PCB Блог - Техническое описание горизонтального гальванического покрытия панелей PCB

I. ОБЩИЙ ОБЗОР

С быстрым развитием микроэлектронных технологий производство PCB - панелей быстро развивается в направлении многослойности, укладки, функциональности и интеграции. Это облегчает проектирование и проектирование схем с использованием небольших отверстий, узких интервалов и тонких линий при проектировании печатных схем, что затрудняет технологию изготовления печатных плат, В частности, из - за соотношения сторон между многослойными сквозными отверстиями превышает 5: 1, а глубокие слепые отверстия, широко используемые в слоевом прессе продукта, делают традиционный процесс вертикального гальванического покрытия не отвечающим техническим требованиям высококачественных и высоконадежных сквозных отверстий. Причина этого в основном заключается в анализе распределения тока по принципу гальванического покрытия. Во время фактического гальванического процесса было обнаружено, что распределение тока в отверстии имеет форму поясничного барабана, а распределение тока в отверстии постепенно уменьшается от края отверстия к центру отверстия, в результате чего большое количество меди оседает на поверхности и отверстии. На краю отверстия невозможно обеспечить стандартную толщину медного слоя, необходимого для центра отверстия. Иногда медный слой очень тонкий или не имеет медного слоя. В серьезных случаях это может привести к непоправимым потерям, в результате чего большое количество многослойных листов будет списано. Чтобы решить проблему качества продукции в серийном производстве, проблема глубокого покрытия в настоящее время решается как с точки зрения тока, так и с точки зрения добавок. Большинство процессов медного покрытия для печатных плат с высоким соотношением сторон выполняется при относительно низкой плотности тока с помощью высококачественных добавок, умеренного перемешивания воздуха и перемещения катода. Эффект гальванической добавки может быть показан только путем увеличения площади управления реакцией электрода в отверстии. Кроме того, движение катода очень полезно для повышения глубины покрытия покрытия, а степень поляризации покрытой части увеличивается. Скорость образования кристаллического ядра и скорость роста зерна компенсируют друг друга, тем самым получая высокопрочный медный слой. Однако, когда соотношение сторон проходного отверстия продолжает увеличиваться или появляются глубокие слепые отверстия, обе технологические меры становятся неэффективными, что приводит к технологии горизонтального гальванического покрытия. Это продолжение развития технологии вертикального гальванического покрытия, то есть новой технологии гальванического покрытия, разработанной на основе технологии вертикального гальванического покрытия. Ключом к этой технологии является создание совместимой горизонтальной системы гальванического покрытия, которая в сочетании с улучшением режима питания и другими вспомогательными устройствами делает раствор гальванического покрытия с высокой дисперсией лучше, чем метод вертикального гальванического покрытия.

2. Введение принципа горизонтального гальванического покрытия

Методы и принципы горизонтального и вертикального гальванического покрытия одинаковы, и оба должны иметь катод и анод. После включения происходит электродная реакция, ионизирующая основные компоненты электролита, так что заряженные положительные ионы перемещаются в отрицательную фазу зоны реакции электрода; Отрицательные ионы с зарядом движутся к электроду. Позитивный сдвиг фазы в зоне реакции приводит к образованию металлических осадочных покрытий и дегазации. Потому что процесс осаждения металла в катоде делится на три этапа: гидратированные ионы металла распространяются на катод; Второй этап - постепенное обезвоживание и адсорбция ионов гидратации металлов через диэлектрический слой; Первым шагом является адсорбция металлических ионов на поверхности катода, чтобы принять электроны и войти в металлическую решетку. Фактическое наблюдение в рабочей ванне представляет собой не наблюдаемую реакцию перехода гетерофазных электронов между твердофазными электродами и раствором гальванического покрытия в жидкой фазе. Его структура может быть объяснена принципом двойного слоя в теории гальванического покрытия. Когда электрод является катодом и находится в поляризованном состоянии, из - за статической энергии катионы с положительным зарядом, окруженными молекулами воды, упорядоченно расположены на катоде. Рядом фазовая плоскость, образованная центром катионов вблизи катода, называется внешним слоем Гельмгольца, а расстояние между внешним слоем и электродом составляет около 1 - 10 нанометров. Однако из - за общего положительного заряда, переносимого внешними катионами Гельмгольца, положительного заряда недостаточно, чтобы нейтрализовать отрицательный заряд на катоде. На гальванический раствор, расположенный дальше от катода, влияет конвекция, а концентрация катионов в растворе выше, чем концентрация анионов. Из - за статического электричества слой меньше внешнего слоя Гельмгольца и также подвержен тепловому движению. Катионы расположены не так компактно и аккуратно, как внешний слой Гельмгольца. Этот слой называется диффузионным слоем. Толщина диффузионного слоя обратно пропорциональна скорости потока ванны. То есть, чем быстрее расходится жидкость, тем тоньше диффузионный слой и наоборот. Обычно толщина диффузионного слоя составляет около 5 - 50 микрон. Он находится дальше от катода, а покрытие, достигаемое конвекцией, называется основным покрытием. Потому что конвекция, создаваемая раствором, влияет на однородность концентрации покрытия. Ионы меди в диффузионном слое передаются во внешний слой Гельмгольца через диффузию и перенос ионов в гальваническом растворе. Ионы меди в основной ванне транспортируются на поверхность катода через конвекцию и перенос ионов. Во время горизонтального гальванического покрытия ионы меди в гальваническом растворе передаются вблизи катода тремя способами, образуя двойной электрический слой.

Конвекция гальванического раствора образуется механическим перемешиванием и перемешиванием насосов снаружи и внутри, колебанием или вращением самого электрода и потоком гальванического раствора, вызванным перепадом температур. Чем ближе к поверхности твердого электрода, поток гальванического раствора замедляется из - за его сопротивления трению, и скорость конвекции на поверхности твердого электрода в это время равна нулю. Степень градиента скорости, образованная от поверхности электрода до конвективного покрытия, называется слоем интерфейса потока. Толщина текучего пограничного слоя примерно в десять раз превышает толщину диффузионного слоя, поэтому перенос ионов в диффузионном слое практически не зависит от конвекции. Под действием электрического поля ионы в гальваническом растворе подвергаются действию статического электричества, создавая ионную миграцию, известную как ионная миграция. Скорость его миграции выражается следующим образом: u = zeon / 6ír остров.Среди них u - скорость миграции ионов, z - количество зарядов ионов, электрический заряд электрона также (т. е. 1.61019C), E - потенциал, r - радиус ионов гидрата, остров - вязкость гальванического раствора. По расчетам этого уравнения видно, что чем больше уменьшается потенциал E, тем меньше вязкость гальванического раствора, тем быстрее перемещаются ионы.

Согласно теории электрического осаждения, во время гальванического процесса печатная плата на катоде представляет собой неидеально поляризованный электрод, в котором ионы меди, адсорбируемые на поверхности катода, получают электроны и восстанавливаются до атомов меди, что увеличивает концентрацию ионов меди вблизи катода. Сокращение Таким образом, вблизи катода образуется градиент концентрации ионов меди. Слой покрытия с концентрацией ионов меди ниже концентрации основного покрытия представляет собой диффузионный слой покрытия. Тем не менее, концентрация ионов меди в основном покрытии выше и распространяется в места с более низкой концентрацией ионов меди вблизи катода и постоянно пополняет площадь катода. Печатная плата похожа на плоский катод, соотношение между размером тока и толщиной диффузионного слоя является уравнением COTTRELL: I - электрический ток, z - заряд ионов меди, F - константа Фарадея, a - площадь поверхности катода, D - коэффициент диффузии ионов меди (D = KT / 6 мкр), концентрация ионов меди в основной ванне Cb, Co - плотность ионов меди на поверхности катода, D - толщина диффузионного слоя, K - константа Портмана (K = r / N), T - температура, r - радиус гидрата меди и остров - вязкость электролитного покрытия. Когда концентрация ионов меди на поверхности катода равна нулю, ток называется предельным диффузионным током ii:

Из вышеприведенной формулы видно, что размер предельного диффузионного тока определяется концентрацией ионов меди в основном покрытии, коэффициентом диффузии ионов меди и толщиной диффузионного слоя. Когда концентрация ионов меди в основном покрытии высока, коэффициент диффузии ионов меди велик, толщина диффузионного слоя тонкая, а ток диффузии ограничен.

Согласно вышеприведенной формуле, для достижения более высоких предельных значений тока необходимо принять соответствующие технические меры, то есть использовать технологию нагрева. Поскольку увеличение температуры может увеличить коэффициент диффузии, увеличение скорости конвекции может привести к образованию вихрей и получению тонкого и равномерного диффузионного слоя. Из вышеприведенного теоретического анализа, повышение концентрации ионов меди в основном покрытии, повышение температуры покрытия, повышение скорости конвекции могут увеличить предельный диффузионный ток, чтобы достичь цели ускорения покрытия. Горизонтальное гальваническое покрытие основано на вихрях, образующихся из - за ускорения конвекции раствора покрытия, что может эффективно уменьшить толщину диффузионного слоя примерно до 10 микрон. Таким образом, при нанесении гальванического покрытия с использованием системы горизонтального гальванического покрытия плотность тока может достигать 8A / dm2. Ключом к гальваническому покрытию PCB является обеспечение равномерности толщины медного слоя и внутренней стенки перфорации по обе стороны фундамента. Чтобы получить однородность толщины покрытия, необходимо обеспечить быстрое согласование скорости потока покрытия с обеих сторон печатной пластины и в сквозном отверстии, чтобы получить тонкий и равномерный диффузионный слой. Для достижения тонкого и равномерного диффузионного слоя, в соответствии со структурой современной горизонтальной системы гальванического покрытия, несмотря на многочисленные сопла, установленные в системе, гальванический раствор может быть быстро и вертикально впрыскивается на печатную пластину, чтобы ускорить поток гальванического раствора в сквозном отверстии. Скорость потока гальванического раствора очень высока, и в верхней и нижней частях фундамента, а также в сквозных отверстиях образуется вихревой ток, который уменьшает диффузионный слой и становится более однородным. Однако, когда покрытие внезапно попадает в узкое сквозное отверстие, покрытие у входа в отверстие также имеет обратный обратный поток. В сочетании с эффектом распределения тока это явление часто приводит к гальваническому отверстию у входа. Из - за этого эффекта медный слой слишком толстый, а внутренняя стенка сквозного отверстия образует медное покрытие в форме собачьей кости. В зависимости от состояния потока покрытия в сквозном отверстии, то есть размера вихря и обратного потока, а также анализа качества сквозного отверстия проводящего покрытия, параметры управления могут быть определены только методом технологических испытаний для достижения однородности толщины покрытия печатной платы. Поскольку размер вихря и обратного потока все еще не может быть известен теоретическим методом расчета, используется только метод измерения процесса. Из измерений видно, что для контроля однородности толщины медного покрытия сквозным отверстием необходимо регулировать контролируемые технологические параметры в соответствии с отношением ширины и поперечного отверстия печатной платы и даже выбирать высокодисперсный медный раствор для гальванического покрытия, Затем добавьте соответствующую добавку, чтобы улучшить способ питания, то есть использовать обратный импульсный ток для гальванического покрытия, вы можете получить медное покрытие с высокой способностью распределения. В частности, по мере увеличения количества микрослепых отверстий в слоистой пластине должно использоваться не только горизонтальное гальваническое покрытие, но и ультразвуковая вибрация для содействия замене и циркуляции гальванического раствора в микрослепых отверстиях. Данные могут быть скорректированы для коррекции контролируемых параметров и получения удовлетворительных результатов.

3. Основная структура горизонтальной гальванической системы

В соответствии с характеристиками горизонтального гальванического покрытия это метод гальванического покрытия, который изменяет способ размещения печатной платы с вертикального уровня гальванического покрытия на параллельный уровень гальванического покрытия. На этом этапе печатная плата является катодом, и некоторые горизонтальные системы гальванического покрытия используют токопроводящие зажимы и токопроводящие валки для обеспечения тока. С точки зрения удобства операционной системы, более распространенным является способ подачи с использованием барабанной проводимости. В дополнение к катоду токопроводящие валки в горизонтальной системе гальванического покрытия также имеют функцию транспортировки печатных плат. Каждый токопроводящий ролик оснащен пружинным устройством, предназначенным для удовлетворения потребностей в гальваническом покрытии печатных плат различной толщины (0,10 - 5,00 мм). Однако во время гальванического процесса детали, контактирующие с гальваническим раствором, могут быть покрыты медным слоем, и система не может работать в течение длительного времени. Поэтому большинство современных горизонтальных систем гальванического покрытия предназначены для переключения катода на анод, а затем для электролиза меди на гальваническом валке с использованием набора вспомогательных катодов. Для целей обслуживания или замены новая конструкция покрытия также позволяет легко удалять или заменять зоны, которые легко изнашиваются. Анолы изготовлены из решетки нерастворимых титановых корзин регулируемого размера, которые размещены в верхнем и нижнем положении печатной платы и заполнены сферической растворимой медью диаметром 25 мм с содержанием фосфора 0004 - 0006% и расстоянием между катодом и анодом. Для 40 мм. Поток покрытия представляет собой систему, состоящую из насоса и сопла, так что покрытие быстро течет в закрытой ванне покрытия, чередуясь туда и обратно, чередуя вверх и вниз, чтобы обеспечить однородность потока покрытия. На печатную плату впрыскивается жидкость вертикально, образуя вихревой ток на стенке на поверхности основной платы печатной схемы. Конечной целью является быстрое движение гальванического раствора по обе стороны печатной платы и образование вихревых токов через отверстия. Кроме того, в канавке установлена система фильтрации, которая использует сетку фильтра 1,2 микрона, которая отфильтровывает частицы примесей, образующихся в процессе гальванического покрытия, чтобы убедиться, что гальваническая жидкость чиста и не загрязнена.

При изготовлении горизонтальных гальванических систем следует также учитывать удобство эксплуатации и автоматическое управление технологическими параметрами. Потому что в реальном гальваническом покрытии, с размером печатной платы, размером диаметра отверстия и требуемой толщиной меди, скоростью передачи, расстоянием между печатными платами, размером мощности насоса, расположением сопла, технологическими параметрами, такими как направление меди и плотность тока, необходимо пройти испытания, Для получения толщины слоя меди, соответствующей техническим требованиям. Он должен контролироваться компьютером. Для повышения эффективности производства и согласованности и надежности качества подсистемы, передняя и задняя обработка сквозных отверстий печатных плат (включая отверстия для гальванического покрытия) основаны на технологических процессах, образуя полную горизонтальную систему гальванического покрытия, подходящую для разработки и запуска новых продуктов. Потребности

Преимущества горизонтального гальванического покрытия

Развитие технологии горизонтального гальванического покрытия не является случайным, а является неизбежным результатом особых функциональных потребностей в изделиях с высокой плотностью, высокой точностью, многофункциональностью и высоким соотношением сторон к многослойным печатным платам. Его преимущество заключается в том, что он более совершенен, чем используемый в настоящее время процесс гальванизации вертикальной стойки, качество продукции более надежно, может быть достигнуто массовое производство. По сравнению с методом вертикального гальванического покрытия он имеет следующие преимущества:

1) Он может быть адаптирован к широкому спектру размеров без ручной установки и подвески, а также для достижения всех автоматических операций, что чрезвычайно выгодно для улучшения и обеспечения того, чтобы процесс работы не повредил поверхность фундамента и чрезвычайно полезно для массового производства.

2) В технологическом обзоре нет необходимости оставлять место захвата, добавлена практическая площадь, что значительно экономит потерю сырья.

Весь процесс горизонтального гальванического покрытия контролируется компьютером, так что базовая плата находится в одинаковых условиях, чтобы обеспечить однородность гальванического покрытия поверхности и отверстия каждой печатной платы.

4) С точки зрения управления, очистка гальванических ванн, добавление и замена гальванической жидкости могут быть полностью автоматизированы, управление не выйдет из - под контроля из - за человеческой ошибки.

5) Из фактической продукции видно, что горизонтальное гальваническое покрытие использует многоступенчатую горизонтальную очистку, что значительно экономит количество очищенной воды и снижает давление обработки сточных вод.

6) Благодаря закрытой эксплуатации системы удалось сократить загрязнение рабочего пространства и прямое воздействие теплового испарения на технологическую среду, что значительно улучшило условия труда. Особенно при выпечке листов, благодаря снижению тепловых потерь, экономия ненужного потребления энергии значительно повышает эффективность производства.

5. Резюме

Технология горизонтального гальванического покрытия появилась исключительно для удовлетворения потребностей в гальваническом покрытии с высоким вертикальным и горизонтальным сечением отверстий. Однако из - за сложности и специфики процесса гальванизации по - прежнему существуют некоторые технические проблемы с проектированием и разработкой системы гальванического покрытия. Это необходимо улучшить на практике. Тем не менее, использование горизонтальных гальванических систем является огромным развитием и прогрессом для индустрии печатных схем. Поскольку применение этого типа оборудования в производстве многослойных листов высокой плотности демонстрирует огромный потенциал, оно не только экономит рабочую силу и рабочее время, но и быстрее и эффективнее, чем традиционное производство вертикальных линий покрытия. Кроме того, уменьшается энергопотребление, уменьшаются отходы, сточные воды и выхлопные газы, подлежащие обработке, значительно улучшается технологическая среда и условия, улучшается качество электрического покрытия. Горизонтальная гальваническая линия предназначена для проведения крупномасштабных производственных операций в течение 24 часов без перерыва. Горизонтальные линии гальванического покрытия немного сложнее отлаживать, чем вертикальные линии гальванического покрытия. Как только отладка завершена, она очень стабильна. Гальванический раствор корректируется для обеспечения стабильной работы на пластине PCB в течение длительного времени.