Thông tin PCB - Giới thiệu công nghệ mạ ngang PCB Board

I. Tổng quan

Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ vi điện tử, việc sản xuất bảng mạch PCB đang phát triển nhanh chóng theo hướng đa lớp, xếp chồng lên nhau, chức năng và tích hợp. Nó thúc đẩy thiết kế và thiết kế các mẫu mạch sử dụng các lỗ nhỏ, khoảng cách hẹp và các đường mỏng trong thiết kế mạch in, làm cho công nghệ sản xuất bảng mạch in khó khăn hơn, Đặc biệt là do tỷ lệ khung hình vượt quá 5: 1 của tấm nhiều lớp thông qua lỗ và lỗ mù sâu được sử dụng rộng rãi trong các tấm cán sản phẩm làm cho quá trình mạ điện dọc truyền thống không thể đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của các lỗ kết nối chất lượng cao, độ tin cậy cao. Lý do cho điều này, chủ yếu là từ nguyên tắc mạ điện để phân tích trạng thái phân phối hiện tại. Nó được tìm thấy trong quá trình mạ điện thực tế rằng sự phân bố hiện tại trong các lỗ có hình dạng trống thắt lưng, và sự phân bố hiện tại trong các lỗ giảm dần từ cạnh của lỗ đến trung tâm của lỗ, dẫn đến một lượng lớn đồng lắng đọng trên bề mặt và lỗ. Ở các cạnh của lỗ, không thể đảm bảo độ dày tiêu chuẩn của lớp đồng cần đồng ở trung tâm của lỗ. Đôi khi lớp đồng rất mỏng hoặc không có lớp đồng. Trong những trường hợp nghiêm trọng, nó có thể gây ra những tổn thất không thể khắc phục, dẫn đến một số lượng lớn các tấm báo cáo. Để giải quyết vấn đề chất lượng sản phẩm trong sản xuất hàng loạt, vấn đề mạ lỗ sâu hiện đang được giải quyết từ hai khía cạnh hiện tại và phụ gia. Hầu hết các quá trình mạ đồng cho bảng mạch in tỷ lệ khung hình cao được thực hiện với mật độ dòng điện tương đối thấp với sự trợ giúp của các chất phụ gia chất lượng cao, khuấy không khí vừa phải và chuyển động cathode. Tác dụng của phụ gia mạ điện chỉ có thể được hiển thị bằng cách tăng diện tích kiểm soát phản ứng điện cực trong lỗ. Ngoài ra, chuyển động của cathode rất có lợi cho việc cải thiện khả năng mạ sâu của chất lỏng mạ, và mức độ phân cực của phần mạ tăng lên. Tốc độ hình thành hạt nhân và tốc độ tăng trưởng của hạt nhân bù đắp cho nhau, dẫn đến một lớp đồng dẻo dai cao. Tuy nhiên, khi tỷ lệ khung hình qua lỗ tiếp tục tăng hoặc khi lỗ mù sâu xuất hiện, hai biện pháp quá trình này trở nên không hiệu quả, dẫn đến công nghệ mạ điện ngang. Nó là sự tiếp nối của sự phát triển của công nghệ mạ dọc, đó là một loại công nghệ mạ mới được phát triển trên cơ sở quá trình mạ dọc. Chìa khóa của công nghệ này là tạo ra một hệ thống mạ ngang tương thích với nhau để làm cho các giải pháp mạ có độ phân tán cao vượt trội so với các phương pháp mạ dọc, với những cải tiến trong chế độ nguồn và sự kết hợp của các thiết bị phụ trợ khác.

2. Giới thiệu nguyên tắc mạ ngang

Phương pháp và nguyên tắc của mạ ngang và dọc là như nhau, cả hai phải có cathode và anode. Sau khi bật nguồn, phản ứng điện cực xảy ra để ion hóa các thành phần chính của chất điện phân, để ion dương tích điện di chuyển đến pha âm của vùng phản ứng điện cực; Các ion âm tích điện di chuyển về phía điện cực. Sự dịch chuyển pha tích cực của vùng phản ứng sau đó tạo ra lớp phủ lắng đọng kim loại và khử khí. Bởi vì quá trình lắng đọng kim loại ở cathode được chia thành ba bước: đó là, các ion hydrat hóa của kim loại khuếch tán đến cathode; Bước thứ hai là các ion hydrat hóa kim loại dần dần mất nước và hấp thụ trên bề mặt cathode khi chúng đi qua lớp lưỡng điện; Bước đầu tiên là các ion kim loại hấp thụ trên bề mặt cathode nhận electron và đi vào mạng kim loại. Quan sát thực tế của bể làm việc là một phản ứng chuyển electron không thể quan sát được giữa giao diện của điện cực pha rắn và dung dịch mạ pha lỏng. Cấu trúc của nó có thể được giải thích bằng nguyên tắc lớp điện kép trong lý thuyết mạ điện. Khi điện cực là cathode và ở trạng thái phân cực, các cation có điện tích dương được bao quanh bởi các phân tử nước được sắp xếp theo thứ tự tại cathode do điện tĩnh. Gần đó, mặt phẳng pha hình thành gần cực âm tại điểm trung tâm của cation được gọi là lớp ngoài Helmholtz và khoảng cách giữa lớp ngoài và điện cực là khoảng 1-10 nanomet. Nhưng do tổng lượng điện tích dương được mang bởi cation bên ngoài Helmholtz, điện tích dương không đủ để trung hòa điện tích âm trên cathode. Các giải pháp mạ điện xa hơn cathode bị ảnh hưởng bởi đối lưu và nồng độ cation trong lớp dung dịch cao hơn anion. Lớp này nhỏ hơn lớp ngoài Helmholtz do tác động của điện tĩnh và cũng bị ảnh hưởng bởi chuyển động nhiệt. Sự sắp xếp cation không nhỏ gọn và gọn gàng như lớp ngoài Helmholtz. Lớp này được gọi là lớp khuếch tán. Độ dày của lớp khuếch tán tỷ lệ nghịch với tốc độ dòng chảy của bồn tắm. Đó là, tốc độ dòng chảy của mạ càng nhanh, lớp khuếch tán càng mỏng và ngược lại. Thông thường, độ dày của lớp khuếch tán là khoảng 5-50 micron. Nó đi xa hơn từ cathode, và lớp mạ đến qua đối lưu được gọi là lớp mạ chính. Bởi vì đối lưu được tạo ra bởi dung dịch ảnh hưởng đến sự đồng nhất của nồng độ mạ. Các ion đồng trong lớp khuếch tán được truyền đến lớp Helmholtz bên ngoài bằng cách khuếch tán và di chuyển ion trong dung dịch mạ điện. Các ion đồng trong bồn tắm chính được vận chuyển đến bề mặt cathode bằng cách đối lưu và di chuyển ion. Trong quá trình mạ điện ngang, các ion đồng trong dung dịch mạ điện được truyền đến gần cathode theo ba cách, tạo thành một lớp điện kép.

Đối lưu của dung dịch mạ điện được tạo ra bởi sự khuấy động cơ học và khuấy bơm bên ngoài và bên trong, sự dao động hoặc quay của chính các điện cực và dòng chảy của dung dịch mạ điện do chênh lệch nhiệt độ. Càng gần bề mặt của điện cực rắn, dòng chảy của dung dịch mạ điện trở nên chậm hơn và chậm hơn do ảnh hưởng của lực cản ma sát của nó, và tốc độ đối lưu trên bề mặt của điện cực rắn tại thời điểm này là bằng không. Lớp gradient tốc độ hình thành từ bề mặt điện cực đến lớp mạ đối lưu được gọi là lớp giao diện dòng chảy. Lớp giao diện dòng chảy dày hơn khoảng mười lần so với lớp khuếch tán, do đó việc truyền các ion trong lớp khuếch tán hầu như không bị ảnh hưởng bởi đối lưu. Dưới tác động của điện trường, các ion trong dung dịch mạ điện chịu tác động của điện tĩnh, tạo ra sự di chuyển ion, được gọi là sự di chuyển ion. Trong đó u là tốc độ di chuyển ion, z là số điện tích của ion, điện tích của electron cũng vậy (tức là 1,61019C), E là tiềm năng, r là bán kính của ion ngậm nước, và đảo là độ nhớt của dung dịch mạ điện. Từ các tính toán của phương trình này, người ta có thể thấy rằng mức độ giảm tiềm năng E càng lớn, độ nhớt của dung dịch mạ điện càng nhỏ và tốc độ di chuyển ion càng nhanh.

Theo lý thuyết lắng đọng điện, trong quá trình mạ, một bảng mạch in trên cathode là một điện cực phân cực không mong muốn, trong đó các ion đồng hấp thụ trên bề mặt cathode thu được electron và giảm thành các nguyên tử đồng, do đó làm tăng nồng độ ion đồng gần cathode. Giảm Do đó, gradient nồng độ ion đồng được hình thành gần cathode. Lớp mạ chất lỏng có nồng độ ion đồng thấp hơn nồng độ mạ chính là lớp khuếch tán của mạ. Tuy nhiên, nồng độ ion đồng cao hơn trong chất lỏng mạ chính sẽ khuếch tán đến những nơi có nồng độ ion đồng thấp hơn gần cathode và liên tục bổ sung diện tích cathode. Bảng mạch in tương tự như cathode phẳng, mối quan hệ giữa kích thước hiện tại và độ dày lớp khuếch tán là phương trình COTTRELL: trong đó I là dòng điện, z là số điện tích của ion đồng, F là hằng số Faraday, A là diện tích bề mặt cathode, D là hệ số khuếch tán ion đồng (D=KT/6μr), Cb là nồng độ của các ion đồng trong bồn tắm chính, Co là mật độ của các ion đồng trên bề mặt cathode, D là độ dày của lớp khuếch tán, K là hằng số Portman (K=R/N), T là nhiệt độ, R là bán kính của ion đồng hydrua, và đảo là độ nhớt của dung dịch mạ điện. Khi nồng độ ion đồng trên bề mặt cathode bằng không, dòng điện của nó được gọi là dòng khuếch tán cực hạn ii:

Như bạn có thể thấy từ công thức trên, kích thước của dòng khuếch tán giới hạn được xác định bởi nồng độ ion đồng của chất lỏng mạ chính, hệ số khuếch tán của ion đồng và độ dày của lớp khuếch tán. Khi nồng độ ion đồng cao trong chất lỏng mạ chính, hệ số khuếch tán của ion đồng lớn, độ dày của lớp khuếch tán mỏng và dòng khuếch tán hạn chế lớn.

Theo công thức trên, để đạt được giá trị dòng điện giới hạn cao hơn, cần phải thực hiện các biện pháp kỹ thuật thích hợp, cụ thể là sử dụng công nghệ sưởi ấm. Bởi vì tăng nhiệt độ có thể làm tăng hệ số khuếch tán, tăng tốc độ đối lưu có thể cho phép nó tạo ra một xoáy và thu được một lớp khuếch tán mỏng, đồng nhất. Từ phân tích lý thuyết trên, cải thiện nồng độ ion đồng trong chất lỏng mạ chính, cải thiện nhiệt độ mạ, tăng tốc độ đối lưu có thể làm tăng dòng khuếch tán giới hạn và đạt được mục đích tăng tốc độ mạ. Mạ ngang dựa trên một xoáy được hình thành do tốc độ đối lưu nhanh hơn của dung dịch mạ điện, có thể giảm độ dày của lớp khuếch tán xuống khoảng 10 micron một cách hiệu quả. Do đó, mật độ hiện tại có thể lên đến 8A/dm2 khi mạ điện được thực hiện với hệ thống mạ ngang. Chìa khóa để mạ PCB là làm thế nào để đảm bảo tính đồng nhất của lớp đồng và độ dày của các bức tường bên trong lỗ trên cả hai mặt của chất nền. Để có được sự đồng nhất về độ dày của lớp phủ, phải đảm bảo tốc độ dòng chảy của chất lỏng mạ nhanh chóng và nhất quán ở cả hai bên của tấm in và thông qua các lỗ để có được một lớp khuếch tán mỏng và đồng nhất. Để đạt được một lớp khuếch tán mỏng và đồng nhất, tùy thuộc vào cấu trúc của hệ thống mạ điện ngang hiện tại, mặc dù có nhiều vòi phun được lắp đặt trong hệ thống, dung dịch mạ điện có thể được phun nhanh chóng và thẳng đứng lên bảng in để tăng tốc dòng chảy của dung dịch mạ qua lỗ. Tốc độ dòng chảy của dung dịch mạ điện rất nhanh và dòng xoáy hình thành ở mặt trên và dưới của chất nền và thông qua các lỗ, làm cho lớp khuếch tán giảm và thậm chí đồng đều hơn. Tuy nhiên, khi chất lỏng mạ đột nhiên chảy vào lỗ thông qua hẹp, chất lỏng mạ ở lối vào lỗ thông qua cũng có hiện tượng chảy ngược. Cùng với ảnh hưởng của sự phân phối hiện tại, hiện tượng này thường dẫn đến lỗ mạ điện ở lối vào. Do hiệu ứng này, lớp đồng quá dày và các bức tường bên trong thông qua các lỗ tạo thành một lớp mạ đồng hình xương chó. Theo trạng thái dòng chảy của chất lỏng mạ trong lỗ thông qua, tức là kích thước của dòng xoáy và dòng chảy ngược, cũng như phân tích chất lượng thông qua lỗ dẫn điện, các thông số điều khiển chỉ có thể được xác định bằng phương pháp kiểm tra quá trình để đạt được tính đồng nhất của độ dày mạ của bảng mạch in. Vì kích thước của các xoáy và dòng chảy ngược vẫn không thể biết được bằng các phương pháp tính toán lý thuyết, chỉ các phương pháp đo lường quá trình mới được sử dụng. Có thể biết từ kết quả đo lường, để kiểm soát tính đồng nhất của độ dày lớp mạ đồng qua lỗ, cần phải điều chỉnh các thông số quy trình có thể kiểm soát theo tỷ lệ khung hình của bảng mạch in qua lỗ, và thậm chí chọn giải pháp đồng mạ phân tán cao, Các chất phụ gia thích hợp sau đó được thêm vào để cải thiện cách cung cấp điện, tức là mạ điện với dòng xung ngược, có thể thu được lớp phủ đồng có khả năng phân phối cao. Đặc biệt, với sự gia tăng số lượng các lỗ mù siêu nhỏ trong các tấm laminate, không chỉ nên được mạ bằng hệ thống mạ ngang, mà còn sử dụng rung siêu âm để tạo điều kiện thay thế và lưu thông các giải pháp mạ trong các lỗ mù siêu nhỏ. Dữ liệu có thể được điều chỉnh để điều chỉnh các thông số có thể kiểm soát và có thể đạt được kết quả thỏa đáng.

3. Cấu trúc cơ bản của hệ thống mạ điện ngang

Theo đặc điểm của mạ ngang, nó là một phương pháp mạ thay đổi cách đặt bảng mạch in từ mức mạ dọc sang mức mạ song song. Tại thời điểm này, bảng mạch in là cathode và một số hệ thống mạ điện ngang sử dụng kẹp dẫn điện và con lăn dẫn điện để cung cấp dòng điện. Nhìn từ tính thuận tiện của hệ điều hành, phổ biến hơn là phương thức cung cấp sử dụng đường dẫn xi lanh. Con lăn dẫn điện trong hệ thống mạ ngang có chức năng truyền tải bảng mạch in ngoài cathode. Mỗi con lăn dẫn điện được trang bị một thiết bị lò xo, được thiết kế để phù hợp với nhu cầu mạ của bảng mạch in có độ dày khác nhau (0,10-5,00mm). Tuy nhiên, trong quá trình mạ, các bộ phận tiếp xúc với dung dịch mạ có thể được mạ bằng một lớp đồng và hệ thống không thể hoạt động trong một thời gian dài. Do đó, hầu hết các hệ thống mạ điện ngang hiện nay được thiết kế để chuyển cathode sang anode và sau đó sử dụng một bộ cathode phụ để điện phân đồng trên con lăn mạ điện hòa tan. Đối với mục đích bảo trì hoặc thay thế, thiết kế mạ mới cũng cho phép dễ dàng loại bỏ hoặc thay thế các khu vực dễ bị mòn. Anode được làm bằng một loạt các giỏ titan không hòa tan có kích thước điều chỉnh được đặt ở vị trí lên và xuống của bảng mạch in và được lấp đầy bằng đồng hòa tan hình cầu có đường kính 25mm với hàm lượng phốt pho 0,004-0,006%, khoảng cách giữa cathode và anode. là 40mm. Dòng chảy của mạ chất lỏng là một hệ thống bao gồm bơm và vòi phun, làm cho chất lỏng mạ chảy nhanh trong khe mạ kín, luân phiên qua lại, lên xuống, có thể đảm bảo tính đồng nhất của dòng chảy mạ. Phun chất lỏng mạ theo chiều dọc trên bảng mạch in, tạo thành dòng xoáy phun tường trên bề mặt của chất nền mạch in. Mục tiêu cuối cùng là đạt được dòng chảy nhanh chóng của dung dịch mạ trên cả hai mặt của bảng mạch in và tạo thành một xoáy qua các lỗ. Ngoài ra, hệ thống lọc được lắp đặt trong máng, sử dụng màn hình 1,2 micron để lọc các tạp chất hạt được tạo ra trong quá trình mạ điện, đảm bảo chất lỏng mạ điện sạch sẽ và không gây ô nhiễm.

Khi sản xuất hệ thống mạ ngang, cũng nên xem xét sự tiện lợi của hoạt động và điều khiển tự động các thông số quá trình. Bởi vì trong mạ điện thực tế, với kích thước của bảng mạch in, kích thước của đường kính lỗ thông qua và độ dày đồng cần thiết, tốc độ truyền, khoảng cách giữa bảng mạch in, kích thước của mã lực bơm, vòi phun, thiết lập các thông số quá trình, chẳng hạn như hướng của đồng và mật độ hiện tại, vv, tất cả đều cần được kiểm tra, Để có được độ dày lớp đồng đáp ứng yêu cầu kỹ thuật. Nó phải được điều khiển bằng máy tính. Để cải thiện tính nhất quán và độ tin cậy của hiệu quả sản xuất và chất lượng sản phẩm phụ, việc xử lý trước và sau của bảng mạch in thông qua lỗ (bao gồm cả mạ qua lỗ) đều dựa trên quy trình công nghệ để tạo thành một hệ thống mạ ngang hoàn chỉnh, phù hợp cho việc phát triển và giới thiệu sản phẩm mới. Yêu cầu

4. Lợi thế phát triển của mạ ngang

Sự phát triển của công nghệ mạ điện ngang không phải là ngẫu nhiên, mà là kết quả không thể tránh khỏi của mật độ cao, độ chính xác cao, đa chức năng, tỷ lệ khung hình cao và nhu cầu chức năng đặc biệt của các sản phẩm bảng mạch in đa lớp. Ưu điểm của nó là tiên tiến hơn so với quá trình mạ đứng hiện đang được sử dụng, chất lượng sản phẩm đáng tin cậy hơn và có thể đạt được sản xuất hàng loạt. So với phương pháp quá trình mạ dọc, nó có những ưu điểm sau:

1) Nó có thể được điều chỉnh cho một loạt các kích thước, không cần cài đặt và treo bằng tay, và nhận ra tất cả các hoạt động tự động, điều này cực kỳ có lợi cho việc cải thiện và đảm bảo rằng quá trình vận hành không làm hỏng bề mặt của chất nền và rất có lợi cho sản xuất hàng loạt.

2) Trong quá trình xem xét kỹ thuật, không cần phải để lại vị trí kẹp, tăng diện tích thực tế và tiết kiệm đáng kể sự mất mát của nguyên liệu thô.

3) Toàn bộ quá trình mạ điện ngang được điều khiển bằng máy tính, làm cho chất nền trong cùng điều kiện để đảm bảo tính đồng nhất của mạ trên bề mặt và lỗ của mỗi bảng mạch in.

4) Từ quan điểm quản lý, việc làm sạch bể mạ, thêm chất lỏng mạ và thay thế tất cả có thể được tự động hóa hoàn toàn, và việc quản lý sẽ không mất kiểm soát do lỗi của con người.

5) Như bạn có thể thấy từ các sản phẩm thực tế, mạ ngang sử dụng nhiều giai đoạn làm sạch ngang, giúp tiết kiệm đáng kể lượng nước làm sạch và giảm áp lực xử lý nước thải.

6) Do hệ thống sử dụng hoạt động khép kín, nó làm giảm ô nhiễm không gian làm việc và tác động trực tiếp của sự bốc hơi nhiệt lên môi trường quá trình, cải thiện đáng kể môi trường làm việc. Đặc biệt là khi nướng tấm, nhờ giảm tổn thất nhiệt, tiết kiệm năng lượng tiêu thụ không cần thiết, tăng đáng kể hiệu quả sản xuất.

5. Tóm tắt

Sự xuất hiện của công nghệ mạ điện ngang là hoàn toàn để đáp ứng nhu cầu mạ lỗ thông qua tỷ lệ khung hình cao. Tuy nhiên, vẫn còn một số vấn đề kỹ thuật trong việc thiết kế và phát triển hệ thống mạ điện do sự phức tạp và đặc thù của quá trình mạ điện. Điều này cần được cải thiện trong thực tế. Tuy nhiên, việc sử dụng hệ thống mạ điện ngang là một sự phát triển và tiến bộ lớn cho ngành công nghiệp mạch in. Vì ứng dụng của loại thiết bị này trong sản xuất tấm đa lớp mật độ cao cho thấy tiềm năng to lớn, nó không chỉ tiết kiệm nhân lực và thời gian vận hành mà còn nhanh hơn và hiệu quả hơn so với sản xuất dây chuyền mạ dọc truyền thống. Ngoài ra, giảm tiêu thụ năng lượng, giảm chất thải, nước thải và khí thải cần xử lý, cải thiện đáng kể môi trường và điều kiện xử lý và nâng cao mức chất lượng của lớp mạ điện. Dây chuyền mạ điện ngang phù hợp cho hoạt động sản xuất hàng loạt 24 giờ không bị gián đoạn. Dây mạ ngang khó gỡ lỗi hơn một chút so với dây mạ dọc. Sau khi debug xong, nó rất ổn định. Giải pháp mạ điện được điều chỉnh để đảm bảo hoạt động ổn định trên bảng PCB trong một thời gian dài.