pcb đóng một vai trò quan trọng trong việc kết nối và truyền tín hiệu điện tử, và quá trình mạ điện pcb đồng, là liên kết cốt lõi trongquy trình sản xuất pcb, đóng vai trò quyết định đến hiệu suất và chất lượng của bảng mạch. Từ điện thoại thông minh đến máy tính hiệu suất cao, từ thiết bị điện tử ô tô đến thiết bị hàng không vũ trụ, hầu hết bảng mạch in của thiết bị điện tử đều dựa vào công nghệ mạ điện đồng.
1, Nguyên lý mạ điện đồng
Mạ điện pcb đồng là một quá trình điện hóa điển hình dựa trên định luật Faraday. Trong bể mạ điện, pcb được sử dụng làm cực âm và cực dương bằng đồng được ngâm trong chất điện phân có chứa các ion đồng. Khi đặt một điện áp một chiều vào giữa cực âm và cực dương, dòng điện sẽ đi qua chất điện phân, gây ra một loạt phản ứng điện hóa.
Phản ứng anốt: Cực dương đồng trải qua phản ứng oxy hóa, trong đó các nguyên tử đồng mất hai electron và trở thành ion đồng đi vào chất điện phân. Phương trình phản ứng là Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺.
Phản ứng catốt: Trên bề mặt pcb, các ion đồng thu được các electron và bị khử thành các nguyên tử đồng, lắng đọng trên bề mặt pcb. Phương trình phản ứng là Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu.
Bằng cách kiểm soát các thông số như mật độ dòng điện, thời gian mạ điện và thành phần chất điện phân, tốc độ lắng đọng và độ dày lớp phủ của đồng có thể được kiểm soát chính xác.
2, Quy trình xử lý
(1) Xử lý sơ bộ
Làm sạch: Đầu tiên, làm sạch thật kỹ bề mặt pcb để loại bỏ các tạp chất như vết dầu, bụi và oxit trên bề mặt. Các phương pháp làm sạch phổ biến bao gồm làm sạch bằng kiềm, làm sạch bằng axit và làm sạch bằng siêu âm. Làm sạch bằng kiềm có thể loại bỏ dầu và các chất ô nhiễm hữu cơ một cách hiệu quả, trong khi làm sạch bằng axit chủ yếu được sử dụng để loại bỏ các oxit. Làm sạch bằng siêu âm có thể làm sạch triệt để các khoảng trống và lỗ nhỏ trên bề mặt chất nền thông qua hiệu ứng xâm thực của sóng siêu âm. Bề mặt nền được làm sạch không được có tạp chất rõ ràng và có độ bóng kim loại đồng đều.
Ăn mòn vi mô: Mục đích của ăn mòn vi mô là tạo thành bề mặt nhám vi mô trên bề mặt pcb, làm tăng độ bám dính giữa lớp đồng mạ điện tiếp theo và chất nền. Thông thường, các dung dịch chứa chất ăn mòn vi mô như persulfate hoặc axit sulfuric hydro peroxide được sử dụng để xử lý chất nền. Trong quá trình khắc vi mô, chất khắc vi mô trải qua phản ứng hóa học với bề mặt đồng, hòa tan một lớp đồng rất mỏng và hình thành các cấu trúc lồi lõm cực nhỏ. Mức độ ăn mòn vi mô cần phải được kiểm soát chặt chẽ, với lượng ăn mòn vi mô nói chung được kiểm soát trong khoảng 0,5-1,5 μm để đảm bảo độ bám dính tốt mà không bị ăn mòn quá mức trên bề mặt.
Ngâm trước: Ngâm trước là quá trình nhúng pcb đã được làm sạch và khắc vi mô vào dung dịch ngâm trước có chứa các thành phần cụ thể, cho phép bề mặt chất nền hấp thụ một lớp hoạt chất và chuẩn bị cho quá trình kích hoạt tiếp theo. Thành phần của dung dịch ngâm trước thường tương tự như dung dịch kích hoạt nhưng có nồng độ thấp hơn. Chức năng chính của nó là ngăn chặn chất nền bị oxy hóa trở lại trước khi kích hoạt và cải thiện hiệu ứng kích hoạt. Thời gian ngâm trước thường ngắn, thường từ vài giây đến hàng chục giây.
Kích hoạt: Kích hoạt là một bước quan trọng trong quy trình-tiền xử lý nhằm hấp thụ một lớp hạt kim loại có hoạt tính xúc tác, thường là các hạt palladium, trên bề mặt pcb. Các hạt paladi này sẽ đóng vai trò là trung tâm xúc tác cho quá trình mạ đồng hoặc mạ điện tiếp theo, thúc đẩy quá trình khử và lắng đọng các ion đồng. Các phương pháp kích hoạt thường được sử dụng bao gồm phương pháp kích hoạt paladi dạng keo và phương pháp kích hoạt palladium ion. Dung dịch kích hoạt paladi dạng keo bao gồm muối palladium, muối thiếc và chất chelat. Trong quá trình kích hoạt, các hạt paladi dạng keo được hấp phụ trên bề mặt pcb; Phương pháp kích hoạt ion paladi là hấp thụ các ion paladi trên bề mặt chất nền thông qua trao đổi ion, sau đó khử chúng thành palladium kim loại thông qua chất khử. Các thông số như thời gian kích hoạt và nhiệt độ cần được kiểm soát chính xác tùy theo loại dung dịch kích hoạt và vật liệu của pcb để đảm bảo lớp kích hoạt đồng nhất và dày đặc.
(2) Mạ đồng hóa học
Đối với một số đế pcb làm bằng vật liệu không{0} dẫn điện, chẳng hạn như nhựa gia cố bằng sợi thủy tinh, cần phải mạ đồng hóa học trước khi mạ điện để tạo thành một lớp đồng dẫn điện mỏng trên bề mặt đế, cung cấp đường dẫn điện cho đồng mạ điện tiếp theo.
Nguyên lý mạ đồng hóa học: Mạ đồng hóa học là phản ứng oxy hóa khử-tự xúc tác. Trên bề mặt có hoạt tính xúc tác, các ion đồng bị khử thành đồng kim loại thông qua tác dụng của chất khử và lắng đọng trên bề mặt chất nền. Phương trình phản ứng chính là: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. Trong phản ứng này, các ion đồng bị khử thành các nguyên tử đồng bằng cách thu được các electron dưới sự xúc tác của các trung tâm palladium, trong khi formaldehyde bị oxy hóa để tạo thành các ion.
Quá trình mạ đồng hóa học: Đầu tiên, pcb hoạt hóa được ngâm trong dung dịch mạ đồng hóa học có chứa muối đồng, chất tạo phức, chất khử và các chất phụ gia khác. Nhiệt độ của dung dịch mạ thường được kiểm soát trong khoảng 40-50 độ và giá trị pH được duy trì ở khoảng 12-13. Trong quá trình mạ đồng điện phân cần khuấy dung dịch mạ một cách thích hợp để đảm bảo tính đồng nhất của dung dịch mạ và đủ tiến triển của phản ứng. Thời gian mạ đồng điện phân phụ thuộc vào độ dày yêu cầu của lớp đồng và thường có thể thu được lớp đồng có độ dày từ 0,2-0,5 μm. Sau khi mạ đồng hóa học, pcb cần được làm sạch để loại bỏ dung dịch mạ còn sót lại và các tạp chất trên bề mặt.
(3) Đồng mạ điện
Đồng mạ điện toàn bo mạch: Đồng mạ điện toàn bo mạch, còn được gọi là đồng sơ cấp, chủ yếu được sử dụng để mạ điện một lớp đồng trên toàn bộ bề mặt pcb đã trải qua quá trình mạ đồng hóa học, nhằm tăng độ dày của lớp đồng, cải thiện độ dẫn điện và độ bền cơ học, đồng thời bảo vệ lớp mạ đồng hóa học khỏi quá trình ăn mòn tiếp theo và các quá trình khác. Mạ điện đồng toàn tấm thường sử dụng dung dịch mạ đồng sunfat có tính axit, với hàm lượng đồng sunfat thường nằm trong khoảng 150-250g/L và hàm lượng axit sunfuric trong khoảng 50-200g/L trong công thức, cũng như lượng ion clorua và phụ gia thích hợp. Trong quá trình mạ điện, pcb được sử dụng làm cực âm và bóng đồng phốt pho thường được sử dụng làm cực dương để bổ sung các ion đồng trong dung dịch mạ. Mật độ dòng điện thường được kiểm soát ở mức 1-2A/dm 2 và thời gian mạ điện phụ thuộc vào độ dày lớp đồng cần thiết, thường tăng độ dày lớp đồng lên 5-20 μ m. Trong quá trình mạ đồng trên toàn bộ bo mạch, cần phải lọc liên tục dung dịch mạ để loại bỏ tạp chất, hạt ra khỏi dung dịch mạ, đảm bảo chất lượng của lớp phủ.
Đồng mạ điện đồ họa: Đồng mạ điện đồ họa, còn được gọi là đồng thứ cấp, là quá trình mạ điện có chọn lọc các bộ phận đồ họa mạch cần thiết trên pcb sau khi mạ điện toàn bộ bảng đồng và chuyển đồ họa, làm dày thêm lớp đồng để đáp ứng các yêu cầu về khả năng mang dòng điện của mạch và hiệu suất truyền tín hiệu. Thành phần và các thông số quy trình của dung dịch mạ đồng mạ điện đồ họa tương tự như đồng mạ điện toàn bảng, nhưng do chỉ mạ điện các khu vực đồ họa cụ thể nên cần có vật liệu mặt nạ để che những phần không cần mạ điện. Trong quá trình mạ điện, cần đặc biệt chú ý đến tính đồng nhất của phân bố dòng điện để đảm bảo độ dày lớp phủ của từng bộ phận của mẫu là nhất quán. Sau khi mạ điện đồ họa bằng đồng, độ dày của lớp đồng thường có thể đạt tới 20-50 μ m, và độ dày cụ thể phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế của pcb.
(4) Xử lý hậu kỳ
Làm sạch: Sau khi mạ điện đồng, pcb trước tiên phải được làm sạch hoàn toàn để loại bỏ dung dịch mạ còn sót lại và các tạp chất trên bề mặt. Quá trình làm sạch thường áp dụng phương pháp rửa ngược dòng nhiều giai đoạn, trước tiên rửa bằng nước sạch, sau đó rửa bằng nước khử ion để đảm bảo rằng không còn hóa chất còn sót lại trên bề mặt pcb. Bề mặt pcb được làm sạch phải sạch, không có vết bẩn và có giá trị pH gần trung tính.
Thụ động: Để cải thiện khả năng chống ăn mòn của các lớp đồng mạ điện, thường cần phải xử lý thụ động. Thụ động là sự hình thành một màng thụ động cực mỏng trên bề mặt lớp đồng, có thể ngăn chặn các phản ứng hóa học giữa oxy với độ ẩm và đồng, từ đó kéo dài tuổi thọ của lớp đồng. Các phương pháp thụ động thường được sử dụng bao gồm thụ động hóa học và thụ động điện hóa. Thụ động hóa học thường sử dụng dung dịch chứa chất thụ động cromat, phốt phát hoặc hữu cơ để xử lý bảng mạch in; Thụ động điện hóa là quá trình đặt một điện áp nhất định vào một chất điện phân cụ thể để gây ra phản ứng oxy hóa trên bề mặt các lớp đồng, tạo thành màng thụ động. Sau khi xử lý thụ động, bề mặt của lớp đồng sẽ có màu màng thụ động đồng nhất, chẳng hạn như cầu vồng hoặc vàng vàng.
Sấy khô: PCB đã được làm sạch và thụ động cần được sấy khô để loại bỏ độ ẩm bề mặt. Các phương pháp sấy bao gồm sấy bằng không khí nóng, sấy chân không, v.v. Sấy bằng không khí nóng là phương pháp được sử dụng phổ biến, bao gồm việc đặt pcb trong môi trường không khí nóng ở nhiệt độ nhất định để làm bay hơi nhanh độ ẩm. Trong quá trình sấy, cần chú ý kiểm soát nhiệt độ để tránh biến dạng pcb hoặc oxy hóa lớp đồng do nhiệt độ quá cao. PCB khô phải được bảo quản đúng cách để tránh bị ẩm hoặc nhiễm bẩn thêm.