Trong quy trình sản xuất pcb, công nghệ xử lý bề mặt không chỉ ảnh hưởng đến khả năng hàn và khả năng chống ăn mòn của pcb mà còn có tác động sâu sắc đến hiệu suất điện và độ tin cậy lâu dài của nó. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử,quy trình xử lý bề mặt pcbkhông ngừng phát triển để đáp ứng yêu cầu hiệu suất cao hơn và tiêu chuẩn môi trường.
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 pcb bằng chất hàn chì thiếc nóng chảy - ngày nay, chất hàn không chứa chì-được sử dụng phổ biến hơn do các yêu cầu về môi trường. Sau đó, khí nén nóng được sử dụng để làm phẳng vật 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 tạo thành hợp chất kim loại thiếc đồng tại điểm nối, có độ dày khoảng 1-2 mil.
Quá trình này được chia thành các loại dọc và ngang. Lớp phủ ngang được coi là có lợi thế 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 san bằng không khí nóng đã hoàn thiện, có đủ nguồn cung cấp, chi phí tương đối thấp và khả năng hàn tốt, phù hợp cho hàn-không chì và là một trong những phương pháp xử lý bề mặt được sử dụng rộng rãi trong ngành. Tuy nhiên, bề mặt của nó không đủ mịn nên gây khó khăn cho việc hàn các chi tiết có bước độ mịn, đồng thời chì chứa HASL cũng phải đối mặt với các vấn đề về môi trường.
Lớp phủ hữu cơ
Lớp phủ hữu cơ là quá trình phát triển hóa học một lớp màng hữu cơ trên bề mặt đồng trần sạch. Lớp màng này giống như một người bảo vệ trung thành, có khả năng chống oxy hóa, chống sốc nhiệt và chống ẩm, có thể bảo vệ bề mặt đồng một cách hiệu quả khỏi bị ăn mòn như oxy hóa hoặc lưu hóa trong môi trường bình thường. Đồng thời, trong môi trường hàn có nhiệt độ-cao tiếp theo, chất trợ dung có thể nhanh chóng bị loại bỏ, nhường chỗ cho công việc hàn.
Quá trình phủ hữu cơ đã được sử dụng rộng rãi trong ngành do những ưu điểm đáng kể của quy trình đơn giản và chi phí thấp. Các phân tử phủ hữu cơ ban đầu chủ yếu là imidazole và benzotriazole, có tác dụng chống gỉ. Ngày nay, các phân tử mới chủ yếu là benzimidazole. Để đảm bảo khả năng chịu được hàn nóng chảy nhiều lần, cần phải hình thành nhiều lớp phủ hữu cơ trên bề mặt đồng, điều này đòi hỏi phải bổ sung chất lỏng đồng vào bể hóa chất. Đầu tiên, phủ lớp đầu tiên có khả năng hấp phụ đồng. Sau đó, lớp phân tử lớp phủ hữu cơ thứ hai kết hợp với đồng và được xếp chồng lên nhau từng lớp cho đến khi hình thành cấu trúc gồm hai mươi hoặc thậm chí hàng trăm tổ hợp phân tử lớp phủ hữu cơ. Tuy nhiên, khả năng chống ăn mòn của lớp phủ OSP tương đối yếu và cần đặc biệt chú ý đến các điều kiện trong quá trình bảo quản và sử dụng.
Mạ niken hóa học/vàng ngâm
Quá trình mạ niken/ngâm vàng bằng niken điện phân là một lớp hợp kim vàng niken dày và có khả năng dẫn điện tuyệt vời được bọc cẩn thận trên bề mặt đồng, giống như đặt một "áo giáp" chắc chắn lên pcb, có thể mang lại sự bảo vệ đáng tin cậy cho pcb trong thời gian dài. Không giống như OSP chỉ đóng vai trò như một lớp chống gỉ đơn giản, mạ niken/vàng ngâm không điện phân có thể duy trì hiệu suất điện tốt trong quá trình sử dụng pcb-lâu dài và có khả năng chống chịu tốt hơn trước những thay đổi của môi trường.
Lý do mạ niken là vì có sự khuếch tán lẫn nhau giữa vàng và đồng, và lớp niken có thể đóng vai trò như một rào cản vững chắc để ngăn chặn sự khuếch tán này một cách hiệu quả. Nếu không có lớp niken ngăn cản, vàng có thể khuếch tán thành đồng chỉ sau vài giờ. Ngoài ra, mạ/ngâm niken điện phân còn có nhiều lợi ích, chẳng hạn như độ bền cao của niken. Chỉ niken dày 5um mới có thể kiểm soát hiệu quả sự giãn nở theo hướng Z ở nhiệt độ cao, đồng thời ngăn chặn sự hòa tan đồng, điều này đặc biệt thuận lợi cho việc hàn{4}không chì. Quy trình chung của công nghệ này bao gồm các bước như tẩy và làm sạch bằng axit, khắc vi mô, ngâm trước, kích hoạt, mạ niken hóa học và ngâm vàng hóa học. Quá trình này bao gồm sáu thùng chứa hóa chất và gần một trăm loại hóa chất, khiến quá trình này tương đối phức tạp.
Ngâm trong bạc
Quá trình ngâm bạc là giữa OSP và mạ niken/vàng điện phân, quá trình này tương đối đơn giản và nhanh chóng. Việc ngâm bạc thực sự đạt được thông qua các phản ứng dịch chuyển, tạo thành một lớp phủ bạc nguyên chất ở mức độ gần như dưới micromet trên bề mặt của pcb. Đôi khi một số hợp chất hữu cơ được thêm vào trong quá trình ngâm bạc, chủ yếu là để ngăn chặn sự ăn mòn của bạc và loại bỏ các vấn đề di chuyển của bạc. Tuy nhiên, lớp hợp chất hữu cơ mỏng này thường khó đo chính xác và phân tích cho thấy tỷ lệ trọng lượng của nó nhỏ hơn 1%.
Ngay cả khi tiếp xúc với môi trường phức tạp như nhiệt độ, độ ẩm và ô nhiễm, lớp bạc được hình thành do quá trình ngâm vẫn có thể thể hiện các đặc tính điện và khả năng hàn tốt, nhưng độ bóng của nó có thể giảm. Do không có lớp niken bên dưới lớp bạc nên bạc ngâm không có độ bền vật lý như mạ niken/vàng ngâm không điện.
nhúng thiếc
Cho rằng tất cả các vật liệu hàn hiện nay đều dựa trên thiếc và lớp thiếc có thể phù hợp hoàn hảo với bất kỳ loại vật liệu hàn nào, từ góc độ này, quy trình thiếc ngâm có triển vọng phát triển rộng rãi. Tuy nhiên, trước đây, pcbs được xử lý bằng công nghệ nhúng thiếc dễ gặp phải các vấn đề về râu thiếc. Trong quá trình hàn, hiện tượng râu thiếc và sự di chuyển của thiếc đặt ra những thách thức nghiêm trọng về độ tin cậy, điều này hạn chế rất nhiều việc ứng dụng công nghệ nhúng thiếc. Sau đó, bằng cách thêm các chất phụ gia hữu cơ vào dung dịch ngâm thiếc, cấu trúc của lớp thiếc đã được chuyển đổi thành công thành các hạt, khắc phục hiệu quả-những khó khăn nêu trên, đồng thời mang lại cho quá trình ngâm thiếc có độ ổn định nhiệt và khả năng hàn tốt.
Quá trình ngâm thiếc có thể tạo thành các hợp chất liên kim loại thiếc đồng phẳng, làm cho thiếc ngâm có thể so sánh với việc san bằng không khí nóng về khả năng hàn, không có vấn đề về độ phẳng gây rắc rối khi san bằng không khí nóng và không có những nguy hiểm tiềm ẩn của sự khuếch tán kim loại trong mạ niken hóa học/vàng ngâm. Tuy nhiên, 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.
Các quy trình xử lý bề mặt khác
Vàng niken mạ điện
Mạ vàng niken có thể coi là “anh cả” của công nghệ xử lý bề mặt pcb, đã tồn tại từ khi pcb ra đời và dần dần bắt nguồn từ các công nghệ khác. Quá trình này bao gồm mạ điện một lớp niken trên bề mặt dây dẫn pcb, sau đó mạ điện một lớp vàng. Chức năng chính của mạ niken là ngăn chặn sự khuếch tán giữa vàng và đồng. Ngày nay, vàng niken mạ điện chủ yếu được chia thành hai loại: một là mạ vàng mềm, chủ yếu dùng để mạ dây vàng trong quá trình đóng gói chip; Loại còn lại là mạ vàng cứng, chủ yếu được sử dụng để kết nối điện ở các mối nối không hàn, chẳng hạn như ngón tay vàng. Cần lưu ý rằng trong những trường hợp bình thường, hoạt động hàn có thể khiến vàng mạ điện trở nên giòn, do đó rút ngắn tuổi thọ sử dụng. Vì vậy, nên tránh hàn trên vàng mạ điện càng nhiều càng tốt; Tuy nhiên, xác suất bị giòn trong mạ niken/vàng ngâm không dùng điện là tương đối thấp do lớp vàng mỏng và đồng đều.
Mạ palladium hóa học
Quá trình mạ palladium điện phân khá giống với quá trình mạ niken điện phân. Nguyên tắc chính là sử dụng chất khử, chẳng hạn như natri dihydrogen photphat, để khử các ion paladi thành paladi trên bề mặt có hoạt tính xúc tác. Palladium mới được tạo ra cũng có thể đóng vai trò là chất xúc tác để thúc đẩy phản ứng liên tục, nhờ đó thu được các lớp mạ paladi có độ dày bất kỳ. Mạ palladium hóa học có ưu điểm là độ tin cậy hàn cao, ổn định nhiệt tốt và độ phẳng bề mặt tuyệt vời. Tuy nhiên, palladium là kim loại quý tương đối hiếm nên chi phí cho quá trình này tương đối cao.