch kiềm thường được sử dụng để xử lý loại bỏ màng; Mực chống ăn mòn-để in lụa có thể được loại bỏ bằng các chất giải phóng cụ thể. Sau khi loại bỏ lớp chống ăn mòn, hãy làm sạch bề mặt bảng mạch để loại bỏ các hóa chất và tạp chất còn sót lại. Để cải thiện khả năng hàn và khả năng chống oxy hóa của bảng mạch, cũng cần phải xử lý bề mặt và các quy trình phổ biến bao gồm phun thiếc, lắng đọng vàng hóa học, lắng đọng bạc, v.v.
(5) Kiểm tra và sửa chữa
Tiến hành kiểm tra toàn diện bảng mạch đã hoàn thiện, bao gồm kiểm tra trực quan, để kiểm tra xem mạch đã hoàn chỉnh chưa, có bị đoản mạch hay hở mạch hay không; Đo kích thước để đảm bảo kích thước của bảng mạch đáp ứng yêu cầu thiết kế; Kiểm tra hiệu suất điện, phát hiện độ dẫn điện và hiệu suất cách điện của mạch điện. Đối với các khuyết tật được phát hiện như gờ mạch, điểm đoản mạch,… cần được sửa chữa để đảm bảo chất lượng bảng mạch đạt tiêu chuẩn.
3, Các điểm kỹ thuật chính để khắc bảng mạch in đồng
(1) Kiểm soát độ chính xác của đường dây
Với sự cải tiến liên tục của việc tích hợp thiết bị điện tử, yêu cầu về độ chính xác của bảng mạch cũng ngày càng tăng. Để đạt được khả năng tạo ra các đường nét nhỏ, cần có thiết bị-phơi sáng có độ chính xác cao và phim chất lượng-cao trong quá trình truyền đồ họa để đảm bảo độ chính xác của việc truyền đồ họa; Trong quá trình khắc, các thông số của dung dịch khắc và thời gian khắc phải được kiểm soát chính xác để tránh ảnh hưởng của việc khắc quá mức hoặc không đủ đến độ chính xác của mạch. Ngoài ra, công nghệ chụp ảnh trực tiếp bằng laser tiên tiến có thể được sử dụng để thay thế các phương pháp phơi sáng phim truyền thống, cải thiện hơn nữa độ chính xác của mạch.
(2) Khắc tính đồng nhất
Tính đồng nhất của quá trình khắc ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và hiệu suất của bảng mạch. Để đảm bảo quá trình khắc đồng nhất, ngoài việc kiểm soát chặt chẽ các thông số của dung dịch khắc, còn cần tối ưu hóa cấu trúc và chế độ làm việc của thiết bị khắc. Ví dụ, sử dụng máy khắc phun, dung dịch khắc được phân bố đều trên bề mặt bảng mạch thông qua áp suất phun và tốc độ dòng chảy đồng đều; Trong quá trình khắc, hãy đảm bảo rằng bảng mạch duy trì trạng thái chuyển động tốt trong dung dịch khắc để tránh hiện tượng khắc cục bộ quá mức hoặc không đủ.
(3) Bảo vệ môi trường
Trong quá trình sản xuất bảng mạch in khắc đồng phát sinh một lượng lớn nước thải, khí thải và cặn thải, chứa các chất có hại như đồng, ion kim loại nặng và các tác nhân hóa học. Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, cần thiết lập hệ thống xử lý môi trường toàn diện. Việc trung hòa, lắng, lọc và các phương pháp xử lý khác được thực hiện trên nước thải để loại bỏ các ion kim loại nặng và các tác nhân hóa học nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải; Xử lý lọc khí thải để loại bỏ khí độc hại; Phân loại, thu gom và xử lý cặn thải để đạt được mục đích tái chế và sử dụng tài nguyên.
4, Các vấn đề thường gặp và giải pháp khắc phục cho bo mạch đồng in khắc
(1) Đoản mạch đường dây
Đoản mạch trong mạch có thể do lớp điện trở bị hỏng trong quá trình truyền đồ họa, sự bám dính của lớp điện trở do các khe hở nhỏ hoặc quá trình khắc không hoàn chỉnh. Giải pháp là kiểm tra nghiêm ngặt chất lượng của lớp chống ăn mòn-trong quá trình truyền đồ họa để đảm bảo tính nguyên vẹn và không bị hư hại; Thiết kế hợp lý khoảng cách giữa các đường dây để tránh nguy cơ đoản mạch do khoảng cách quá nhỏ; Tối ưu hóa các thông số quá trình khắc để đảm bảo khắc kỹ lưỡng.
(2) Ngắt dòng
Sự cố đứt đường dây thường xảy ra do bị ăn mòn quá mức, bong tróc lớp chống ăn mòn-hoặc bề mặt nền không bằng phẳng. Bằng cách kiểm soát chính xác thời gian ăn mòn và nồng độ dung dịch ăn mòn, có thể ngăn chặn việc ăn mòn quá mức; Trước khi phủ chất chống-ăn mòn, bề mặt nền phải được xử lý kỹ lưỡng để cải thiện độ bám dính của lớp chống-ăn mòn; Lựa chọn vật liệu nền có chất lượng đạt tiêu chuẩn và bề mặt nhẵn để giảm hiện tượng đứt mạch.
(3) Tốc độ khắc không ổn định
Tốc độ khắc không ổn định có thể dẫn đến ăn mòn không đồng đều và ảnh hưởng đến độ chính xác của mạch. Điều này có thể là do sự dao động về nồng độ dung dịch ăn mòn, kiểm soát nhiệt độ không chính xác hoặc khuấy dung dịch không đều. Giải pháp bao gồm kiểm tra và điều chỉnh thường xuyên nồng độ dung dịch ăn mòn, lắp đặt hệ thống kiểm soát nhiệt độ chính xác để đảm bảo nhiệt độ dung dịch ăn mòn ổn định; Tối ưu hóa thiết bị khuấy của máy khắc để đảm bảo dung dịch được trộn đều.