Sebagai komponen inti produk elektronik, kinerja dan kualitas papan sirkuit cetak secara langsung mempengaruhi stabilitas dan keandalan seluruh perangkat elektronik. Di antara banyak faktor yang mempengaruhi kinerja papan sirkuit cetak, kapasitas antioksidan memainkan peran penting.
Bahaya oksidasi papan sirkuit cetak
papan sirkuit tercetak terutama terdiri dari jalur konduktif, substrat isolasi, dan berbagai komponen elektronik. Dalam penggunaan sehari-hari, papan sirkuit cetak menghadapi berbagai tantangan lingkungan, dan oksidasi merupakan masalah yang tidak dapat diabaikan. Oksigen, kelembapan, dan berbagai polutan di udara dapat bereaksi secara kimia dengan kabel logam pada papan sirkuit tercetak, menyebabkan korosi, peningkatan resistensi, transmisi sinyal tidak stabil, dan bahkan kegagalan sirkuit. Terutama bagian logam seperti garis foil tembaga dan sambungan solder pada papan sirkuit tercetak rentan bereaksi dengan oksigen di udara, menghasilkan oksida. Oksida ini dapat meningkatkan resistansi rangkaian, mengganggu stabilitas transmisi sinyal, dan dalam kasus yang parah, menyebabkan putusnya rangkaian, sehingga perangkat elektronik tidak berfungsi dengan baik.
Proses antioksidan
Masker solder organik
Ini adalah proses anti-oksidasi papan sirkuit tercetak yang umum digunakan, yang menghasilkan lapisan pelindung organik tipis pada permukaan papan sirkuit tercetak untuk mengisolasi logam dari udara, sehingga memberikan efek anti-oksidasi. Prinsipnya didasarkan pada ikatan kimia. Mengambil contoh OSP azol umum, cincin imidazol dalam senyawa organik alkilbenzimidazol dapat membentuk ikatan koordinasi dengan elektron 3d10 atom tembaga, sehingga membentuk kompleks tembaga alkilbenzimidazol. Selama proses pelapisan, lapisan pertama dilapisi, yang menyerap tembaga. Kemudian, lapisan kedua molekul pelapis organik bergabung dengan tembaga, dan proses ini diulangi hingga terbentuk struktur yang terdiri dari banyak molekul pelapis organik. Terakhir, lapisan pelindung dengan ketebalan umumnya antara 0,2-0,5 µ m terbentuk pada permukaan tembaga. Selain itu, karena adanya gaya tarik van der Waals antara gugus alkil rantai panjang dan adanya cincin benzena, lapisan pelindung ini memiliki ketahanan panas yang baik dan suhu penguraian yang tinggi. Dalam lingkungan pengelasan suhu tinggi berikutnya, lapisan pelindung ini dapat dengan mudah dan cepat dihilangkan oleh fluks, memungkinkan permukaan tembaga bersih yang terbuka terikat dengan solder cair dalam waktu yang sangat singkat, membentuk sambungan solder yang kokoh.
Proses OSP memiliki biaya yang relatif rendah dan tidak rumit sehingga cocok untuk{0}}produksi skala besar. Dan itu dapat menjaga kemampuan solder yang baik pada bantalan solder, memastikan kualitas pengelasan. Namun ia juga memiliki beberapa kelemahan, seperti lapisan film tipis yang menyebabkan waktu penyimpanan terbatas, dan kinerja antioksidan cenderung menurun seiring waktu dan perubahan lingkungan; Tidak tahan terhadap suhu tinggi, terbatas pada skenario yang memerlukan beberapa proses-suhu tinggi; Lingkungan pengelasan memiliki persyaratan yang ketat, dan faktor-faktor seperti kotoran dan kelembapan di lingkungan dapat dengan mudah mempengaruhi kinerja dan kualitas pengelasannya.
emas perendaman
Proses ini melibatkan pengendapan lapisan nikel pada permukaan papan sirkuit cetak, diikuti dengan lapisan emas. Lapisan nikel dapat menghalangi difusi tembaga, sedangkan lapisan emas memiliki ketahanan oksidasi dan konduktivitas yang baik, yang secara signifikan dapat meningkatkan kinerja dan keandalan papan sirkuit cetak. Proses pelapisan emas nikel kimia sudah matang, dengan persediaan cukup, cocok untuk penyolderan-bebas timah. Namun, biaya proses ini relatif tinggi, dan permukaannya tidak cukup halus, sehingga sulit untuk mengelas komponen dengan pitch halus.
Perendaman dalam perak
Proses perendaman perak dapat membentuk lapisan perak yang seragam pada permukaan papan sirkuit tercetak, dengan ketahanan oksidasi dan kemampuan solder yang baik. Tidak ada lapisan nikel di bawah lapisan perak, sehingga perak perendaman secara fisik tidak sekuat pelapisan nikel tanpa listrik/emas perendaman. Lapisan perak akan mengalami jalur korosi ganda bila terkena udara. Dalam oksidasi kimia, 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O membentuk lapisan oksida kuning; Dalam korosi elektrokimia, Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ menghasilkan sulfida hitam. Ketika kelembaban relatif lebih besar dari 60%, laju korosi meningkat tiga kali lipat; Di lingkungan yang mengandung sulfur, seperti kemasan karet, perubahan warna yang terlihat dapat terjadi dalam waktu 24 jam.
pencelupan timah
Proses perendaman timah menutupi permukaan papan sirkuit cetak dengan lapisan timah, yang secara efektif dapat mencegah oksidasi. Karena semua bahan solder berbahan dasar timah, lapisan timah dapat cocok dengan jenis solder apa pun. Namun, papan sirkuit cetak yang diolah dengan proses pencelupan timah di masa lalu rentan terhadap masalah kumis timah, dan selama proses penyolderan, fenomena kumis timah dan migrasi timah menimbulkan tantangan serius terhadap keandalan. Kemudian, dengan menambahkan bahan tambahan organik ke dalam larutan perendaman timah, struktur lapisan timah diubah menjadi partikel, sehingga mengatasi-kesulitan yang disebutkan di atas dan memiliki stabilitas termal dan kemampuan las yang baik. Waktu penyimpanan pelat timah perendaman terbatas, dan jika dibiarkan terlalu lama, oksida timah akan terbentuk di permukaannya, yang akan mempengaruhi efek pengelasan. Oleh karena itu, urutan pencelupan timah selama perakitan harus dipatuhi dengan ketat.
Perataan udara panas
Perataan udara panas, juga dikenal sebagai perataan solder udara panas, umumnya dikenal sebagai penyemprotan timah. Proses ini melibatkan pelapisan permukaan papan sirkuit tercetak dengan solder timah cair. Saat ini, solder bebas timbal-lebih umum digunakan, dan kemudian memanaskan udara bertekanan digunakan untuk meratakan solder, membentuk lapisan pelapis yang secara efektif dapat menahan oksidasi tembaga dan memberikan kemampuan solder yang sangat baik. Selama AC panas, solder berinteraksi dengan tembaga untuk membentuk senyawa logam timah tembaga di persimpangan. Proses ini dibagi menjadi tipe vertikal dan horizontal, dengan tipe horizontal umumnya dianggap lebih menguntungkan karena lapisannya yang lebih seragam dan kemampuan untuk mencapai produksi otomatis. Proses umum mencakup langkah-langkah seperti etsa mikro, pemanasan awal, pelapisan fluks, penyemprotan timah, dan pembersihan. Proses perataan udara panas sudah matang, dengan biaya yang relatif rendah dan kemampuan menyolder yang baik, cocok untuk penyolderan-bebas timbal. Namun permukaannya tidak cukup halus, sehingga sulit untuk mengelas komponen dengan nada halus, dan timbal yang mengandung HASL juga menghadapi masalah lingkungan.
kecoklatan
Dalam proses pembuatan papan sirkuit cetak multi-lapisan, perlakuan pada permukaan foil tembaga bagian dalam sangat penting untuk kualitas laminasi, dan proses pencoklatan banyak digunakan di dalamnya. Intinya adalah membentuk lapisan oksida tembaga berpori atau lapisan oksida tembaga pada permukaan tembaga melalui reaksi oksidasi kimia. Di bawah pengaruh oksidan basa, tembaga mengalami reaksi oksidasi, dengan 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻. Pencoklatan tidak hanya memberikan daya rekat antarlapisan yang baik, tetapi juga meningkatkan keterbasahan resin selama proses laminasi. Struktur berpori dari lapisan kecoklatan meningkatkan luas permukaan foil tembaga, memfasilitasi penetrasi resin dan pengisian pori-pori mikro, mengurangi gelembung dan rongga selama laminasi, meningkatkan kekuatan gigitan mekanis, dan mengurangi risiko delaminasi. Dalam siklus termal papan sirkuit cetak, tegangan dapat didistribusikan secara lebih merata, mengurangi risiko delaminasi antar lapisan dan meningkatkan keandalan termal. Namun, jika tidak dikontrol dengan baik, oksidasi berlebihan dapat membuat lapisan oksida terlalu tebal dan rapuh, sehingga mengurangi kekuatan ikatan; Oksidasi yang tidak merata dapat menyebabkan kekuatan pengikatan tidak konsisten dan meningkatkan risiko delaminasi; Jika pencoklatan terkontaminasi sebelum laminasi berikutnya, seperti penyerapan air atau kerusakan pada lapisan oksida, hal ini juga dapat menyebabkan penurunan kekuatan ikatan. Ketebalan lapisan oksida biasanya dikontrol antara 0,5-1,5 μm. Sebelum pencoklatan, proses etsa mikro digunakan untuk menghilangkan oksida dan polutan organik dari permukaan tembaga. Agen etsa mikro yang umum mencakup sistem amonium persulfat atau hidrogen peroksida asam sulfat. Larutan pencoklatan biasanya terdiri dari oksidan basa, zat pengompleks, dan zat penstabil. Dengan menyesuaikan kondisi oksidasi, rasio CuO/CuO ₂ O yang optimal dapat diperoleh untuk menyeimbangkan kekuatan pengikatan dan ketahanan panas. Permukaan tembaga setelah pencoklatan rentan terhadap kelembapan atau polusi udara, dan biasanya memerlukan perlakuan antioksidan sebelum laminasi, seperti penggunaan lapisan pelindung organik seperti benzotriazol atau antioksidan lainnya, serta penyimpanan kering untuk menghindari penyerapan kelembapan dan mengurangi risiko kerusakan.
Tindakan lain untuk ketahanan oksidasi papan sirkuit cetak
Pemilihan bahan
Memilih{0}}substrat dan bahan logam berkualitas tinggi sangat penting dalam proses pembuatan papan sirkuit cetak. Substrat berkualitas tinggi memiliki sifat insulasi dan stabilitas yang baik, yang secara efektif dapat memblokir invasi oksigen dan kelembapan. Sedangkan dengan menggunakan pelapis logam dengan sifat antioksidan yang kuat seperti pelapisan emas, pelapisan perak, pelapisan timah, dll, dapat dibentuk lapisan pelindung pada permukaan sirkuit logam untuk mencegah terjadinya reaksi oksidasi. Misalnya, pada beberapa produk elektronik kelas atas, foil tembaga bebas oksigen dengan ketahanan oksidasi yang sangat baik digunakan sebagai bahan berlapis tembaga untuk meningkatkan ketahanan oksidasi keseluruhan papan sirkuit cetak.
pengendalian lingkungan
Lingkungan penyimpanan dan penggunaan yang wajar sama pentingnya untuk ketahanan oksidasi papan sirkuit cetak. Selama produksi, penyimpanan, dan pengangkutan papan sirkuit tercetak, suhu dan kelembapan lingkungan harus dikontrol secara ketat untuk menghindari papan sirkuit tercetak terkena suhu tinggi, kelembapan tinggi, atau lingkungan yang mengandung polutan. Misalnya, menyimpan papan sirkuit tercetak di lingkungan dengan kelembapan relatif terkontrol antara 40% -60% dan suhu dikontrol antara 20 derajat -25 derajat dapat secara efektif memperlambat laju oksidasi. Pada saat yang sama, pilih bahan kemasan yang sesuai, seperti kantong tahan lembab, kotak busa, dll., untuk memastikan integritas dan kualitas papan sirkuit cetak. Untuk papan kosong yang belum dirakit, kemasan vakum dapat mengisolasi udara secara efektif dan menunda proses oksidasi.
Optimalisasi proses produksi
Mengoptimalkan proses produksi dapat mengurangi waktu pemaparan papan sirkuit cetak terhadap udara selama proses produksi dan juga menurunkan risiko oksidasi. Misalnya, dengan menggunakan peralatan otomatis untuk menyelesaikan transisi dengan cepat dari etsa ke masker solder, waktu tunggu yang tidak perlu dapat dihindari. Menggunakan larutan antioksidan untuk merawat permukaan tembaga selama tahap tertentu pembuatan papan sirkuit cetak dapat memberikan perlindungan sementara pada permukaan tembaga dalam waktu singkat hingga proses berikutnya dimulai.