Leiterplatte Blog - Einführung der horizontalen Galvanik-Technologie für Leiterplatten

I. Überblick

Mit der schnellen Entwicklung der Mikroelektronik-Technologie entwickelt sich die Herstellung von Leiterplatten schnell in Richtung Mehrschichtigkeit, Stapelaufbau, Funktionalisierung und Integration. Es fördert das Design und Design von Schaltungsmustern unter Verwendung winziger Löcher, schmaler Abstände und dünner Drähte im Leiterplattendesign, was die Fertigungstechnologie von Leiterplatten schwieriger macht, insbesondere da das Seitenverhältnis von Durchgangslöchern in Mehrschichtplatinen 5:1 und das Produkt übersteigt. Die tiefen Blindlöcher, die im Laminat weit verbreitet sind, machen den herkömmlichen vertikalen Galvanikprozess nicht in der Lage, die technischen Anforderungen an hochwertige und hochzuverlässige Verbindungslöcher zu erfüllen. Der Hauptgrund dafür ist die Analyse des aktuellen Verteilungszustandes aus dem Galvanikprinzip. Während der eigentlichen Galvanik wird festgestellt, dass die Stromverteilung im Loch eine Taillentrommelform aufweist, und die Stromverteilung im Loch nimmt allmählich vom Rand des Lochs bis zur Mitte des Lochs ab, was zu einer großen Menge an Kupfer führt, die auf der Oberfläche und dem Loch abgelagert ist. Am Rand des Lochs ist es unmöglich, die Standarddicke der Kupferschicht in der Mitte des Lochs sicherzustellen, wo Kupfer benötigt wird. Manchmal ist die Kupferschicht sehr dünn oder es gibt keine Kupferschicht. In schweren Fällen verursacht es irreparable Verluste, die dazu führen, dass eine große Anzahl von mehrschichtigen Platten verschrottet wird. Um das Produktqualitätsproblem in der Massenproduktion zu lösen, wird das Problem der Tieflochgalvanik derzeit unter den Aspekten Strom und Additive gelöst. Die meisten Kupfergalvanikprozesse für Leiterplatten mit hohem Seitenverhältnis werden mit Hilfe von hochwertigen Additiven, moderater Luftrührung und Kathodenbewegung bei relativ niedrigen Stromdichten durchgeführt. Die Wirkung von galvanischen Additiven kann nur durch Vergrößerung der Elektrodenreaktionssteuerfläche im Loch dargestellt werden. Darüber hinaus ist die Bewegung der Kathode sehr vorteilhaft für die Verbesserung der tiefen Beschichtungsfähigkeit der Beschichtungslösung, und der Polarisationsgrad des beschichteten Teils nimmt zu. Die Formationsgeschwindigkeit des Kristallkerns und die Wachstumsgeschwindigkeit der Kristallkörner kompensieren sich gegenseitig, um eine hochzähe Kupferschicht zu erhalten. Wenn jedoch das Seitenverhältnis des Durchgangslochs weiter zunimmt oder tiefe Blindlöcher auftreten, werden diese beiden Prozessmaßnahmen wirkungslos und führen zu einer horizontalen Galvanik. Es ist die Fortsetzung der Entwicklung der vertikalen Galvanik-Technologie, das heißt, eine neuartige Galvanik-Technologie, die auf der Grundlage des vertikalen Galvanik-Prozesses entwickelt wurde. Der Schlüssel zu dieser Technologie besteht darin, ein horizontales Galvaniksystem zu schaffen, das miteinander kompatibel ist, so dass die Beschichtungslösung mit hoher Dispergierbarkeit besser als die vertikale Galvanik-Methode mit der Verbesserung des Stromversorgungsmodus und der Zusammenarbeit anderer Hilfsgeräte sein kann.

2. Einführung in das Prinzip der horizontalen Galvanik

Die Methoden und Prinzipien der horizontalen Galvanik und vertikalen Galvanik sind die gleichen, und beide müssen Kathoden- und Anodenelektroden haben. Nach der Elektrifizierung tritt eine Elektrodenreaktion auf, um die Hauptkomponenten des Elektrolyten zu ionisieren, so dass die geladenen positiven Ionen in die negative Phase der Elektrodenreaktionszone gelangen; Die geladenen negativen Ionen bewegen sich in Richtung der Elektrode. Die positive Phasenverschiebung der Reaktionszone erzeugt dann eine Metallabscheidung und Ausgasung. Weil der Prozess der Metallabscheidung an der Kathode in drei Schritte unterteilt ist: Das heißt, die hydratisierten Ionen des Metalls diffundieren zur Kathode; Der zweite Schritt besteht darin, dass die metallhydrierten Ionen allmählich dehydriert und auf der Oberfläche der Kathode adsorbiert werden, wenn sie die elektrische Doppelschicht passieren; Der erste Schritt besteht darin, dass die auf der Oberfläche der Kathode adsorbierten Metallionen Elektronen annehmen und in das Metallgitter gelangen. Die tatsächliche Beobachtung des Arbeitstanks ist eine nicht beobachtbare außerphasige Elektronentransferreaktion zwischen der Festphasenelektrode und der Grenzfläche der flüssigphasigen Beschichtungslösung. Seine Struktur kann durch das Prinzip der elektrischen Doppelschicht in der Galvanik Theorie erklärt werden. Wenn die Elektrode eine Kathode ist und sich in einem polarisierten Zustand befindet, sind Kationen mit positiven Ladungen umgeben von Wassermolekülen aufgrund elektrostatischer Kraft geordnet an der Kathode angeordnet. In der Nähe wird die Phasenebene, die durch den Kationenzentrumpunkt nahe der Kathode gebildet wird, die Helmholtz-Außenschicht genannt, und der Abstand zwischen der äußeren Schicht und der Elektrode beträgt etwa 1-10 Nanometer. Aufgrund der Gesamtmenge an positiver Ladung, die von den Kationen in der Helmholtz-Außenschicht getragen wird, reicht die positive Ladung jedoch nicht aus, um die negative Ladung auf der Kathode zu neutralisieren. Die Beschichtungslösung weiter von der Kathode entfernt wird durch Konvektion beeinflusst, und die Konzentration von Kationen in der Lösungsschicht ist höher als die von Anionen. Diese Schicht ist aufgrund der elektrostatischen Kraft kleiner als die Helmholtz-Außenschicht und wird auch durch thermische Bewegungen beeinflusst. Die Kationenanordnung ist nicht so kompakt und ordentlich wie die Helmholtz-Außenschicht. Diese Schicht wird Diffusionsschicht genannt. Die Dicke der Diffusionsschicht ist umgekehrt proportional zur Durchflussrate des Bades. Das heißt, je schneller der Durchfluss der Beschichtungslösung, desto dünner ist die Diffusionsschicht und umgekehrt. Im Allgemeinen beträgt die Dicke der Diffusionsschicht etwa 5-50 Mikrons. Es ist weiter von der Kathode entfernt, und die Beschichtungslösungsschicht, die durch Konvektion erreicht wird, wird die Hauptplatzlösung genannt. Weil die Konvektion, die durch die Lösung erzeugt wird, die Gleichmäßigkeit der Konzentration der Beschichtungslösung beeinflusst. Die Kupferionen in der Diffusionsschicht werden mittels Diffusion und Ionenmigration in der Beschichtungslösung zur äußeren Helmholtz-Schicht transportiert. Die Kupferionen im Hauptbad werden durch Konvektion und Ionenmigration an die Kathodenoberfläche transportiert. Beim horizontalen Galvanikprozess werden die Kupferionen in der Beschichtungslösung dreifach in die Nähe der Kathode transportiert, um eine elektrische Doppelschicht zu bilden.

Die Konvektion der Beschichtungslösung wird durch das äußere und innere mechanische Rühren und Pumpenrühren, das Schwingen oder Drehen der Elektrode selbst und den Fluss der Beschichtungslösung verursacht durch die Temperaturdifferenz erzeugt. Je näher an der Oberfläche der festen Elektrode, wird der Fluss der Galvaniklösung aufgrund des Einflusses ihres Reibungswiderstandes langsamer und langsamer, und die Konvektionsrate auf der Oberfläche der festen Elektrode zu diesem Zeitpunkt ist null. Die von der Elektrodenoberfläche zur konvektiven Plattierungslösung gebildete Geschwindigkeitsgradientenschicht wird als Strömungsgrenzflächenschicht bezeichnet. Die Dicke der Strömungsgrenzschicht ist etwa zehnmal so hoch wie die der Diffusionsschicht, so dass der Ionentransport in der Diffusionsschicht durch Konvektion kaum beeinträchtigt wird. Unter der Einwirkung des elektrischen Feldes werden die Ionen in der Galvaniklösung elektrostatischer Kraft ausgesetzt, um Ionentransport zu verursachen, der Ionenmigration genannt wird. Die Geschwindigkeit seiner Migration wird wie folgt ausgedrückt: u.zeon/6πrη zu. Wo u die Ionenmigrationsrate ist, z ist die Ladungsnummer des Ions, so ist die Ladung eines Elektrons (dh 1.61019C), E ist das Potential, r ist der Radius des hydrierten Ions und η ist die Viskosität der Galvaniklösung. Gemäß der Berechnung der Gleichung kann festgestellt werden, dass je größer der Abfall des Potenzials E, desto kleiner die Viskosität der Galvaniklösung und desto schneller die Ionenmigrationsrate ist.

Gemäß der Elektrodenlagentheorie ist die Leiterplatte auf der Kathode während des Galvanisierens eine nicht ideale polarisierte Elektrode, und die auf der Oberfläche der Kathode adsorbierten Kupferionen gewinnen Elektronen und werden zu Kupferatomen reduziert, so dass die Konzentration von Kupferionen in der Nähe der Kathode steigt. reduzieren. Daher bildet sich in der Nähe der Kathode ein Kupferionenkonzentrationsgradient. Die Schicht der Beschichtungslösung mit einer Kupferionenkonzentration niedriger als die Konzentration der Hauptplatzlösung ist die Diffusionsschicht der Beschichtungslösung. Die Kupferionenkonzentration in der Hauptplatzlösung ist jedoch höher, und sie diffundiert an den Ort in der Nähe der Kathode, wo die Kupferionenkonzentration niedriger ist, und füllt den Kathodenbereich kontinuierlich auf. Die Leiterplatte ähnelt einer flachen Kathode, und das Verhältnis zwischen der Größe des Stroms und der Dicke der Diffusionsschicht ist die COTTRELL Gleichung: wo I Strom ist, z ist die Ladungszahl der Kupferionen, F ist die Faraday-Konstante, A ist die Kathodenoberfläche, und D ist der Diffusionskoeffizienten der Kupferionen (D=KT/6πrη), Cb ist die Konzentration der Kupferionen im Hauptbad, Co ist die Konzentration von Kupferionen auf der Kathodenoberfläche, D ist die Dicke der Diffusionsschicht, und K ist der Mann (PortK N/T, ist der Radius der Kupferionenbeschichtung und die Viskosität der Lösung). Wenn die Kupferionenkonzentration auf der Kathodenoberfläche Null ist, wird ihr Strom als Grenzdiffusionsstrom ii bezeichnet:

Aus der obigen Formel ist ersichtlich, dass die Größe des begrenzenden Diffusionsstroms durch die Kupferionenkonzentration der Hauptplatzlösung, den Diffusionskoeffizienten der Kupferionen und die Dicke der Diffusionsschicht bestimmt wird. Wenn die Konzentration von Kupferionen in der Hauptplatzlösung hoch ist, ist der Diffusionskoeffizient von Kupferionen groß, die Dicke der Diffusionsschicht dünn und der begrenzende Diffusionsstrom größer.

Gemäß der obigen Formel ist es notwendig, geeignete technologische Maßnahmen zu ergreifen, um einen höheren Grenzstromwert zu erreichen, das heißt, die Verwendung von Heiztechnik. Da die Erhöhung der Temperatur den Diffusionskoeffizienten erhöhen kann, kann die Erhöhung der Konvektionsrate ihn wirbeln und eine dünne und gleichmäßige Diffusionsschicht erhalten. Aus der obigen theoretischen Analyse kann die Erhöhung der Kupferionenkonzentration in der Hauptplatzlösung, die Erhöhung der Temperatur der Plattierungslösung und die Erhöhung der Konvektionsrate den Grenzdiffusionsstrom erhöhen und den Zweck der Beschleunigung der Plattierungsrate erreichen. Die horizontale Beschichtung basiert auf der Bildung von Wirbelströmen aufgrund der beschleunigten Konvektionsgeschwindigkeit der Beschichtungslösung, die die Dicke der Diffusionsschicht effektiv auf etwa 10 Mikron reduzieren kann. Daher, wenn das horizontale Galvaniksystem für die Galvanik verwendet wird, kann die Stromdichte so hoch wie 8A/dm2 sein. Der Schlüssel zur PCB-Galvanik besteht darin, die Gleichmäßigkeit der Dicke der Kupferschicht auf beiden Seiten des Substrats und der Innenwand des Durchgangslochs sicherzustellen. Um die Gleichmäßigkeit der Schichtdicke zu erhalten, muss sichergestellt werden, dass der Durchfluss der Beschichtungslösung auf beiden Seiten der Leiterplatte und in den Durchgangslöchern schnell und gleichmäßig ist, um eine dünne und gleichmäßige Diffusionsschicht zu erhalten. Um eine dünne und gleichmäßige Diffusionsschicht entsprechend der Struktur des aktuellen horizontalen Galvaniksystems zu erreichen, obwohl viele Düsen im System installiert sind, kann die Plattierungslösung schnell und vertikal auf die Leiterplatte gesprüht werden, um den Fluss der Plattierungslösung in den Durchgangslöchern zu beschleunigen. Die Durchflussrate der Beschichtungslösung ist sehr schnell, und Wirbelströme werden auf der Ober- und Unterseite des Substrats und in den Durchgangslöchern gebildet, so dass die Diffusionsschicht reduziert und gleichmäßiger ist. Wenn jedoch die Plattierungslösung plötzlich in das schmale Durchgangsloch fließt, hat die Plattierungslösung am Eingang des Durchgangslochs auch ein Phänomen des Reverse Reflow. In Verbindung mit dem Einfluss der Stromverteilung verursacht das Phänomen oft die Galvanik des Lochs am Eingang. Die Kupferschicht ist aufgrund des Effekts zu dick, und die Innenwand des Durchgangslochs bildet eine Kupferschicht in Form eines Hundeknochens. Entsprechend dem Strömungszustand der Beschichtungslösung im Durchgangsloch, das heißt der Größe des Wirbelstroms und des Reflows und der Analyse der Qualität des leitfähigen überzogenen Durchgangslochs, können die Steuerparameter nur durch das Prozesstestverfahren bestimmt werden, um die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke der Leiterplatte zu erreichen. Da die Größe des Wirbelstroms und des Rückstroms durch die Methode der theoretischen Berechnung noch nicht bekannt sind, wird nur das gemessene Prozessverfahren verwendet. Aus den Messergebnissen ist bekannt, dass zur Kontrolle der Gleichmäßigkeit der Dicke der Durchgangs-Kupfergalvanikschicht es notwendig ist, die steuerbaren Prozessparameter entsprechend dem Seitenverhältnis der Leiterplatten-Durchgangslöcher anzupassen und sogar eine hochdispersive Kupfergalvanik-Lösung zu wählen. und dann das Hinzufügen geeigneter Additive und die Verbesserung des Stromversorgungsmodus, das heißt, unter Verwendung von Reverse Pulsstrom für die Galvanik, kann eine Kupferbeschichtung mit hoher Verteilungsfähigkeit erhalten. Besonders mit der Zunahme der Anzahl der Mikroblindlöcher in Laminaten sollte nicht nur das horizontale Galvaniksystem für die Galvanik verwendet werden, sondern auch Ultraschallvibrationen sollten verwendet werden, um den Austausch und die Zirkulation der Plattierungslösung in den Mikroblindlöchern zu fördern. Die Daten können angepasst werden, um die steuerbaren Parameter zu korrigieren, und zufriedenstellende Ergebnisse können erzielt werden.

3. Grundlegende Struktur des horizontalen Galvaniksystems

Entsprechend den Eigenschaften der horizontalen Galvanik ist es ein Galvanikverfahren, bei dem die Art und Weise der Platzierung der Leiterplatte von vertikalem auf parallelem Beschichtungsflüssigkeitsniveau geändert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leiterplatte die Kathode, und einige horizontale Galvaniksysteme verwenden leitfähige Clips und leitfähige Rollen für die Stromversorgung. Unter dem Gesichtspunkt der Bequemlichkeit des Betriebssystems ist es häufiger, die Versorgungsmethode der Rollenleitung zu verwenden. Neben der Kathode haben die leitfähigen Rollen im horizontalen Galvaniksystem auch die Funktion, die Leiterplatte zu fördern. Jede leitende Rolle ist mit einer Federvorrichtung ausgestattet, und ihr Zweck ist es, sich an die Bedürfnisse der Galvanik von Leiterplatten (0.10-5.00mm) unterschiedlicher Dicken anzupassen. Während der Galvanik können jedoch die Teile, die mit der Beschichtungslösung in Berührung kommen, mit einer Kupferschicht überzogen werden, und das System kann nicht für eine lange Zeit arbeiten. Daher sind die meisten der aktuellen horizontalen Galvaniksysteme entworfen, um die Kathode auf eine Anode umzuschalten und dann einen Satz von Hilfskathoden zu verwenden, um das Kupfer auf den beschichteten Rollen elektrolytisch aufzulösen. Für Wartungs- oder Austauschzwecke ermöglicht das neue Beschichtungsdesign auch eine einfache Entfernung oder den Austausch verschleißanfälliger Bereiche. Die Anode besteht aus einer Reihe unlöslicher Titankörbe, die in der Größe eingestellt werden können, die auf der oberen und unteren Position der Leiterplatte platziert werden und mit kugelförmigem, löslichem Kupfer mit 25mm Durchmesser mit einem Phosphorgehalt von 0.004-0.006% und dem Abstand zwischen der Kathode und der Anode gefüllt sind. ist 40mm. Der Fluss der Plattierungslösung ist ein System, das aus einer Pumpe und einer Düse besteht, wodurch die Plattierungslösung schnell im geschlossenen Plattierungstank fließt, abwechselnd hin und her und auf und ab und kann die Gleichmäßigkeit des Plattierungslösungsflusses sicherstellen. Die Beschichtungslösung wird vertikal auf die Leiterplatte gesprüht und bildet einen Wandstrahlwirbelstrom auf der Oberfläche der Leiterplatte. Das ultimative Ziel ist es, den schnellen Fluss der Plattierungslösung auf beiden Seiten der Leiterplatte und durch Löcher zu Wirbelströmen zu erreichen. Darüber hinaus ist ein Filtersystem im Tank installiert, und das verwendete Filtergewebe beträgt 1,2 Mikrometer, um die Partikelverunreinigungen herauszufiltern, die während des Galvanikprozesses erzeugt werden, um sicherzustellen, dass die Beschichtungslösung sauber und schadstofffrei ist.

Bei der Herstellung von horizontalen Galvaniksystemen sollte auch die einfache Bedienung und automatische Steuerung von Prozessparametern berücksichtigt werden. Denn bei der eigentlichen Galvanik mit der Größe der Leiterplatte, der Größe des Durchgangslochdurchmessers und der erforderlichen Kupferdicke, der Übertragungsgeschwindigkeit, dem Abstand zwischen den Leiterplatten, der Größe der Pumpenleistung, der Düse Die Einstellung von Prozessparametern wie der Richtung des Kupfers und der Stromdichte usw. müssen alle getestet, eingestellt und kontrolliert werden, um die Dicke der Kupferschicht zu erhalten, die die technischen Anforderungen erfüllt. Es muss von einem Computer gesteuert werden. Um die Produktionseffizienz und die Konsistenz und Zuverlässigkeit der Qualität der Teilprodukte zu verbessern, basieren die Vor- und Nachbearbeitung der Durchgangslöcher (einschließlich der plattierten Durchgangslöcher) der Leiterplatte auf den Prozessverfahren, um ein komplettes horizontales Galvaniksystem zu bilden, das für die Entwicklung und Markteinführung neuer Produkte geeignet ist. Not.

4. Die Entwicklungsvorteile der horizontalen Galvanik

Die Entwicklung der horizontalen Galvanik-Technologie ist kein Zufall, sondern ein unvermeidliches Ergebnis der Notwendigkeit spezieller Funktionen von hochdichten, hochpräzisen, multifunktionalen, mehrschichtigen Leiterplattenprodukten mit hohem Seitenverhältnis. Sein Vorteil ist, dass es fortschrittlicher ist als das derzeit verwendete vertikale Rackplattierungsverfahren, die Produktqualität zuverlässiger ist und es eine Großserienproduktion erreichen kann. Es hat folgende Vorteile gegenüber dem vertikalen Beschichtungsverfahren:

1) Es kann sich an eine breite Palette von Größen anpassen, ohne manuelle Installation und Aufhängen, und alle automatischen Operationen realisieren, die äußerst vorteilhaft sind, um zu verbessern und sicherzustellen, dass der Operationsprozess die Oberfläche des Substrats nicht beschädigt und extrem vorteilhaft für die Großserienproduktion ist.

2) In der Prozessüberprüfung besteht keine Notwendigkeit, eine Klemmposition zu verlassen, den praktischen Bereich zu erhöhen und den Verlust von Rohstoffen erheblich zu sparen.

3) Der gesamte Prozess der horizontalen Galvanik wird von einem Computer gesteuert, so dass das Substrat unter den gleichen Bedingungen ist, um die Gleichmäßigkeit der Beschichtung auf der Oberfläche und den Löchern jeder Leiterplatte sicherzustellen.

4) Aus der Perspektive des Managements kann die Reinigung des Beschichtungstanks und das Hinzufügen und Ersetzen der Beschichtungslösung vollautomatisch erfolgen, und das Management wird aufgrund menschlicher Fehler nicht außer Kontrolle geraten.

5) Es kann vom tatsächlichen Produkt bekannt sein, dass die horizontale Galvanik mehrstufige horizontale Reinigung annimmt, die die Menge des Reinigungswassers erheblich spart und den Druck der Abwasserbehandlung reduziert.

6) Weil das System geschlossenen Betrieb annimmt, reduziert es die Verschmutzung des Arbeitsraums und den direkten Einfluss der Verdunstung von Wärme auf die Prozessumgebung und verbessert die Arbeitsumgebung erheblich. Besonders beim Backen der Platte, da der Wärmeverlust reduziert wird, wird der unnötige Energieverbrauch eingespart und die Produktionseffizienz stark verbessert.

5. Zusammenfassung

Das Aufkommen der horizontalen Beschichtungstechnologie ist vollständig, um die Anforderungen der hohen Seitenverhältnis-Durchgangslochplattierung zu erfüllen. Aufgrund der Komplexität und Besonderheit des Galvanikprozesses gibt es jedoch immer noch einige technische Probleme bei der Auslegung und Entwicklung des Galvaniksystems. Dies muss in der Praxis verbessert werden. Dennoch ist der Einsatz von horizontalen Galvaniksystemen eine große Entwicklung und Weiterentwicklung für die Leiterplattenindustrie. Da die Anwendung dieser Art von Ausrüstung bei der Herstellung von hochdichten Mehrschichtplatten großes Potenzial zeigt, kann sie nicht nur Arbeitskraft und Betriebszeit sparen, sondern auch schneller und effizienter produzieren als herkömmliche vertikale Galvanikanlagen. Darüber hinaus wird der Energieverbrauch reduziert, die zu behandelnde Abfallflüssigkeit, Abwasser und Abgas werden reduziert, die Prozessumgebung und -bedingungen werden erheblich verbessert und das Qualitätsniveau der Galvanikschicht wird verbessert. Die horizontale Galvanikanlage eignet sich für den 24-Stunden-ununterbrochenen Betrieb von Großserien. Die horizontale Galvanikanlage ist etwas schwieriger zu debuggen als die vertikale Galvanikanlage. Sobald das Debugging abgeschlossen ist, ist es sehr stabil. Die Plattierungslösung wird angepasst, um einen stabilen Betrieb für eine lange Zeit auf der Leiterplatte zu gewährleisten.