Ngày nay, khi các thiết bị điện tử tiếp tục phát triển theo hướng thu nhỏ và hiệu suất cao, hiệu suất của bảng mạch, với tư cách là thành phần cốt lõi của hệ thống điện tử, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hoạt động chung của thiết bị. Công nghệ phủ bảng mạch, như một phương tiện quan trọng để cải thiện hiệu suất của bảng mạch, đang ngày càng nhận được sự quan tâm. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ của các thiết bị điện tử bằng cách phủ lên bề mặt bảng mạch một hoặc nhiều màng mỏng bằng vật liệu cụ thể, mang lại cho bảng mạch những đặc tính chức năng mới như tăng cường độ dẫn điện, cải thiện khả năng chống oxy hóa và cải thiện khả năng hàn.
1, Mục đích và ý nghĩa của việc phủ board mạch
(1) Bảo vệ bảng mạch khỏi xói mòn môi trường
Trong quá trình sử dụng bảng mạch, chúng sẽ phải đối mặt với nhiều yếu tố môi trường phức tạp khác nhau như không khí ẩm, khí ăn mòn, bụi bẩn, v.v. Những yếu tố này sẽ dần dần ăn mòn các đường kim loại trên bề mặt bảng mạch, gây ra hiện tượng oxy hóa lá đồng, ăn mòn đường dây và cuối cùng dẫn đến hỏng mạch. Lớp phủ có thể tạo thành một lớp màng bảo vệ dày đặc trên bề mặt bảng mạch, cách ly hiệu quả sự tiếp xúc trực tiếp giữa môi trường bên ngoài và bảng mạch, đồng thời làm chậm tốc độ oxy hóa và ăn mòn kim loại. Ví dụ, trong môi trường khắc nghiệt như khu vực ven biển hoặc xung quanh các công ty hóa chất, bảng mạch được phủ có thể có tuổi thọ cao hơn nhiều lần so với bảng mạch không được phủ.
(2) Cải thiện hiệu suất điện của bảng mạch
Một số vật liệu phủ có độ dẫn điện tốt. Bằng cách phủ lên bề mặt bảng mạch những vật liệu này, điện trở của mạch có thể giảm, đồng thời cải thiện hiệu suất và độ ổn định của việc truyền tín hiệu. Trong các mạch-tần số cao, tốc độ truyền tín hiệu nhanh và tần số cao, đòi hỏi sự kết hợp trở kháng cực cao của mạch. Lớp phủ phù hợp có thể tối ưu hóa đặc tính trở kháng của mạch, giảm phản xạ và suy hao tín hiệu, đồng thời đảm bảo truyền-tín hiệu tần số cao-chất lượng cao. Ngoài ra, một số lớp phủ còn có đặc tính cách nhiệt, có thể tạo thành một lớp cách điện trên bảng mạch, cách ly các đường dây có điện thế khác nhau, ngăn ngừa đoản mạch và cải thiện hơn nữa độ tin cậy về điện của bảng mạch.
(3) Cải thiện khả năng hàn của bảng mạch
Khả năng hàn tốt là chìa khóa để đảm bảo kết nối đáng tin cậy giữa các linh kiện điện tử và bảng mạch trong quá trình lắp ráp bảng mạch. Tuy nhiên, quá trình oxy hóa, nhiễm bẩn và các vấn đề khác trên bề mặt bảng mạch có thể làm giảm khả năng hàn của nó, dẫn đến các khuyết tật như hàn kém và hàn ảo. Lớp phủ có thể loại bỏ oxit khỏi bề mặt bảng mạch, tạo thành lớp bề mặt dễ hàn, cải thiện khả năng làm ướt và liên kết giữa vật hàn và bảng mạch, giúp quá trình hàn mượt mà hơn, đồng thời nâng cao hiệu quả lắp ráp và chất lượng sản phẩm.
2, Các loại phủ bo mạch thông dụng
(1) Mạ vàng niken hóa học
Mạ vàng niken hóa học là một trong những quy trình phủ được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp bảng mạch hiện nay. Quá trình này trước tiên tạo ra một lớp niken trên bề mặt bảng mạch thông qua lớp mạ hóa học, với độ dày thường từ 3-5 μm. Lớp niken có khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn tốt, có thể bảo vệ sơ bộ cho bảng mạch. Trong khi đó, sự hiện diện của lớp niken có thể ngăn đồng khuếch tán vào lớp vàng, tránh sự đổi màu và suy giảm hiệu suất của lớp vàng. Bên trên lớp niken, một lớp vàng được lắng đọng thông qua phản ứng dịch chuyển, với độ dày thường dao động từ 0,05 đến 0,1 μm. Lớp vàng có khả năng chống oxy hóa, độ dẫn điện và khả năng hàn tuyệt vời, có thể bảo vệ lớp niken một cách hiệu quả. Trong quá trình hàn các linh kiện điện tử, lớp vàng có thể hòa tan nhanh chóng trong vật hàn, đạt được kết quả hàn tốt. Quy trình mạ vàng niken điện phân thích hợp cho các bảng mạch đòi hỏi độ phẳng bề mặt cao, khả năng hàn và độ tin cậy cao, chẳng hạn như bo mạch chủ máy tính, bảng mạch điện thoại di động, v.v.
(2) Mạ niken hóa học
Quy trình mạ niken hóa học palladium được phát triển dựa trên quy trình mạ vàng niken hóa học. So với quy trình ENIG, nó bổ sung thêm một lớp paladi giữa lớp niken và lớp vàng, với độ dày thường dao động từ 0,05-0,1 μm. Việc bổ sung lớp palladium có thể ngăn chặn hiệu quả sự xuất hiện của hiện tượng "đĩa đen". Hiện tượng "đĩa đen" đề cập đến hàm lượng phốt pho không đồng đều trên bề mặt lớp niken hoặc phản ứng hóa học giữa lớp niken và lớp vàng trong môi trường nhiệt độ cao và độ ẩm cao trong công nghệ ENIG khiến bề mặt lớp niken chuyển sang màu đen, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất hàn và độ tin cậy của bảng mạch. Lớp palladium trong quy trình ENEPIG có thể ngăn chặn các phản ứng bất lợi giữa niken và vàng, cải thiện độ ổn định và độ tin cậy của lớp phủ. Quá trình này phù hợp với các lĩnh vực đòi hỏi độ tin cậy cực cao như hàng không vũ trụ, thiết bị y tế, v.v.
(3) Màng bảo vệ hàn hữu cơ
Màng bảo vệ khả năng hàn hữu cơ là một quá trình phủ các màng mỏng hữu cơ lên bề mặt bảng mạch. Độ dày của màng OSP cực kỳ mỏng, thường từ 0,2-0,5 μm. Nó tạo thành một màng hữu cơ trong suốt trên bề mặt đồng thông qua các phương pháp hóa học, có thể bảo vệ đồng khỏi quá trình oxy hóa trong một thời gian nhất định và có thể phân hủy nhanh chóng trong quá trình hàn mà không ảnh hưởng đến hiệu quả hàn. Công nghệ OSP có ưu điểm là chi phí thấp, quy trình đơn giản và bảo vệ môi trường, phù hợp với các bảng mạch nhạy cảm về chi phí và có các yêu cầu nhất định về khả năng hàn, chẳng hạn như bảng mạch trong thiết bị điện tử tiêu dùng, thiết bị gia dụng thông thường và các lĩnh vực khác. Tuy nhiên, khả năng chống oxy hóa của màng OSP tương đối yếu và thời gian bảo quản hạn chế. Nói chung, việc hàn và lắp ráp cần phải được hoàn thành trong một khoảng thời gian ngắn sau khi phủ.
(4) Kết tủa hóa học của bạc
Quá trình lắng đọng bạc tạo ra một lớp bạc mỏng trên bề mặt bảng mạch thông qua phản ứng dịch chuyển. Lớp bạc có độ dẫn điện tuyệt vời (chỉ đứng sau vàng) và khả năng hàn, có thể làm giảm điện trở đường dây một cách hiệu quả và cải thiện hiệu suất truyền tín hiệu. Tuy nhiên, độ ổn định hóa học của lớp bạc kém và dễ bị oxy hóa hoặc lưu huỳnh hóa nên thường phải sử dụng các chất bảo vệ hữu cơ hoặc thực hiện xử lý ngâm vàng để kéo dài tuổi thọ. Quy trình này phù hợp với các mạch-tần số cao (chẳng hạn như 5G và thiết bị liên lạc vệ tinh), nhưng cần phải thiết kế cẩn thận trong môi trường có độ ẩm cao/lưu huỳnh cao để tránh sự di chuyển hoặc ăn mòn bạc.
3, Quy trình phủ bo mạch
(1) Xử lý sơ bộ
Xử lý trước là bước cơ bản của lớp phủ bảng mạch, nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất như dầu, oxit, bụi, v.v. trên bề mặt bảng mạch, để đạt được trạng thái sạch và kích hoạt, đồng thời tạo nền tảng tốt cho các quá trình phủ tiếp theo. Xử lý trước thường bao gồm các quá trình như loại bỏ dầu, khắc vi mô, rửa axit và rửa nước. Quá trình tẩy dầu mỡ sử dụng dung môi kiềm hoặc hữu cơ để loại bỏ vết dầu trên bề mặt bảng mạch; Quá trình khắc vi mô loại bỏ lớp oxit và các vệt nhẹ trên bề mặt bảng mạch thông qua ăn mòn hóa học, làm tăng độ nhám bề mặt và cải thiện độ bám dính giữa lớp phủ và bảng mạch; Quá trình tẩy rửa được sử dụng để loại bỏ thêm oxit khỏi bề mặt kim loại và điều chỉnh độ axit hoặc độ kiềm bề mặt; Quá trình rửa bằng nước được sử dụng để làm sạch và loại bỏ các thuốc thử hóa học còn sót lại ở các bước trước.
(2) Lớp phủ
Theo các loại lớp phủ khác nhau, các quy trình phủ tương ứng được sử dụng để phủ. Lấy lớp mạ niken điện phân làm ví dụ, sau khi hoàn tất quá trình-xử lý trước, bảng mạch được ngâm trong dung dịch mạ niken điện phân có chứa muối niken, chất khử, chất chelat và các thành phần khác. Trong điều kiện nhiệt độ thích hợp (thường là 80-90 độ) và pH (thường là 4,5-5,5), các ion niken bị khử bởi chất khử trên bề mặt bảng mạch, lắng đọng một lớp niken. Sau khi mạ niken xong, chuyển bảng mạch sang dung dịch mạ vàng và lắng đọng một lớp vàng lên bề mặt lớp niken thông qua phản ứng dịch chuyển. Trong quá trình phủ, cần kiểm soát chặt chẽ các thông số quy trình như thành phần dung dịch, nhiệt độ, giá trị pH, thời gian để đảm bảo độ dày, độ đồng đều và chất lượng của lớp phủ đạt yêu cầu.
(3) Xử lý hậu kỳ
Xử lý sau chủ yếu bao gồm các quá trình như rửa nước, sấy khô và thử nghiệm. Rửa bằng nước được sử dụng để loại bỏ các dung dịch phủ và thuốc thử hóa học còn sót lại trên bề mặt bảng mạch, nhằm ngăn ngừa tác động xấu của chúng đến hiệu suất của bảng mạch; Sấy khô là quá trình loại bỏ hơi ẩm trên bề mặt bảng mạch để tránh hơi ẩm còn sót lại gây rỉ sét hoặc các vấn đề về chất lượng khác; Quá trình thử nghiệm đánh giá toàn diện chất lượng của lớp phủ thông qua các phương pháp thử nghiệm khác nhau, chẳng hạn như kiểm tra trực quan, đo độ dày màng, kiểm tra độ hàn, kiểm tra độ dẫn điện, v.v., để đảm bảo bảng mạch được phủ đáp ứng các yêu cầu thiết kế và tiêu chuẩn sử dụng.