Dati PCB - Introduzione della tecnologia di galvanizzazione orizzontale della scheda PCB

I. Panoramica

Con il rapido sviluppo della tecnologia microelettronica, la fabbricazione di Scheda PCB si sta sviluppando rapidamente nella direzione di multistrato, stack-up, funzionalizzazione, e integrazione. Promuove la progettazione e la progettazione di modelli di circuito utilizzando piccoli fori, spaziatura stretta, e fili sottili nella progettazione di circuiti stampati, che rende la tecnologia di produzione dei circuiti stampati più difficile, I fori ciechi profondi ampiamente utilizzati nel laminato rendono il processo di galvanizzazione verticale convenzionale incapace di soddisfare i requisiti tecnici dei fori di interconnessione di alta qualità e alta affidabilità. La ragione principale di questo è analizzare lo stato di distribuzione corrente dal principio di galvanizzazione. Durante la galvanizzazione effettiva, Si è scoperto che la distribuzione corrente nel foro presenta una forma di tamburo a vita, e la distribuzione corrente nel foro diminuisce gradualmente dal bordo del foro al centro del foro, con conseguente deposito di una grande quantità di rame sulla superficie e sul foro. Sul bordo del foro, è impossibile garantire lo spessore standard dello strato di rame al centro del foro dove è richiesto il rame. A volte lo strato di rame è molto sottile o non c'è strato di rame. In casi gravi, causerà perdite irreparabili, con conseguente rottamazione di un gran numero di pannelli multistrato. Al fine di risolvere il problema di qualità del prodotto nella produzione di massa, Il problema della placcatura a fori profondi è attualmente risolto dagli aspetti della corrente e degli additivi. La maggior parte dei processi di galvanizzazione del rame per circuiti stampati ad alto rapporto di aspetto viene eseguita a densità di corrente relativamente basse con l'aiuto di additivi di alta qualità, agitazione moderata dell'aria, e movimento catodico. L'effetto degli additivi galvanici può essere visualizzato solo aumentando l'area di controllo della reazione dell'elettrodo nel foro. Inoltre, Il movimento del catodo è molto vantaggioso per il miglioramento della capacità di placcatura profonda della soluzione di placcatura, e il grado di polarizzazione della parte placcata aumenta. La velocità di formazione del nucleo di cristallo e la velocità di crescita dei grani di cristallo compensano l'un l'altro, in modo da ottenere uno strato di rame ad alta tenacità. Tuttavia, quando il rapporto di aspetto del foro passante continua ad aumentare o compaiono fori ciechi profondi, queste due misure di processo diventano inefficaci, con conseguente tecnologia di galvanizzazione orizzontale. È la continuazione dello sviluppo della tecnologia di galvanizzazione verticale, che è, una nuova tecnologia di galvanizzazione sviluppata sulla base del processo di galvanizzazione verticale. La chiave di questa tecnologia è quella di creare un sistema di galvanizzazione orizzontale compatibile tra loro in modo che la soluzione di placcatura con alta dispersibilità possa essere migliore del metodo di galvanizzazione verticale con il miglioramento della modalità di alimentazione e la cooperazione di altri dispositivi ausiliari.

2. Introduzione al principio della galvanizzazione orizzontale

I metodi e i principi di galvanizzazione orizzontale e galvanizzazione verticale sono gli stessi ed entrambi devono avere elettrodi catodici e anodici. Dopo elettrificazione, si verifica una reazione dell'elettrodo per ionizzare i componenti principali dell'elettrolita, in modo che gli ioni positivi caricati si spostino nella fase negativa della zona di reazione dell'elettrodo; gli ioni negativi caricati si muovono verso l'elettrodo. Lo spostamento di fase positivo della zona di reazione produce quindi un rivestimento di deposizione di metallo e l'escassaggio. Perché il processo di deposizione del metallo al catodo è diviso in tre fasi: cioè, gli ioni idratati del metallo diffondono al catodo; il secondo passo consiste nel fatto che gli ioni metallici idratati siano gradualmente disidratati e adsorbiti sulla superficie del catodo quando passano attraverso il doppio strato elettrico; Il primo passo è che gli ioni metallici adsorbiti sulla superficie del catodo accettano elettroni e entrano nel reticolo metallico. L'osservazione effettiva del serbatoio di lavoro è una reazione di trasferimento elettronico fuori fase non osservabile tra l'elettrodo in fase solida e l'interfaccia della soluzione di placcatura in fase liquida. La sua struttura può essere spiegata dal principio del doppio strato elettrico nella teoria della galvanizzazione. Quando l'elettrodo è un catodo ed è in uno stato polarizzato, cationi con cariche positive circondati da molecole d'acqua sono disposti in modo ordinato al catodo a causa della forza elettrostatica. Nelle vicinanze, il piano di fase formato dal punto centrale cationico vicino al catodo è chiamato strato esterno di Helmholtz e la distanza tra lo strato esterno e l'elettrodo è di circa 1-10 nanometri. Ma a causa della quantità totale di carica positiva trasportata dai cationi nello strato esterno di Helmholtz, la carica positiva è insufficiente a neutralizzare la carica negativa sul catodo. La soluzione di placcatura più lontana dal catodo è influenzata dalla convezione e la concentrazione di cationi nello strato di soluzione è superiore a quella degli anioni. Questo strato è più piccolo dello strato esterno Helmholtz a causa della forza elettrostatica ed è anche influenzato dal movimento termico. La disposizione cationica non è così compatta e ordinata come lo strato esterno di Helmholtz. Questo strato è chiamato strato di diffusione. Lo spessore dello strato di diffusione è inversamente proporzionale alla portata del bagno. Cioè, più veloce è la portata della soluzione di placcatura, più sottile è lo strato di diffusione e viceversa. Generalmente, lo spessore dello strato di diffusione è di circa 5-50 micron. È più lontano dal catodo e lo strato della soluzione di placcatura raggiunto dalla convezione è chiamato la soluzione principale di placcatura. Perché la convezione prodotta dalla soluzione influenzerà l'uniformità della concentrazione della soluzione di placcatura. Gli ioni di rame nello strato di diffusione vengono trasportati nello strato esterno di Helmholtz mediante diffusione e migrazione ionica nella soluzione di placcatura. Gli ioni di rame nel bagno principale sono trasportati alla superficie del catodo mediante convezione e migrazione ionica. Nel processo di galvanizzazione orizzontale, gli ioni di rame nella soluzione di placcatura vengono trasportati nelle vicinanze del catodo in tre modi per formare un doppio strato elettrico.

La convezione della soluzione di placcatura è generata dall'agitazione meccanica esterna ed interna e dalla agitazione della pompa, dall'oscillazione o dalla rotazione dell'elettrodo stesso e dal flusso della soluzione di placcatura causato dalla differenza di temperatura. Più vicino alla superficie dell'elettrodo solido, il flusso della soluzione di galvanizzazione diventa più lento e lento a causa dell'influenza della sua resistenza all'attrito e la velocità di convezione sulla superficie dell'elettrodo solido in questo momento è zero. Lo strato gradiente di velocità formato dalla superficie dell'elettrodo alla soluzione di placcatura convettiva è chiamato strato di interfaccia di flusso. Lo spessore dello strato di interfaccia di flusso è circa dieci volte quello dello strato di diffusione, quindi il trasporto degli ioni nello strato di diffusione è difficilmente influenzato dalla convezione. Sotto l'azione del campo elettrico, gli ioni nella soluzione di galvanizzazione sono sottoposti a forza elettrostatica per causare il trasporto ionico, che è chiamato migrazione ionica. Se u è la velocità di migrazione ionica, z è il numero di carica dello ione, così come la carica di un elettrone (cioè 1.61019C), E è il potenziale, r è il raggio dello ione idrato e Î è la viscosità della soluzione galvanica. Secondo il calcolo dell'equazione, si può vedere che maggiore è la caduta del potenziale E, minore è la viscosità della soluzione galvanica e più veloce è la velocità di migrazione ionica.

Secondo la teoria dell'elettrodeposizione, durante la galvanizzazione, il circuito stampato sul catodo è un elettrodo polarizzato non ideale e gli ioni di rame adsorbiti sulla superficie del catodo guadagnano elettroni e sono ridotti in atomi di rame in modo che la concentrazione di ioni di rame vicino al catodo aumenta. ridurre. Pertanto, un gradiente di concentrazione degli ioni di rame si forma vicino al catodo. Lo strato della soluzione di placcatura con una concentrazione di ioni di rame inferiore alla concentrazione della soluzione di placcatura principale è lo strato di diffusione della soluzione di placcatura. Tuttavia, la concentrazione di ioni di rame nella soluzione principale di placcatura è più alta e si diffonderà nel luogo vicino al catodo dove la concentrazione di ioni di rame è più bassa e riempirà continuamente l'area catodica. Il circuito stampato è simile a un catodo piatto e la relazione tra la grandezza della corrente e lo spessore dello strato di diffusione è l'equazione COTTRELL: dove I è corrente, z è il numero di carica degli ioni di rame, F è la costante di Faraday, A è l'area della superficie del catodo e D è il coefficiente di diffusione degli ioni di rame (D=KT/6πrη), Cb è la concentrazione degli ioni di rame nel bagno principale, Co è la concentrazione degli ioni di rame sulla superficie del catodo, D è lo spessore dello strato di diffusione e K è la costante di Portman (K = R/N ), T è la temperatura, r è il raggio dello ione idrato di rame e η è la viscosità della soluzione galvanica. Quando la concentrazione di ioni di rame sulla superficie del catodo è zero, la sua corrente è chiamata corrente di diffusione limitante ii:

Si può vedere dalla formula di cui sopra che la grandezza della corrente di diffusione limitante è determinata dalla concentrazione di ioni di rame della soluzione principale di placcatura, dal coefficiente di diffusione degli ioni di rame e dallo spessore dello strato di diffusione. Quando la concentrazione di ioni di rame nella soluzione principale di placcatura è alta, il coefficiente di diffusione degli ioni di rame è grande, lo spessore dello strato di diffusione è sottile e la corrente di diffusione limitante è più grande.

Secondo la formula di cui sopra, al fine di raggiungere un valore limite corrente più elevato, è necessario adottare misure tecnologiche appropriate, vale a dire l'uso della tecnologia di riscaldamento. Poiché aumentare la temperatura può aumentare il coefficiente di diffusione, aumentando il tasso di convezione può renderlo vorticoso e ottenere uno strato di diffusione sottile e uniforme. Dall'analisi teorica di cui sopra, aumentando la concentrazione di ioni di rame nella soluzione principale di placcatura, aumentando la temperatura della soluzione di placcatura e aumentando il tasso di convezione può aumentare la corrente di diffusione limite e raggiungere lo scopo di accelerare il tasso di placcatura. La placcatura orizzontale si basa sulla formazione di correnti parassite dovute alla velocità di convezione accelerata della soluzione di placcatura, che può ridurre efficacemente lo spessore dello strato di diffusione a circa 10 micron. Pertanto, quando il sistema di galvanizzazione orizzontale è utilizzato per galvanizzazione, la densità di corrente può essere alta fino a 8A / dm2. La chiave per galvanizzazione PCB è come garantire l'uniformità dello spessore dello strato di rame su entrambi i lati del substrato e la parete interna del foro via. Per ottenere l'uniformità dello spessore del rivestimento, è necessario garantire che la portata della soluzione di placcatura su entrambi i lati del cartone stampato e nei fori passanti sia veloce e consistente per ottenere uno strato di diffusione sottile e uniforme. Al fine di ottenere uno strato di diffusione sottile e uniforme, secondo la struttura dell'attuale sistema di galvanizzazione orizzontale, anche se molti ugelli sono installati nel sistema, la soluzione di placcatura può essere rapidamente e verticalmente spruzzata sulla scheda stampata per accelerare il flusso della soluzione di placcatura nei fori passanti. La portata della soluzione di placcatura è molto veloce e le correnti vorticose si formano sui lati superiore e inferiore del substrato e nei fori passanti in modo che lo strato di diffusione sia ridotto e più uniforme. Tuttavia, quando la soluzione di placcatura scorre improvvisamente nello stretto foro passante, la soluzione di placcatura all'ingresso del foro passante avrà anche un fenomeno di riflusso inverso. Insieme all'influenza della distribuzione della corrente, il fenomeno provoca spesso la galvanizzazione del foro all'ingresso. Lo strato di rame è troppo spesso a causa dell'effetto, e la parete interna del foro passante forma uno strato di placcatura di rame a forma di osso di cane. Secondo lo stato di flusso della soluzione di placcatura nel foro passante, cioè la dimensione della corrente parassita e del riflusso e l'analisi della qualità del foro passante placcato conduttivo, i parametri di controllo possono essere determinati solo dal metodo di prova di processo per raggiungere l'uniformità dello spessore della placcatura del circuito stampato. Poiché la dimensione della corrente parassita e del flusso di ritorno non possono ancora essere conosciute con il metodo di calcolo teorico, viene utilizzato solo il metodo di processo misurato. Dai risultati misurati, è noto che per controllare l'uniformità dello spessore dello strato di galvanizzazione in rame passante, è necessario regolare i parametri di processo controllabili in base al rapporto di aspetto dei fori passanti del circuito stampato e persino scegliere una soluzione di galvanizzazione in rame ad alta dispersione. e quindi l'aggiunta di additivi appropriati e il miglioramento della modalità di alimentazione, cioè utilizzando la corrente di impulso inverso per la galvanizzazione, può ottenere un rivestimento di rame con alta capacità di distribuzione. Soprattutto con l'aumento del numero di fori micro-ciechi nei laminati, non solo il sistema di galvanizzazione orizzontale dovrebbe essere utilizzato per la galvanizzazione, ma anche le vibrazioni ultrasoniche dovrebbero essere utilizzate per promuovere la sostituzione e la circolazione della soluzione di placcatura nei fori micro-ciechi. I dati possono essere regolati per correggere i parametri controllabili e si possono ottenere risultati soddisfacenti.

3. Struttura di base del sistema di galvanizzazione orizzontale

Secondo le caratteristiche della galvanizzazione orizzontale, è un metodo di galvanizzazione in cui il modo di posizionare il circuito stampato viene cambiato da livello liquido di placcatura verticale a livello parallelo. In questo momento, il circuito stampato è il catodo e alcuni sistemi di galvanizzazione orizzontali utilizzano clip conduttive e rulli conduttivi per l'alimentazione della corrente. Dal punto di vista della convenienza del sistema operativo, è più comune utilizzare il metodo di alimentazione della conduzione a rulli. Oltre ad essere il catodo, i rulli conduttivi nel sistema di galvanizzazione orizzontale hanno anche la funzione di trasportare il circuito stampato. Ogni rullo conduttivo è dotato di un dispositivo a molla, e il suo scopo è quello di adattarsi alle esigenze di galvanizzazione di circuiti stampati (0.10-5.00mm) di diversi spessori. Tuttavia, durante la galvanizzazione, le parti a contatto con la soluzione di placcatura possono essere placcate con uno strato di rame e il sistema non può funzionare a lungo. Pertanto, la maggior parte degli attuali sistemi di galvanizzazione orizzontale sono progettati per commutare il catodo ad un anodo e quindi utilizzare un insieme di catodi ausiliari per sciogliere elettroliticamente il rame sui rulli placcati. Per scopi di manutenzione o sostituzione, il nuovo design di placcatura consente anche una facile rimozione o sostituzione delle aree soggette all'usura. L'anodo è costituito da una serie di cesti insolubili in titanio che possono essere regolati nelle dimensioni, che sono posizionati nelle posizioni superiori e inferiori del circuito stampato e sono riempiti con rame sferico e solubile di diametro 25mm con un contenuto di fosforo di 0,004-0,006% e la distanza tra il catodo e l'anodo. è 40mm. Il flusso della soluzione di placcatura è un sistema composto da una pompa e un ugello, che fa scorrere rapidamente la soluzione di placcatura nel serbatoio chiuso di placcatura, alternativamente avanti e indietro e su e giù e può garantire l'uniformità del flusso della soluzione di placcatura. La soluzione di placcatura viene spruzzata verticalmente sul circuito stampato, formando una corrente parassita a getto di parete sulla superficie del circuito stampato. L'obiettivo finale è quello di raggiungere il flusso rapido della soluzione di placcatura su entrambi i lati del circuito stampato e attraverso fori per formare correnti vorticose. Inoltre, nel serbatoio è installato un sistema di filtraggio e la rete filtrante utilizzata è di 1,2 micron per filtrare le impurità del particolato generate durante il processo di galvanizzazione per garantire che la soluzione di placcatura sia pulita e priva di inquinamento.

Nella fabbricazione di sistemi di galvanizzazione orizzontali, dovrebbero essere prese in considerazione anche la facilità di funzionamento e il controllo automatico dei parametri di processo. Perché nella galvanizzazione effettiva, con la dimensione del circuito stampato, la dimensione del diametro del foro passante e lo spessore del rame richiesto, la velocità di trasmissione, la distanza tra i circuiti stampati, la dimensione dei cavalli della pompa, l'ugello L'impostazione dei parametri di processo come la direzione del rame e la densità di corrente, ecc., tutti devono essere testati, Regolato e controllato al fine di ottenere lo spessore dello strato di rame che soddisfa i requisiti tecnici. Deve essere controllato da un computer. Al fine di migliorare l'efficienza produttiva e la coerenza e l'affidabilità della qualità dei sottoprodotti, la pre-e post-lavorazione dei fori passanti (compresi i fori placcati) del circuito stampato si basano sulle procedure di processo per formare un sistema di galvanizzazione orizzontale completo, adatto allo sviluppo e al lancio di nuovi prodotti. bisogno.

4. I vantaggi di sviluppo della galvanizzazione orizzontale

Lo sviluppo della tecnologia di galvanizzazione orizzontale non è casuale, ma un risultato inevitabile della necessità di funzioni speciali di prodotti per circuiti stampati multistrato ad alta densità, alta precisione, multifunzionali e ad alto rapporto di aspetto. Il suo vantaggio è che è più avanzato del processo di placcatura verticale attualmente utilizzato, la qualità del prodotto è più affidabile e può raggiungere la produzione su larga scala. Ha i seguenti vantaggi rispetto al metodo del processo di placcatura verticale:

1) Può adattarsi a una vasta gamma di dimensioni, senza installazione manuale e sospensione, e realizzare tutte le operazioni automatiche, che è estremamente utile per migliorare e garantire che il processo operativo non danneggi la superficie del substrato ed è estremamente utile per la produzione su larga scala.

2) Nella revisione del processo, non c'è bisogno di lasciare una posizione di bloccaggio, aumentare l'area pratica e risparmiare notevolmente la perdita di materie prime.

3) L'intero processo di galvanizzazione orizzontale è controllato da un computer, in modo che il substrato sia nelle stesse condizioni per garantire l'uniformità della placcatura sulla superficie e sui fori di ogni circuito stampato.

4) Dal punto di vista della gestione, la pulizia del serbatoio di placcatura e l'aggiunta e la sostituzione della soluzione di placcatura, possono essere completamente automatizzati e la gestione non sarà fuori controllo a causa di errori umani.

5) Può essere noto dal prodotto reale che la galvanizzazione orizzontale adotta la pulizia orizzontale multistadio, che notevolmente risparmia la quantità di acqua di pulizia e riduce la pressione del trattamento delle acque reflue.

6) Poiché il sistema adotta il funzionamento chiuso, riduce l'inquinamento dello spazio di lavoro e l'influenza diretta dell'evaporazione del calore sull'ambiente di processo e migliora notevolmente l'ambiente di lavoro. Soprattutto quando si cuoce la piastra, perché la perdita di calore è ridotta, il consumo inutile di energia viene risparmiato e l'efficienza produttiva è notevolmente migliorata.

5. Sintesi

L'emergere della tecnologia di placcatura orizzontale è intera per soddisfare le esigenze di placcatura attraverso foro ad alto rapporto di aspetto. Tuttavia, per la complessità e la particolarità del processo di galvanizzazione, ci sono ancora alcuni problemi tecnici nella progettazione e nello sviluppo del sistema di galvanizzazione. Ciò deve essere migliorato nella pratica. Nondimeno, L'uso di sistemi di galvanizzazione orizzontali è un grande sviluppo e progresso per l'industria dei circuiti stampati. Perché l'applicazione di questo tipo di apparecchiature nella produzione di schede multistrato ad alta densità mostra un grande potenziale, non può solo risparmiare manodopera e tempo di funzionamento, ma producono anche più velocemente ed efficienti rispetto alle tradizionali linee di galvanizzazione verticale. Inoltre, il consumo energetico è ridotto, il liquido residuo, acque reflue, e i gas di scarico da trattare sono ridotti, l'ambiente di processo e le condizioni sono notevolmente migliorate, e il livello di qualità dello strato galvanico è migliorato. La linea di galvanizzazione orizzontale è adatta per il funzionamento ininterrotto di 24 ore di produzione su larga scala. La linea di galvanizzazione orizzontale è leggermente più difficile da eseguire il debug rispetto alla linea di galvanizzazione verticale. Una volta completato il debug, è molto stabile. La soluzione di placcatura è regolata per garantire un funzionamento stabile per un lungo periodo Scheda PCB.