Là thành phần cốt lõi của sản phẩm điện tử, hiệu suất và chất lượng của bảng mạch in ảnh hưởng trực tiếp đến độ ổn định và độ tin cậy của toàn bộ thiết bị điện tử. Trong số nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của bảng mạch in, khả năng chống oxy hóa đóng một vai trò quan trọng.
Mối nguy hiểm của quá trình oxy hóa bảng mạch in
bảng mạch in chủ yếu bao gồm các đường dẫn điện, chất nền cách điện và các linh kiện điện tử khác nhau. Trong sử dụng hàng ngày, bảng mạch in gặp phải nhiều thách thức về môi trường và quá trình oxy hóa là một vấn đề không thể bỏ qua. Oxy, độ ẩm và các chất ô nhiễm khác nhau trong không khí có thể phản ứng hóa học với dây kim loại trên bảng mạch in, gây ra sự ăn mòn, tăng điện trở, truyền tín hiệu không ổn định và thậm chí là hỏng mạch. Đặc biệt các bộ phận kim loại như dây lá đồng, mối hàn trên bảng mạch in rất dễ phản ứng với oxy trong không khí, tạo ra oxit. Các oxit này có thể làm tăng điện trở của mạch, cản trở sự ổn định của việc truyền tín hiệu và trong trường hợp nghiêm trọng có thể gây đứt mạch, dẫn đến các thiết bị điện tử không hoạt động bình thường.
Quá trình chống oxy hóa
Mặt nạ hàn hữu cơ
Đây là quy trình chống-oxy hóa bảng mạch in thường được sử dụng. Quy trình này tạo ra một lớp màng bảo vệ hữu cơ mỏng trên bề mặt bảng mạch in để cách ly kim loại khỏi không khí, từ đó phát huy tác dụng chống{1}}oxy hóa. Nguyên tắc dựa trên liên kết hóa học. Lấy OSP azole thông thường làm ví dụ, vòng imidazole trong các hợp chất hữu cơ alkylbenzimidazole có thể hình thành liên kết phối trí với các electron 3d10 của các nguyên tử đồng, từ đó tạo thành phức hợp đồng alkylbenzimidazole. Trong quá trình phủ, lớp đầu tiên được phủ đầu tiên sẽ hấp phụ đồng. Sau đó, lớp phân tử phủ hữu cơ thứ hai kết hợp với đồng và quá trình này được lặp lại cho đến khi hình thành cấu trúc bao gồm nhiều phân tử phủ hữu cơ. Cuối cùng, một lớp bảo vệ có độ dày thường từ 0,2{11}}0,5 µm được hình thành trên bề mặt đồng. Hơn nữa, do lực hút van der Waals giữa các nhóm alkyl chuỗi dài và sự hiện diện của các vòng benzen, màng bảo vệ này có khả năng chịu nhiệt tốt và nhiệt độ phân hủy cao. Trong môi trường hàn nhiệt độ cao tiếp theo, màng bảo vệ này có thể được loại bỏ dễ dàng và nhanh chóng bằng chất trợ dung, cho phép bề mặt đồng sạch tiếp xúc với vật hàn nóng chảy trong thời gian rất ngắn, tạo thành mối hàn chắc chắn.
Quy trình OSP có chi phí tương đối thấp và không phức tạp nên phù hợp với-sản xuất quy mô lớn. Và nó có thể duy trì khả năng hàn tốt của miếng hàn, đảm bảo chất lượng hàn. Nhưng nó cũng có một số nhược điểm, chẳng hạn như lớp màng mỏng dẫn đến thời gian bảo quản hạn chế và hiệu suất chống oxy hóa dễ bị suy giảm theo thời gian và sự thay đổi của môi trường; Không chịu được nhiệt độ cao, bị hạn chế trong các trường hợp yêu cầu nhiều quy trình-nhiệt độ cao; Môi trường hàn có những yêu cầu nghiêm ngặt, các yếu tố như tạp chất, độ ẩm trong môi trường có thể dễ dàng ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng hàn.
ngâm vàng
Quá trình này bao gồm việc phủ một lớp niken lên bề mặt bảng mạch in, tiếp theo là một lớp vàng. Lớp niken có thể ngăn chặn sự khuếch tán của đồng, trong khi lớp vàng có khả năng chống oxy hóa và dẫn điện tốt, có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của bảng mạch in. Quá trình mạ vàng niken hóa học đã hoàn thiện, có đủ nguồn cung cấp, thích hợp cho việc hàn-không chì. Tuy nhiên, chi phí của quá trình này tương đối cao và bề mặt của nó không đủ mịn, gây khó khăn cho việc hàn các bộ phận có bước mịn.
Ngâm trong bạc
Quá trình ngâm bạc có thể tạo thành một lớp bạc đồng nhất trên bề mặt bảng mạch in, có khả năng chống oxy hóa và khả năng hàn tốt. Không có lớp niken bên dưới lớp bạc, vì vậy bạc ngâm không bền về mặt vật lý như mạ niken/vàng ngâm không điện. Lớp bạc sẽ trải qua con đường ăn mòn kép khi tiếp xúc với không khí. Trong quá trình oxy hóa hóa học, 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O tạo thành lớp oxit màu vàng; Trong ăn mòn điện hóa, Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ tạo ra sunfua đen. Khi độ ẩm tương đối lớn hơn 60%, tốc độ ăn mòn tăng gấp ba lần; Trong môi trường{10}chứa lưu huỳnh, chẳng hạn như bao bì cao su, sự đổi màu có thể nhìn thấy được có thể xảy ra trong vòng 24 giờ.
nhúng thiếc
Quá trình ngâm thiếc bao phủ bề mặt bảng mạch in bằng một lớp thiếc, có thể ngăn chặn quá trình oxy hóa một cách hiệu quả. Vì tất cả các vật liệu hàn đều làm từ thiếc nên lớp thiếc có thể phù hợp với bất kỳ loại vật liệu hàn nào. Tuy nhiên, các bảng mạch in được xử lý bằng quy trình nhúng thiếc trước đây dễ gặp phải các vấn đề về râu thiếc và trong quá trình hàn, hiện tượng râu thiếc và hiện tượng di chuyển thiếc đặt ra những thách thức nghiêm trọng đối với độ tin cậy. Sau đó, bằng cách thêm các chất phụ gia hữu cơ vào dung dịch ngâm thiếc, cấu trúc của lớp thiếc đã được chuyển thành các hạt, khắc phục những khó khăn-nêu trên và có độ ổn định nhiệt cũng như khả năng hàn tốt. Thời gian bảo quản của tấm thiếc ngâm có hạn, nếu để quá lâu sẽ hình thành oxit thiếc trên bề mặt, ảnh hưởng đến hiệu quả hàn. Vì vậy, cần tuân thủ nghiêm ngặt trình tự ngâm thiếc trong quá trình lắp ráp.
San lấp mặt bằng không khí nóng
San lấp mặt bằng không khí nóng, còn được gọi là san lấp mặt bằng hàn không khí nóng, thường được gọi là phun thiếc. Quá trình này bao gồm việc phủ lên bề mặt của bảng mạch in bằng chất hàn chì thiếc nóng chảy. Ngày nay, chất hàn không chì-được sử dụng phổ biến hơn, sau đó sử dụng khí nén đốt nóng để làm phẳng chất hàn, tạo thành một lớp phủ có thể chống lại quá trình oxy hóa đồng một cách hiệu quả và mang lại khả năng hàn tuyệt vời. Trong quá trình điều hòa không khí nóng, chất hàn tương tác với đồng để tạo thành các hợp chất kim loại đồng thiếc tại điểm nối. Quá trình này được chia thành loại dọc và loại ngang, trong đó loại nằm ngang thường được coi là có lợi hơn do lớp phủ đồng đều hơn và khả năng đạt được sản xuất tự động. Quy trình chung bao gồm các bước như khắc vi mô, gia nhiệt trước, phủ chất trợ dung, phun thiếc và làm sạch. Quá trình cân bằng không khí nóng đã hoàn thiện, có chi phí tương đối thấp và khả năng hàn tốt, thích hợp cho việc hàn không chì-. Nhưng bề mặt của nó không đủ mịn nên khó hàn được các chi tiết có bước độ mịn, đồng thời chì chứa HASL cũng phải đối mặt với các vấn đề về môi trường.
hóa nâu
Trong quy trình sản xuất bảng mạch in nhiều lớp, việc xử lý bề mặt lá đồng bên trong là rất quan trọng đối với chất lượng cán màng và quy trình tạo màu nâu được sử dụng rộng rãi trong đó. Cốt lõi của nó là tạo thành một màng oxit đồng xốp hoặc màng oxit dạng đồng trên bề mặt đồng thông qua phản ứng oxy hóa hóa học. Dưới tác dụng của các chất oxy hóa kiềm, đồng trải qua các phản ứng oxy hóa, với 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻. Quá trình tạo màu nâu không chỉ mang lại độ bám dính tốt giữa các lớp mà còn cải thiện khả năng thấm ướt của nhựa trong quá trình cán màng. Cấu trúc xốp của lớp màu nâu làm tăng diện tích bề mặt của lá đồng, tạo điều kiện cho nhựa xâm nhập và lấp đầy các vi lỗ, giảm bong bóng và khoảng trống trong quá trình cán, tăng cường lực cắn cơ học và giảm nguy cơ bong tróc. Trong chu trình nhiệt của bảng mạch in, ứng suất có thể được phân bổ đồng đều hơn, giảm nguy cơ tách lớp giữa các lớp và cải thiện độ tin cậy về nhiệt. Tuy nhiên, nếu không được kiểm soát đúng cách, quá trình oxy hóa quá mức có thể khiến lớp oxit trở nên quá dày và giòn, làm giảm độ bền liên kết; Quá trình oxy hóa không đồng đều có thể dẫn đến lực liên kết không nhất quán và làm tăng nguy cơ phân tách; Nếu màu nâu bị ô nhiễm trước khi cán màng tiếp theo, chẳng hạn như sự hấp thụ độ ẩm hoặc làm hỏng màng oxit, nó cũng có thể dẫn đến giảm độ bền liên kết. Độ dày của lớp oxit thường được kiểm soát trong khoảng 0,5-1,5 μm. Trước khi hóa nâu, một quy trình khắc vi mô được sử dụng để loại bỏ oxit và các chất ô nhiễm hữu cơ khỏi bề mặt đồng. Các chất ăn mòn vi mô phổ biến bao gồm hệ thống amoni persulfate hoặc axit sulfuric hydro peroxide. Dung dịch tạo màu nâu thường bao gồm các chất oxy hóa kiềm, chất tạo phức và chất ổn định. Bằng cách điều chỉnh các điều kiện oxy hóa, có thể đạt được tỷ lệ CuO/CuO ₂ O tối ưu để cân bằng độ bền liên kết và khả năng chịu nhiệt. Bề mặt đồng sau khi hóa nâu dễ bị ẩm hoặc ô nhiễm không khí và thường cần xử lý chống oxy hóa trước khi cán, chẳng hạn như sử dụng các lớp bảo vệ hữu cơ như benzotriazole hoặc các chất chống oxy hóa khác, cũng như bảo quản khô để tránh hấp thụ độ ẩm và giảm nguy cơ hư hỏng.
Các biện pháp khác để chống oxy hóa bảng mạch in
Lựa chọn vật liệu
Việc chọn chất nền và vật liệu kim loại chất lượng cao là điều vô cùng quan trọng trong quy trình sản xuất bảng mạch in. Chất nền chất lượng cao có đặc tính cách nhiệt tốt và ổn định, có thể ngăn chặn sự xâm nhập của oxy và độ ẩm một cách hiệu quả. Trong khi đó, bằng cách sử dụng các lớp phủ kim loại có đặc tính chống oxy hóa mạnh như mạ vàng, mạ bạc, mạ thiếc,… có thể hình thành một lớp màng bảo vệ trên bề mặt mạch kim loại để ngăn chặn phản ứng oxy hóa xảy ra. Ví dụ: trong một số-sản phẩm điện tử cao cấp, lá đồng không chứa oxy có khả năng chống oxy hóa tuyệt vời được sử dụng làm vật liệu bọc đồng-để nâng cao khả năng chống oxy hóa tổng thể của bảng mạch in.
kiểm soát môi trường
Môi trường bảo quản và sử dụng hợp lý cũng quan trọng không kém đối với khả năng chống oxy hóa của bảng mạch in. Trong quá trình sản xuất, bảo quản và vận chuyển bảng mạch in, cần kiểm soát chặt chẽ nhiệt độ và độ ẩm của môi trường để tránh để bảng mạch in tiếp xúc với nhiệt độ cao, độ ẩm cao hoặc môi trường chứa chất gây ô nhiễm. Ví dụ: bảo quản bảng mạch in trong môi trường có độ ẩm tương đối được kiểm soát trong khoảng 40% -60% và nhiệt độ được kiểm soát trong khoảng 20 độ -25 độ có thể làm chậm tốc độ oxy hóa một cách hiệu quả. Đồng thời, lựa chọn chất liệu đóng gói phù hợp như túi chống ẩm, hộp xốp,… để đảm bảo tính toàn vẹn và chất lượng của bảng mạch in. Đối với các tấm ván trần chưa được lắp ráp, đóng gói chân không có thể cách ly không khí một cách hiệu quả và trì hoãn quá trình oxy hóa.
Tối ưu hóa quy trình sản xuất
Tối ưu hóa quy trình sản xuất có thể giảm thời gian tiếp xúc của bảng mạch in với không khí trong quá trình sản xuất và cũng làm giảm nguy cơ oxy hóa. Ví dụ, bằng cách sử dụng thiết bị tự động để nhanh chóng hoàn thành quá trình chuyển đổi từ khắc sang mặt nạ hàn, có thể tránh được thời gian chờ đợi không cần thiết. Sử dụng dung dịch chống oxy hóa để xử lý bề mặt đồng trong các giai đoạn cụ thể của quá trình sản xuất bảng mạch in có thể mang lại sự bảo vệ tạm thời cho bề mặt đồng trong một khoảng thời gian ngắn cho đến khi quá trình tiếp theo bắt đầu.