Blog de PCB - Introducción a la tecnología de galvanoplastia horizontal de placas de PCB

I. panorama general

Con el rápido desarrollo de la tecnología microelectrónica, la fabricación de placas de PCB se está desarrollando rápidamente en la dirección de múltiples capas, apilamiento, funcionalidad e integración. Promueve el diseño y diseño de patrones de circuitos que utilizan microporos, intervalos estrechos y líneas finas en el diseño de circuitos impresos, lo que dificulta la tecnología de fabricación de placas de circuito impreso, especialmente debido a que la relación vertical y horizontal de los agujeros a través en las placas multicapa supera los 5: 1, y los agujeros ciegos profundos ampliamente utilizados En los productos en los laminados hacen que los procesos tradicionales de galvanoplastia vertical no puedan cumplir con los requisitos técnicos de los agujeros de interconexión de alta calidad y alta fiabilidad. La razón principal es analizar el Estado de distribución de la corriente eléctrica a partir del principio de galvanoplastia. En el proceso real de galvanoplastia, se encontró que la distribución de corriente en el agujero era en forma de tambor de cintura, y la distribución de voltaje en el agujero disminuyó gradualmente desde el borde del agujero hasta el centro del agujero, lo que provocó que una gran cantidad de cobre se depositara en la superficie y el agujero. En el borde del agujero, es imposible garantizar el espesor estándar de la capa de cobre en el centro del agujero donde se necesita cobre. A veces la capa de cobre es muy delgada o no hay capa de cobre. En casos graves, causará pérdidas irreparables, lo que dará lugar a un gran número de informes de varias capas. Con el fin de resolver los problemas de calidad de los productos en la producción a gran escala, el problema de la galvanoplastia de agujeros profundos se resuelve actualmente en términos de corriente y aditivos. La mayoría de los procesos de galvanoplastia de cobre de placas de circuito impreso de alta relación vertical y horizontal se llevan a cabo con una densidad de corriente relativamente baja, con la ayuda de aditivos de alta calidad, agitación moderada del aire y movimiento del cátodo. El efecto del aditivo de galvanoplastia solo se puede mostrar aumentando el área de control de reacción del electrodo en el agujero. Además, el movimiento del cátodo es muy propicio para mejorar la capacidad de chapado profundo del baño y aumentar el grado de polarización del recubrimiento. La velocidad de formación del núcleo de cristal y la velocidad de crecimiento del grano se compensan entre sí, obteniendo así una capa de cobre de alta tenacidad. Sin embargo, cuando la relación de aspecto del agujero a través continúa aumentando o aparecen agujeros ciegos profundos, estas dos medidas de proceso se vuelven ineficaces, lo que conduce a la tecnología de galvanoplastia horizontal. Es la continuación del desarrollo de la tecnología de galvanoplastia vertical, es decir, una nueva tecnología de galvanoplastia desarrollada sobre la base del proceso de galvanoplastia vertical. La clave de esta tecnología es crear un sistema de galvanoplastia horizontal compatible entre sí, mejorando la combinación del modo de alimentación y otros dispositivos auxiliares para que los líquidos de galvanoplastia altamente dispersos sean mejores que los métodos de galvanoplastia vertical.

2. introducción al principio de la galvanoplastia horizontal

El método y el principio de la galvanoplastia horizontal y vertical son los mismos, y ambos deben tener electrodos de cátodo y ánodo. Después de la electrificación, se produce una reacción de electrodo, que ioniza los principales componentes del electrolito y mueve los iones positivos cargados a la fase negativa de la zona de reacción del electrodo; Los iones negativos cargados se mueven hacia los electrodos. El cambio de fase positivo en la zona de reacción produce posteriormente un recubrimiento de depósito metálico y una desgasificación. Porque el proceso de deposición del metal en el cátodo se divide en tres pasos: es decir, la difusión de iones hidratados del metal al cátodo; El segundo paso es que los iones hidratados metálicos se deshidratan gradualmente y se absorben en la superficie del cátodo a medida que pasan por la doble capa eléctrica; El primer paso es que los iones metálicos adsorbidos en la superficie del cátodo reciban electrones y entren en la red cristalina metálica. La observación real de la ranura de trabajo es una reacción de transferencia electrónica heterogénea no observable entre la interfaz del electrodo sólido y el baño líquido. Su estructura se puede explicar por el principio de doble capa eléctrica en la teoría de la galvanoplastia. Cuando el electrodo es un cátodo y está en un Estado polarizado, los iones positivos rodeados de moléculas de agua están dispuestos de manera ordenada en el cátodo debido a la electricidad estática. Cerca, el plano de fase formado por el punto central catiónico cerca del cátodo se llama la capa exterior de helmholtz, y la distancia entre la capa exterior y el electrodo es de aproximadamente 1 - 10 nanómetros. Sin embargo, debido a la carga positiva total transportada por los iones positivos en la capa exterior de helmholtz, la carga positiva no es suficiente para neutralizar la carga negativa en el cátodo. El baño de chapado más alejado del cátodo se ve afectado por la convección, y la concentración de iones positivos en la capa de solución es mayor que la concentración de iones negativos. Debido a la electricidad estática, la capa es menor que la capa exterior de Helmholtz y también se ve afectada por el Movimiento térmico. La disposición catiónica no es tan compacta y ordenada como la capa exterior de helmholtz. Esta capa se llama capa de difusión. El espesor de la capa de difusión es inversamente proporcional a la velocidad de flujo del baño. Es decir, cuanto más rápido sea el flujo del baño, más delgada será la capa de difusión y viceversa. Por lo general, el espesor de la capa de difusión es de aproximadamente 5 - 50 micras. Está lejos del cátodo, y la capa de chapado que llega por convección se llama el chapado principal. Porque la convección producida por la solución puede afectar la uniformidad de la concentración del baño. Los iones de cobre en la capa de difusión se transportan a la capa de Helmholtz exterior a través de la difusión y la migración de iones en el baño. Los iones de cobre en el baño principal se transportan a la superficie del cátodo a través de la convección y la migración de iones. Durante el proceso de galvanoplastia horizontal, los iones de cobre en el baño de galvanoplastia se transportan cerca del cátodo de tres maneras, formando una doble capa eléctrica.

La convección del baño se produce por agitación mecánica externa e interna y agitación por bomba, oscilación o rotación del propio electrodo y flujo del baño causado por la diferencia de temperatura. Cada vez más cerca de la superficie del electrodo sólido, el flujo de la solución de galvanoplastia se ralentiza cada vez más debido a la influencia de su resistencia a la fricción, cuando la tasa de convección en la superficie del electrodo sólido es cero. La capa de gradiente de velocidad formada desde la superficie del electrodo hasta el baño convectivo se llama capa de interfaz de flujo. El espesor de la capa de interfaz de flujo es aproximadamente diez veces mayor que el de la capa de difusión, por lo que la transmisión de iones en la capa de difusión apenas se ve afectada por la convección. Bajo la acción de un campo eléctrico, los iones en la solución de galvanoplastia se someten a la acción de la electricidad estática, lo que provoca la migración de iones, que se llama migración de iones. Su tasa de migración se expresa de la siguiente manera: u = zeon / 6 Pi R Delta · to. donde U es la tasa de migración de iones, Z es el número de cargas eléctricas de los iones, al igual que la carga eléctrica de los electrones (es decir, 161019c), e es el potencial eléctrico, R es el radio de los iones hidratados y Delta es la viscosidad de la solución de galvanoplastia. Según el cálculo de la ecuación, se puede ver que cuanto mayor sea la disminución del potencial e, menor será la viscosidad de la solución de galvanoplastia y mayor será la tasa de migración de iones.

Según la teoría de la deposición eléctrica, durante el proceso de galvanoplastia, la placa de circuito impreso en el cátodo es un electrodo polarizado no ideal, los iones de cobre adsorbidos en la superficie del cátodo obtienen electrones y se reducen a átomos de cobre, lo que aumenta la concentración de iones de cobre cerca del cátodo. Menos. Por lo tanto, se forma un gradiente de concentración de iones de cobre cerca del cátodo. La capa de baño con una concentración de iones de cobre inferior a la concentración del baño principal es la capa de difusión del baño. Sin embargo, la mayor concentración de iones de cobre en el baño principal se extenderá cerca del cátodo con menor concentración de iones de cobre y complementará constantemente el área del cátodo. Una placa de circuito impreso es similar a un cátodo plano, y la relación entre el tamaño de la corriente y el espesor de la capa de difusión es la ecuación de cotrell: donde I es la corriente, Z es el número de cargas eléctricas de iones de cobre, F es la constante de faraday, a es la superficie del cátodo, D es el Coeficiente de difusión de iones de cobre (d = KT / 6 Pi rdelta), CB es la concentración de iones de cobre en el baño principal, CO es la concentración de iones de cobre en la superficie del cátodo, D es el espesor de la capa de difusión, k es la constante de Portman (k = R / n), t es la temperatura, R Es el radio de iones de cobre hidratados, Delta es la viscosidad de la solución de galvanoplastia. Cuando la concentración de iones de cobre en la superficie del cátodo es cero, su corriente se llama corriente de difusión límite ii:

A partir de la fórmula anterior, se puede ver que el tamaño de la corriente de difusión limitada está determinado por la concentración de iones de cobre en el baño principal, el coeficiente de difusión de iones de cobre y el espesor de la capa de difusión. Cuando la concentración de iones de cobre en el baño principal es alta, el coeficiente de difusión de los iones de cobre es grande, el espesor de la capa de difusión es delgado y la corriente de difusión límite es grande.

De acuerdo con la fórmula anterior, para alcanzar valores de corriente límite más altos, es necesario tomar las medidas técnicas adecuadas, es decir, el uso de técnicas de calentamiento. Debido a que aumentar la temperatura puede aumentar el coeficiente de difusión, aumentar la velocidad de convección puede hacer que su vórtice y obtener una capa de difusión delgada y uniforme. A partir del análisis teórico anterior, se puede ver que aumentar la concentración de iones de cobre en el baño principal, aumentar la temperatura del baño y aumentar la velocidad de convección puede aumentar la corriente de difusión límite y lograr el objetivo de acelerar la velocidad del baño. La galvanoplastia horizontal se basa en un vórtice formado debido a la velocidad de convección acelerada del baño, lo que puede reducir efectivamente el espesor de la capa de difusión a unos 10 micras. Por lo tanto, cuando el sistema de galvanoplastia horizontal se utiliza para la galvanoplastia, la densidad de corriente puede ser tan alta como 8a / dm2. La clave de la galvanoplastia de PCB es cómo garantizar la uniformidad del espesor de la capa de cobre a ambos lados del sustrato y en la pared interior del agujero. Para obtener la uniformidad del espesor del recubrimiento, es necesario garantizar que el flujo del baño en ambos lados de la placa de impresión y en el agujero sea rápido y consistente para obtener una capa de difusión delgada y uniforme. Para lograr una capa de difusión delgada y uniforme, según la estructura actual del sistema de galvanoplastia horizontal, aunque hay muchas boquillas instaladas en el sistema, el baño se puede pulverizar rápidamente y verticalmente sobre la placa de impresión para acelerar el flujo del baño en el agujero. El flujo del baño es muy rápido, formando un vórtice en la parte superior e inferior del sustrato y en el agujero, reduciendo así la capa de difusión y haciéndola más uniforme. Sin embargo, cuando el líquido de galvanoplastia fluye repentinamente hacia el estrecho a través del agujero, el líquido de galvanoplastia en la entrada del agujero también experimentará un fenómeno de retorno inverso. Junto con la influencia de la distribución de la corriente eléctrica, este fenómeno a menudo conduce a la galvanoplastia de agujeros en la entrada. Debido a este efecto, la capa de cobre es demasiado gruesa, y la pared interior del agujero a través forma una capa de cobre en forma de hueso de perro. De acuerdo con el Estado de flujo del líquido de galvanoplastia en el agujero, es decir, el tamaño del vórtice y el retorno, y el análisis de la calidad del agujero de galvanoplastia, los parámetros de control solo se pueden determinar a través del método de prueba del proceso para lograr la uniformidad del espesor del recubrimiento de la placa de circuito impreso. Debido a que el tamaño del vórtice y el retorno todavía no se puede conocer por métodos teóricos de cálculo, solo se utiliza el método del proceso de medición. A partir de los resultados de la medición, se puede ver que para controlar la uniformidad del espesor de la capa de cobre galvanizado a través del agujero, es necesario ajustar los parámetros de proceso controlables de acuerdo con la relación vertical y horizontal del agujero a través de la placa de circuito impreso, e incluso seleccionar una solución de cobre galvanizado altamente dispersa. A continuación, se añaden los aditivos adecuados y se mejora el modo de alimentación, es decir, se utiliza una corriente de pulso inversa para la galvanoplastia, lo que permite obtener un recubrimiento de cobre con alta capacidad de distribución. Especialmente con el aumento del número de agujeros micro - ciegos en los laminados, no solo se debe utilizar un sistema de galvanoplastia horizontal para la galvanoplastia, sino también una vibración ultrasónica para promover el reemplazo y la circulación de líquidos de galvanoplastia en los agujeros micro - ciegos. Los datos se pueden ajustar para corregir los parámetros controlables y obtener resultados satisfactorios.

3. estructura básica del sistema de galvanoplastia horizontal

De acuerdo con las características de la galvanoplastia horizontal, es un método de galvanoplastia que cambia el modo de colocación de la placa de circuito impreso del nivel de galvanoplastia vertical al nivel de galvanoplastia paralela. En este momento, la placa de circuito impreso es un cátodo, y algunos sistemas de galvanoplastia horizontal utilizan pinzas conductoras y rodillos conductores para proporcionar corriente eléctrica. Desde el punto de vista de la conveniencia del sistema operativo, es más común utilizar el modo de suministro de energía de conducción de rodillos. Además de servir como cátodo, los rodillos conductores en el sistema de galvanoplastia horizontal también tienen la función de transportar placas de circuito impreso. Cada rodillo conductor está equipado con un dispositivo de resorte para adaptarse a las necesidades de galvanoplastia de placas de circuito impreso de diferentes grosores (0,10 - 5,00 mm). Sin embargo, durante el proceso de galvanoplastia, los componentes que entran en contacto con el baño pueden estar recubiertos de cobre y el sistema no puede funcionar durante mucho tiempo. Por lo tanto, en la actualidad, la mayoría de los sistemas de galvanoplastia horizontal están diseñados para cambiar el cátodo al ánodo y luego utilizar un conjunto de cátodos auxiliares para disolver electrolíticamente el cobre en el rodillo de galvanoplastia. Con fines de mantenimiento o reemplazo, el nuevo diseño del recubrimiento también permite desmontar o reemplazar fácilmente áreas propensas al desgaste. El ánodo consiste en una serie de cestas de titanio insolventes de tamaño ajustable, colocadas en posición superior e inferior de la placa de circuito impreso, rellenas con cobre soluble esférico de 25 mm de diámetro, con un contenido de fósforo de 0004 - 0006%, la distancia entre el cátodo y el ánodo. Es de 40 mm. El flujo del baño es un sistema compuesto por una bomba y una boquilla que permite que el baño fluya rápidamente en un tanque cerrado, alternando de ida y vuelta, arriba y abajo, lo que garantiza la uniformidad del flujo del baño. El líquido de galvanoplastia Se pulveriza verticalmente en la placa de circuito impreso, formando un vórtice de pulverización de pared en la superficie del sustrato del circuito impreso. El objetivo final es lograr un rápido flujo de líquido de chapado a ambos lados de la placa de circuito impreso y en el agujero a través, formando un vórtice. Además, se instala un sistema de filtrado en el tanque, con un filtro utilizado de 1,2 micras, para filtrar las impurezas de partículas producidas durante el proceso de galvanoplastia y garantizar que el líquido de galvanoplastia esté limpio y libre de contaminación.

Al fabricar sistemas de galvanoplastia horizontal, también se debe considerar la conveniencia de la operación y el control automático de los parámetros del proceso. Porque en la galvanoplastia real, con el tamaño de la placa de circuito impreso, el tamaño del diámetro del agujero y el grosor de cobre requerido, la velocidad de transmisión, la distancia entre la placa de circuito impreso, el tamaño de la Potencia de la bomba, la configuración de la boquilla, la dirección del cobre y la densidad de corriente y otros parámetros del proceso, es necesario probar, ajustar y controlar para obtener el grosor de la capa de cobre que cumple con los requisitos técnicos. Debe ser controlado por una computadora. Con el fin de mejorar la consistencia y fiabilidad de la eficiencia de la producción y la calidad de los productos secundarios, el preprocesamiento y el reprocesamiento de los agujeros a través de las placas de circuito impreso (incluidos los agujeros a través del chapado) se basan en programas de proceso para formar un sistema de galvanoplastia horizontal completo, adecuado para el desarrollo y lanzamiento de nuevos productos. Es necesario.

4. ventajas de desarrollo de la galvanoplastia horizontal

El desarrollo de la tecnología de galvanoplastia horizontal no es accidental, sino el resultado inevitable de las necesidades funcionales especiales de productos de placas de circuito impreso multicapa de alta densidad, alta precisión, multifuncionales y alta relación vertical y horizontal. Su ventaja es que es más avanzado que el proceso de galvanoplastia de marco vertical utilizado actualmente, y la calidad del producto es más confiable, lo que puede lograr una producción a gran escala. En comparación con el método de proceso de galvanoplastia vertical, tiene las siguientes ventajas:

1) se puede adaptar a varios tamaños, sin necesidad de instalación y suspensión manual, logrando una operación totalmente automática, lo que es extremadamente propicio para mejorar y garantizar que el proceso de operación no dañe la superficie del sustrato, sino también para la producción a gran escala.

2) en la revisión del proceso, no es necesario dejar una posición de compresión, lo que aumenta el área práctica y ahorra en gran medida la pérdida de materias primas.

3) todo el proceso de galvanoplastia horizontal está controlado por computadora, manteniendo el sustrato en las mismas condiciones para garantizar la uniformidad del recubrimiento en la superficie y el agujero de cada placa de circuito impreso.

4) desde el punto de vista de la gestión, la limpieza de los tanques de galvanoplastia y la adición y sustitución de líquidos de galvanoplastia se pueden automatizar por completo, y la gestión no se descontrolará debido a errores humanos.

5) a partir de los productos reales, se puede ver que la galvanoplastia horizontal adopta una limpieza horizontal de varios niveles, lo que ahorra en gran medida la cantidad de agua de limpieza y reduce la presión del tratamiento de aguas residuales.

6) debido a la operación cerrada del sistema, se reduce la contaminación del espacio de trabajo y el impacto directo de la evaporación térmica en el entorno del proceso, lo que mejora considerablemente el entorno de trabajo. Especialmente al hornear la placa, debido a la reducción de la pérdida de calor, se ahorra el consumo innecesario de energía y se mejora considerablemente la eficiencia de la producción.

5. Resumen

La aparición de la tecnología de galvanoplastia horizontal es completamente para satisfacer las necesidades de galvanoplastia a través de agujeros con alta relación vertical y horizontal. Sin embargo, debido a la complejidad y particularidad del proceso de galvanoplastia, todavía hay algunos problemas técnicos en el diseño y desarrollo del sistema de galvanoplastia. Esto debe mejorarse en la práctica. Sin embargo, el uso de sistemas de galvanoplastia horizontal es un gran desarrollo y progreso para la industria de circuitos impresos. Debido a que la aplicación de este equipo en la fabricación de placas multicapa de alta densidad muestra un gran potencial, no solo puede ahorrar mano de obra y tiempo de operación, sino que también es más rápido y eficiente que la producción tradicional de líneas de galvanoplastia vertical. Además, se reduce el consumo de energía, se reducen los residuos líquidos, las aguas residuales y los gases residuales a tratar, se mejora considerablemente el entorno y las condiciones del proceso y se mejora el nivel de calidad de los recubrimientos eléctricos. La línea de galvanoplastia horizontal es adecuada para la producción a gran escala que funciona ininterrumpidamente las 24 horas. La línea de galvanoplastia horizontal es más difícil de depurar que la línea de galvanoplastia vertical. Una vez finalizada la puesta en marcha, es muy estable. Ajustar el líquido de galvanoplastia para garantizar el funcionamiento estable de la placa de PCB durante mucho tiempo.