Là chất mang chính để truyền tín hiệu và kết nối linh kiện, độ ổn định của hiệu suất bảng mạch in ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng vận hành thiết bị. Tuy nhiên, vật liệu kim loại trong bảng mạch in, đặc biệt là dây đồng dễ bị phản ứng hóa học với oxy trong không khí dẫn đến hiện tượng oxy hóa. Bảng mạch in bị oxy hóa có thể gặp các vấn đề như tăng điện trở mạch và giảm khả năng hàn, và trong trường hợp nghiêm trọng, thậm chí có thể gây đứt mạch. Vì vậy, thực hiện các biện pháp hiệu quả về mặt khoa học để ngăn chặn quá trình oxy hóa bảng mạch in đã trở thành một mắt xích quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy của các thiết bị điện tử.
1, Phân tích nguyên lý và mối nguy hiểm của quá trình oxy hóa bảng mạch in
Quá trình oxy hóa bảng mạch in thực chất là phản ứng hóa học giữa vật liệu kim loại và các chất như oxy, hơi ẩm. Lấy đồng làm ví dụ, trong môi trường ẩm ướt, đầu tiên đồng phản ứng với oxy tạo thành oxit đồng, sau đó kết hợp với carbon dioxide và nước trong không khí để tạo thành cacbonat đồng cơ bản. Quá trình oxy hóa này không chỉ làm thay đổi tính chất vật lý và hóa học của bề mặt kim loại mà còn làm hỏng cấu trúc tinh thể của kim loại ở cấp độ vi mô, dẫn đến giảm độ dẫn điện. Đối với các bảng mạch in có độ chính xác cao, những thay đổi điện trở nhỏ do quá trình oxy hóa gây ra có thể dẫn đến hiện tượng méo, trễ tín hiệu và các vấn đề khác khi truyền tín hiệu tần số cao-; Trong quá trình hàn, lớp oxit sẽ cản trở sự xâm nhập của chất hàn và kim loại, gây ra các khuyết tật hàn như hàn ảo và hàn nguội, làm giảm tỷ lệ chất lượng sản phẩm.
2, Tối ưu hóa quá trình xử lý bề mặt
(1) Mạ vàng niken hóa học
Quá trình mạ vàng niken điện phân là phương pháp thường được sử dụng để ngăn chặn quá trình oxy hóa bảng mạch in. Quá trình này trước tiên tạo ra một lớp niken đồng nhất trên bề mặt bảng mạch in, thường có độ dày 3-5 micron. Lớp niken có độ ổn định hóa học tốt và có thể cách ly hiệu quả sự tiếp xúc giữa oxy và đồng bên dưới; Sau đó, một lớp vàng có độ dày khoảng 0,05-0,1 micron được lắng đọng trên bề mặt lớp niken. Tính chất hóa học của vàng cực kỳ ổn định và hầu như không phản ứng với oxy, càng nâng cao hiệu quả bảo vệ. Bề mặt của bảng mạch in được xử lý bằng mạ vàng niken điện phân phẳng và mịn, có khả năng hàn tuyệt vời, phù hợp với các sản phẩm điện tử có yêu cầu độ tin cậy cao, như thiết bị trạm gốc truyền thông, dụng cụ điện tử y tế, v.v. Tuy nhiên, quy trình này có chi phí tương đối cao và yêu cầu nghiêm ngặt về kiểm soát thành phần của dung dịch mạ và các thông số quy trình. Vận hành không đúng cách có thể dẫn đến hàm lượng phốt pho bất thường trong lớp niken và độ dày của lớp vàng không đồng đều.
(2) Chất bảo vệ khả năng hàn hữu cơ
Chất bảo vệ khả năng hàn hữu cơ là một lớp màng bảo vệ hữu cơ mỏng được hình thành trên bề mặt đồng của bảng mạch in, có độ dày chỉ 0,2-0,5 micron. Lớp màng bảo vệ này có thể ngăn chặn quá trình oxy hóa đồng một cách hiệu quả mà không ảnh hưởng đến liên kết giữa vật hàn và đồng trong quá trình hàn. Công nghệ OSP đơn giản, tiết kiệm chi phí và phù hợp với hệ thống dây bảng mạch in mật độ cao, được sử dụng rộng rãi trong sản xuất bảng mạch cho các sản phẩm điện tử tiêu dùng như điện thoại thông minh và máy tính bảng. Tuy nhiên, khả năng chống mài mòn và chịu nhiệt độ cao của màng OSP tương đối yếu. Trong quá trình bảo quản và vận chuyển cần chú ý đến độ ẩm và khả năng chống trầy xước. Hơn nữa, tuổi thọ của màng OSP có hạn và thường nên hoàn thành quá trình hàn trong vòng 7-10 ngày sau khi xử lý.
(3) Cân bằng không khí nóng
Quá trình san bằng không khí nóng là nhúng bảng mạch in vào vật hàn nóng chảy, sau đó dùng khí nóng để thổi bay vật hàn thừa, sao cho vật hàn bao phủ đều bề mặt đồng. Lớp hàn được hình thành bằng phương pháp này tương đối dày, có thể bảo vệ vật lý tốt cho đồng và ngăn chặn sự xâm nhập của oxy. Quy trình HASL truyền thống sử dụng chất hàn có chứa chì, chất hàn này đã dần được thay thế bằng chất hàn HASL{2}}không chứa chì do yêu cầu về môi trường. Quá trình san bằng không khí nóng có chi phí thấp và hiệu quả sản xuất cao, phù hợp với các bảng mạch thông thường không có yêu cầu nghiêm ngặt về độ phẳng bề mặt. Tuy nhiên, quá trình này có những vấn đề như độ phẳng bề mặt kém, lấp đầy lỗ không đủ và với sự phát triển của các sản phẩm điện tử theo hướng thu nhỏ và chính xác, việc áp dụng quy trình HASL dần bị hạn chế.
3, Thi công lớp phủ bảo vệ
(1) Sơn phủ ba lớp
Sơn ba lớp chống thấm (chống ẩm, chống nấm mốc, chống phun muối) có thể tạo thành một lớp màng bảo vệ dày đặc trên bề mặt bảng mạch in, cách ly oxy, độ ẩm và tiếp xúc với bảng mạch. Các loại sơn ba chống phổ biến bao gồm polyurethane, acrylic, silicone, v.v. Sơn ba chống Polyurethane có khả năng chống mài mòn tốt và linh hoạt, thích hợp cho các thiết bị điện tử cần rung động thường xuyên, chẳng hạn như bảng mạch in của bộ điều khiển điện tử ô tô; Sơn acrylic ba lớp có tốc độ khô nhanh và giá thành thấp, thường được sử dụng trong các sản phẩm điện tử tiêu dùng thông thường; Sơn chống thấm silicon hữu cơ có khả năng chịu nhiệt độ cao và chống ăn mòn hóa học tuyệt vời, đồng thời thích hợp cho các bảng mạch làm việc trong môi trường có nhiệt độ-cao, chẳng hạn như bảng mạch in trong thiết bị điều khiển công nghiệp. Bằng cách áp dụng ba lớp sơn chống thấm, tuổi thọ chống oxy hóa của bảng mạch in có thể được kéo dài đáng kể, đặc biệt là trong môi trường khắc nghiệt, nơi hiệu quả bảo vệ rõ rệt hơn.
(2) Công nghệ phủ nano
Công nghệ phủ nano là một loại phương pháp bảo vệ mới xuất hiện trong những năm gần đây. Nó sử dụng các đặc tính đặc biệt của vật liệu có kích thước nano để tạo thành lớp bảo vệ đồng nhất, siêu{1}}mỏng và hiệu suất cao- trên bề mặt bảng mạch in. Ví dụ, lớp phủ nano graphene, với tính chất ổn định hóa học và rào cản tuyệt vời, có thể ngăn chặn sự xâm nhập của các phân tử oxy và nước một cách hiệu quả, đồng thời có tính dẫn điện và tản nhiệt tốt, có thể cải thiện hiệu suất tổng thể của bảng mạch in đồng thời ngăn chặn quá trình oxy hóa. Việc áp dụng lớp phủ nano không chỉ có thể nâng cao khả năng chống oxy hóa của bảng mạch in mà còn cải thiện khả năng chống mài mòn, chống{5}}tĩnh điện và các đặc tính khác của chúng, khiến chúng phù hợp với các sản phẩm điện tử cao cấp-như thiết bị hàng không vũ trụ và bảng mạch máy chủ hiệu suất cao.
4, Quản lý lưu trữ và kiểm soát môi trường
(1) Tối ưu hóa môi trường sản xuất
Kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và chất lượng không khí môi trường là rất quan trọng trong quy trình sản xuất bảng mạch in. Kiểm soát độ ẩm tương đối trong xưởng sản xuất ở mức 40% -60% và duy trì nhiệt độ ở mức 20-25 độ có thể làm giảm sự ngưng tụ hơi nước trên bề mặt bảng mạch in và ức chế các phản ứng oxy hóa. Đồng thời, lắp đặt thiết bị lọc không khí để lọc các chất ăn mòn như bụi, sunfua, oxit nitơ,… trong không khí, ngăn chặn các chất này đẩy nhanh quá trình oxy hóa bảng mạch in. Để sản xuất bảng mạch in có độ chính xác cao, có thể sử dụng xưởng không bụi để cải thiện hơn nữa độ sạch của môi trường.
(2) Bảo vệ lưu trữ và vận chuyển
Trong quá trình bảo quản và vận chuyển bảng mạch in, cần thực hiện các biện pháp chống ẩm và chống oxy hóa. Sử dụng túi chống ẩm-để đóng gói các bảng mạch in và đặt chất hút ẩm, chẳng hạn như chất hút ẩm silicon, bên trong túi để hút ẩm; Đối với các bảng mạch in được bảo quản lâu ngày, có thể sử dụng bao bì chân không để cách ly chúng với không khí. Trong quá trình vận chuyển, tránh rung động và va chạm mạnh trên bảng mạch in, tránh làm hỏng lớp bảo vệ bề mặt, đồng thời chú ý kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm trong môi trường vận chuyển để đảm bảo bảng mạch in luôn ở điều kiện bảo quản thích hợp.