Thông tin PCB - Quá trình khắc PCB mạch ngoài

I. Hồ sơ

Hiện nay, quá trình xử lý bảng mạch in điển hình sử dụng "phương pháp mạ mẫu". Đó là, một lớp chống ăn mòn chì-thiếc được mạ trước trên phần lá đồng của lớp ngoài của bảng cần được giữ lại, tức là phần đồ họa của mạch, sau đó phần còn lại của lá đồng bị ăn mòn về mặt hóa học, được gọi là khắc. Điều quan trọng cần lưu ý là lúc này trên bảng có hai lớp đồng. Trong quá trình khắc lớp ngoài, chỉ cần một lớp đồng được khắc hoàn toàn và phần còn lại sẽ tạo thành mạch mong muốn cuối cùng. Lớp mạ kiểu này được đặc trưng bởi sự hiện diện của một lớp đồng chỉ bên dưới chất chống ăn mòn chì-thiếc. Một phương pháp xử lý khác là mạ đồng toàn bộ bảng, với một phần ngoại trừ màng cảm quang chỉ là lớp chống ăn mòn thiếc hoặc chì-thiếc. Quá trình này được gọi là "quá trình mạ đồng toàn bộ tấm". Nhược điểm của mạ đồng toàn bộ tấm so với mạ mẫu là đồng được mạ hai lần ở mọi nơi trên tấm và phải được khắc ra trong quá trình khắc. Vì vậy, khi chiều rộng đường rất mỏng, có một loạt các vấn đề phát sinh. Đồng thời, ăn mòn bên (xem Hình 4) có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính đồng nhất của đường.

Trong số các kỹ thuật gia công cho mạch ngoài bảng mạch in, có một cách khác để sử dụng màng nhạy cảm thay vì lớp phủ kim loại làm lớp chống ăn mòn. Phương pháp này rất giống với quy trình khắc lớp bên trong và có thể tham khảo khắc trong quy trình sản xuất lớp bên trong. Hiện nay, thiếc hoặc chì thiếc là một lớp chống ăn mòn thường được sử dụng trong quá trình khắc của chất khắc amoniac. Chất khắc amoniac là một chất lỏng hóa học thường được sử dụng mà không có bất kỳ phản ứng hóa học nào với thiếc hoặc chì thiếc. Chất khắc amoniac chủ yếu đề cập đến dung dịch khắc amoniac/amoni clorua. Ngoài ra, các giải pháp khắc amoniac/amoni sulfat cũng có sẵn trên thị trường. Dung dịch khắc dựa trên sulfate, sau khi sử dụng, đồng trong đó có thể được tách ra bằng điện phân, do đó có thể được tái sử dụng. Do tỷ lệ ăn mòn thấp, nó thường hiếm trong sản xuất thực tế, nhưng dự kiến sẽ được sử dụng để khắc clo miễn phí. Một số người đã cố gắng sử dụng hydrogen peroxide sulfate làm chất khắc để ăn mòn các mô hình bên ngoài. Quá trình này chưa được áp dụng rộng rãi trong ý nghĩa thương mại vì nhiều lý do như kinh tế và xử lý chất thải. Ngoài ra, hydrogen peroxide sulfate không thể được sử dụng để khắc chì-thiếc chống ăn mòn, và quá trình này không phải là PCB, nó là phương pháp chính để sản xuất lớp ngoài của bảng mạch, vì vậy hầu hết mọi người ít quan tâm đến nó.

2. Chất lượng khắc và các vấn đề ban đầu

Yêu cầu cơ bản về chất lượng khắc là khả năng loại bỏ hoàn toàn tất cả các lớp đồng ngoại trừ bên dưới lớp chống ăn mòn, và đó là tất cả. Nói đúng ra, nếu mặt đất được xác định, chất lượng khắc phải bao gồm tính đồng nhất của chiều rộng đường và mức độ khắc bên. Do tính chất vốn có của chất khắc hiện tại, nó được khắc không chỉ xuống mà còn theo mọi hướng, vì vậy việc khắc bên là gần như không thể tránh khỏi. Vấn đề cắt đáy là một trong những tham số khắc thường được thảo luận, được định nghĩa là tỷ lệ giữa chiều rộng cắt đáy và chiều sâu khắc, được gọi là yếu tố khắc. Trong ngành công nghiệp mạch in, nó rất khác nhau, từ 1: 1 đến 1: 5. Rõ ràng, mức độ cắt đáy nhỏ hoặc yếu tố khắc thấp là thỏa đáng. Cấu trúc của thiết bị khắc và các thành phần khác nhau của dung dịch khắc có thể ảnh hưởng đến yếu tố khắc hoặc mức độ khắc bên, hoặc lạc quan, có thể được kiểm soát. Sử dụng một số chất phụ gia có thể làm giảm mức độ khắc bên. Thành phần hóa học của các chất phụ gia này thường là bí mật thương mại và các nhà phát triển của chúng không tiết lộ cho bên ngoài. Đối với cấu trúc của thiết bị khắc, các phần sau đây sẽ được trình bày cụ thể. Theo nhiều cách, chất lượng khắc tồn tại rất lâu trước khi bảng mạch in đi vào máy khắc. Bởi vì có một liên kết nội bộ rất chặt chẽ giữa các quá trình khác nhau hoặc quá trình xử lý mạch in, không có quá trình nào không bị ảnh hưởng bởi các quá trình khác và không ảnh hưởng đến các quá trình khác. Nhiều vấn đề được xác định là chất lượng khắc thực sự có từ lâu trong quá trình lột. Đối với quá trình khắc của các mẫu bên ngoài, nó phản ánh nhiều vấn đề vì hiện tượng "dòng chảy ngược" mà nó phản ánh nổi bật hơn hầu hết các quy trình bảng mạch in. Đồng thời, điều này cũng là do khắc là một phần của một loạt các quá trình dài bắt đầu với màng tự dính và cảm quang, sau đó các mẫu bên ngoài được chuyển thành công. Càng có nhiều liên kết, càng có nhiều khả năng xảy ra vấn đề. Đây có thể được coi là một khía cạnh rất đặc biệt của quá trình sản xuất mạch in. Về mặt lý thuyết, sau khi mạch in bước vào giai đoạn khắc, trạng thái mặt cắt ngang của mẫu phải được hiển thị trong Hình 2.

Trong quá trình xử lý mạch in bằng cách mạ mẫu, trạng thái lý tưởng nên là: tổng độ dày của đồng và thiếc hoặc đồng và chì và thiếc sau khi mạ điện không được vượt quá độ dày của màng cảm quang mạ, sao cho mẫu mạ hoàn toàn bị chặn bởi "hai bên của màng. Tường" và nhúng vào nó. Tuy nhiên, trong sản xuất thực tế, sau khi mạ bảng mạch in trên toàn thế giới, mẫu phủ dày hơn nhiều so với mẫu cảm quang. Trong quá trình mạ đồng và chì thiếc, có xu hướng tích tụ theo chiều ngang do chiều cao của lớp phủ vượt quá màng cảm quang, do đó có vấn đề.

Các "cạnh" được hình thành bởi thiếc hoặc chì-thiếc làm cho nó không thể loại bỏ hoàn toàn bộ phim nhạy cảm khi loại bỏ phim, để lại một phần nhỏ "keo dư" dưới "cạnh". Để lại "keo dư" hoặc "màng dư" dưới "cạnh" của chất chống ăn mòn có thể dẫn đến việc khắc không đầy đủ. Các đường sau khi khắc tạo thành "rễ đồng" ở cả hai bên, làm hẹp khoảng cách giữa các đường, dẫn đến bảng in không đáp ứng yêu cầu của bên A và thậm chí có thể bị từ chối. Do từ chối, chi phí sản xuất của bảng PCB sẽ tăng lên đáng kể. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp, do phản ứng hình thành hòa tan, trong ngành công nghiệp mạch in, màng mỏng và đồng còn lại cũng có thể tích tụ trong dung dịch khắc, làm tắc nghẽn vòi phun của máy khắc và bơm chống axit, phải ngừng hoạt động để xử lý và làm sạch, Điều này ảnh hưởng đến hiệu quả công việc.

3. Điều chỉnh thiết bị và tương tác với các giải pháp ăn mòn

Trong chế biến bảng mạch PCB, khắc amoniac là một quá trình phản ứng hóa học tương đối tinh tế và phức tạp. Đổi lại, đó là một công việc dễ dàng. Một khi quá trình bắt đầu, sản xuất có thể tiếp tục. Mấu chốt là một khi mở ra, cần phải duy trì trạng thái làm việc liên tục, không nên dừng lại. Quá trình khắc phụ thuộc rất nhiều vào tình trạng hoạt động tốt của thiết bị. Hiện nay, bất kể dung dịch khắc nào được sử dụng, phải sử dụng phun áp suất cao, để có được các cạnh đường gọn gàng và hiệu ứng khắc chất lượng cao, cấu trúc của vòi phun và phương pháp phun phải được lựa chọn nghiêm ngặt. Để có được tác dụng phụ tốt, nhiều lý thuyết khác nhau đã xuất hiện, dẫn đến các phương pháp thiết kế khác nhau và cấu trúc thiết bị. Những lý thuyết này thường rất khác nhau. Nhưng tất cả các lý thuyết về khắc đều thừa nhận nguyên tắc cơ bản của việc giữ cho bề mặt kim loại tiếp xúc liên tục với chất khắc tươi càng nhanh càng tốt. Phân tích cơ chế hóa học của quá trình khắc cũng xác nhận quan điểm trên. Trong khắc amoniac, tốc độ khắc chủ yếu được xác định bởi amoniac (NH3) trong dung dịch khắc, giả sử tất cả các thông số khác là không đổi. Do đó, có hai mục đích chính để khắc bề mặt bằng dung dịch tươi: một là để rửa sạch các ion đồng vừa được tạo ra; Một loại khác là cung cấp liên tục amoniac (NH3) cần thiết cho phản ứng.

Trong kiến thức truyền thống của ngành công nghiệp mạch in, đặc biệt là các nhà cung cấp nguyên liệu mạch in, người ta thường tin rằng hàm lượng ion đồng đơn giá trong dung dịch khắc amino càng thấp thì tốc độ phản ứng càng nhanh. Kinh nghiệm đã xác nhận điều đó. Trên thực tế, nhiều sản phẩm khắc amino có chứa các phối tử đặc biệt (một số dung môi phức tạp) của các ion đồng đơn trị có thể làm giảm các ion đồng đơn trị (đây là bí mật kỹ thuật cho khả năng phản ứng cao của sản phẩm) và có thể thấy rằng các ion đồng đơn trị có ảnh hưởng không nhỏ đến hiệu quả khắc. Giảm đồng đơn giá từ 5.000 ppm xuống 50 ppm sẽ tăng hơn gấp đôi tốc độ khắc. Do số lượng lớn các ion đồng hóa trị một được tạo ra trong phản ứng khắc và vì các ion đồng hóa trị một luôn liên kết chặt chẽ với phức hợp amoniac, rất khó để giữ hàm lượng gần bằng không. Đồng đơn giá có thể được loại bỏ bằng cách chuyển đổi đồng đơn giá thành đồng hai giá dưới tác động của oxy trong khí quyển. Các mục đích trên có thể được thực hiện bằng cách phun. Đây là một lý do chức năng để đưa không khí vào phòng khắc. Tuy nhiên, nếu có quá nhiều không khí, nó sẽ đẩy nhanh sự mất amoniac trong dung dịch và làm giảm độ pH, điều này vẫn làm giảm tốc độ khắc. Amoniac cũng là một biến số trong dung dịch cần được kiểm soát. Một số người dùng đã áp dụng phương pháp truyền amoniac tinh khiết vào bể khắc. Để làm điều này, một hệ thống điều khiển PH mét phải được thêm vào. Khi độ pH của phép đo tự động thấp hơn một giá trị nhất định, dung dịch được thêm vào tự động. Trong lĩnh vực liên quan đến khắc hóa học (còn được gọi là khắc quang hóa hoặc PCH), công việc nghiên cứu đã bắt đầu và đã đạt đến giai đoạn thiết kế cấu trúc của máy khắc. Trong phương pháp này, dung dịch được sử dụng là đồng hóa trị hai, không phải đồng amoniac khắc. Nó rất có thể sẽ được sử dụng trong ngành công nghiệp mạch in. Trong ngành công nghiệp PCH, lá đồng khắc thường dày từ 5 đến 10 mils và trong một số trường hợp thậm chí dày hơn nhiều. Yêu cầu của nó đối với các thông số khắc thường nghiêm ngặt hơn so với ngành công nghiệp PCB.

Một nghiên cứu về hệ thống công nghiệp PCM vẫn chưa được công bố chính thức, nhưng kết quả sẽ được làm mới. Với sự hỗ trợ tài chính dự án tương đối mạnh mẽ, các nhà nghiên cứu có khả năng thay đổi ý tưởng thiết kế của các thiết bị khắc trong thời gian dài và nghiên cứu tác động của những thay đổi này. Ví dụ, thiết kế vòi phun của vòi phun có hình quạt so với vòi phun hình nón, và đa tạp phun (tức là ống mà vòi phun được vặn vào) cũng có góc lắp đặt có thể phun phôi vào buồng khắc ở góc 30 độ. Nếu không, nếu những thay đổi như vậy được thực hiện, việc lắp đặt các vòi phun trên đa tạp sẽ dẫn đến góc phun không chính xác giống nhau cho mỗi vòi liền kề. Bề mặt phun tương ứng của nhóm vòi phun thứ hai hơi khác so với nhóm tương ứng (xem Hình 8 cho thấy điều kiện làm việc của phun). Bằng cách này, hình dạng của dung dịch phun được chồng lên nhau hoặc vượt qua. Về mặt lý thuyết, nếu hình dạng của dung dịch giao nhau, lực phun của phần này giảm và không thể rửa dung dịch cũ khỏi bề mặt khắc một cách hiệu quả trong khi vẫn giữ dung dịch mới tiếp xúc với nó. Điều này đặc biệt đúng ở các cạnh của bề mặt phun. Lực đẩy của nó nhỏ hơn nhiều so với lực đẩy theo hướng thẳng đứng. Nghiên cứu cho thấy các thông số thiết kế là 65 psi (tức là 4+bar). Mỗi quy trình khắc và mọi giải pháp thực tế đều có vấn đề về áp suất phun và hiện tại, rất hiếm khi áp suất phun trong buồng khắc vượt quá 30 psi (2Bar). Mật độ của dung dịch khắc càng cao (tức là trọng lượng riêng hoặc pomex), áp suất tiêm càng cao. Tất nhiên, đây không phải là một tham số duy nhất. Một tham số quan trọng khác là tỷ lệ di chuyển tương đối kiểm soát tốc độ phản ứng của nó trong dung dịch.

4. Đối với bảng trên và dưới, cạnh giới thiệu và cạnh đầu vào phía sau có trạng thái khắc khác nhau

Một số lượng lớn các vấn đề liên quan đến chất lượng khắc tập trung vào phần khắc trên bề mặt của tấm trên. Điều quan trọng là phải hiểu điều đó. Những vấn đề này xuất phát từ ảnh hưởng của sự tích tụ keo được hình thành trên bề mặt của bảng mạch in bởi các tác nhân khắc. Chất rắn keo tích tụ trên bề mặt đồng, một mặt ảnh hưởng đến lực phun và mặt khác cản trở việc bổ sung dung dịch khắc tươi, dẫn đến giảm tốc độ khắc. Mức độ khắc của mô hình trên và dưới của tấm là khác nhau do sự hình thành và tích lũy của chất rắn keo. Điều này cũng làm cho một phần của bảng mạch đi vào máy khắc đầu tiên dễ bị khắc hoàn toàn hoặc dễ bị ăn mòn quá mức, vì sự tích tụ chưa được hình thành vào thời điểm đó và tốc độ khắc nhanh hơn. Ngược lại, khi các bộ phận đi vào mặt sau của bảng đi vào, sự tích tụ đã hình thành và làm chậm tốc độ khắc của nó.

5. Bảo trì thiết bị khắc

Yếu tố quan trọng để duy trì thiết bị khắc là đảm bảo vòi phun sạch sẽ và không bị cản trở để phun trơn tru. Tắc nghẽn hoặc xỉ có thể ảnh hưởng đến bố cục dưới áp suất phun. Nếu vòi phun không sạch sẽ, việc khắc sẽ không đồng đều và toàn bộ PCB sẽ bị loại bỏ. Rõ ràng, việc bảo trì thiết bị là thay thế các bộ phận bị hư hỏng và mòn, bao gồm cả việc thay thế vòi phun, cũng có vấn đề về hao mòn. Ngoài ra, vấn đề quan trọng hơn là giữ cho máy khắc không có cặn bã, trong nhiều trường hợp có thể xảy ra. Sự tích tụ quá mức của xỉ thậm chí có thể ảnh hưởng đến cân bằng hóa học của dung dịch khắc. Tương tự như vậy, nếu chất khắc thể hiện sự mất cân bằng hóa học quá mức, sự hình thành xỉ sẽ tăng lên. Vấn đề chất đống cặn bã không thể được phóng đại. Một khi một lượng lớn xỉ đột ngột xuất hiện trong dung dịch khắc, nó thường là một dấu hiệu cho thấy có vấn đề với sự cân bằng của dung dịch. Nên sử dụng axit clohydric đậm đặc hơn để làm sạch thích hợp hoặc bổ sung dung dịch. Màng dư cũng tạo ra cặn, với một lượng rất nhỏ màng dư được hòa tan trong dung dịch khắc, sau đó hình thành kết tủa muối đồng. Vôi từ sự hình thành của bộ phim còn lại cho thấy quá trình loại bỏ phim trước đó đã không hoàn thành. Việc loại bỏ phim kém thường là kết quả của việc che phủ quá mức trên màng cạnh và bảng PCB.