PCB memainkan peran penting dalam menghubungkan dan mentransmisikan sinyal elektronik, dan proses tembaga pelapisan PCB, sebagai penghubung inti dalamproses pembuatan PCB, memainkan peran penting dalam kinerja dan kualitas papan sirkuit. Dari ponsel cerdas hingga-komputer berperforma tinggi, dari elektronik otomotif hingga peralatan luar angkasa, hampir semua papan sirkuit cetak perangkat elektronik mengandalkan teknologi pelapisan listrik tembaga.
1, Prinsip Elektroplating Tembaga
pelapisan tembaga pada PCB adalah proses elektrokimia khas berdasarkan hukum Faraday. Dalam bak elektroplating, PCB digunakan sebagai katoda dan anoda tembaga direndam dalam elektrolit yang mengandung ion tembaga. Ketika tegangan arus searah diterapkan antara katoda dan anoda, arus melewati elektrolit, memicu serangkaian reaksi elektrokimia.
Reaksi anodik: Anoda tembaga mengalami reaksi oksidasi, dimana atom tembaga kehilangan dua elektron dan menjadi ion tembaga yang masuk ke elektrolit. Persamaan reaksinya adalah Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺.
Reaksi katodik: Pada permukaan PCB, ion tembaga memperoleh elektron dan direduksi menjadi atom tembaga, yang mengendap di permukaan PCB. Persamaan reaksinya adalah Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu.
Dengan mengontrol parameter seperti rapat arus, waktu pelapisan listrik, dan komposisi elektrolit, laju deposisi dan ketebalan lapisan tembaga dapat dikontrol secara akurat.
2, Aliran proses
(1) Pra pemrosesan
Pembersihan: Pertama, bersihkan substrat PCB secara menyeluruh untuk menghilangkan kotoran seperti noda minyak, debu, dan oksida di permukaan. Metode pembersihan yang umum meliputi pembersihan basa, pembersihan asam, dan pembersihan ultrasonik. Pembersihan basa dapat secara efektif menghilangkan minyak dan polutan organik, sedangkan pembersihan asam terutama digunakan untuk menghilangkan oksida. Pembersihan ultrasonik dapat membersihkan celah dan lubang halus pada permukaan substrat secara menyeluruh melalui efek kavitasi gelombang ultrasonik. Permukaan substrat yang dibersihkan tidak boleh memiliki kotoran yang terlihat jelas dan memiliki kilau logam yang seragam.
Korosi mikro: Tujuan dari korosi mikro adalah untuk membentuk permukaan kasar mikro pada permukaan PCB, meningkatkan daya rekat antara lapisan tembaga yang dilapisi berikutnya dan substrat. Biasanya, larutan yang mengandung mikro etsa seperti persulfat atau hidrogen peroksida asam sulfat digunakan untuk mengolah substrat. Selama proses etsa mikro, bahan etsa mikro mengalami reaksi kimia dengan permukaan tembaga, melarutkan lapisan tembaga yang sangat tipis dan membentuk struktur cembung cekung kecil. Tingkat korosi mikro perlu dikontrol secara ketat, dengan jumlah korosi mikro secara umum dikontrol antara 0,5-1,5 μm untuk memastikan daya rekat yang baik tanpa korosi yang berlebihan pada substrat.
Pra perendaman: Pra perendaman adalah proses merendam PCB yang telah dibersihkan dan digores mikro ke dalam larutan pra perendaman yang mengandung komponen tertentu, memungkinkan permukaan substrat menyerap lapisan zat aktif dan mempersiapkan proses aktivasi selanjutnya. Komposisi larutan pra perendaman biasanya sama dengan larutan aktivasi, namun dengan konsentrasi yang lebih rendah. Fungsi utamanya adalah untuk mencegah substrat teroksidasi lagi sebelum aktivasi dan meningkatkan efek aktivasi. Waktu pra perendaman umumnya singkat, biasanya berkisar antara beberapa detik hingga puluhan detik.
Aktivasi: Aktivasi adalah langkah penting dalam proses pra-pengolahan, yang bertujuan untuk menyerap lapisan partikel logam yang aktif secara katalitik, biasanya partikel paladium, pada permukaan PCB. Partikel paladium ini akan berfungsi sebagai pusat katalitik untuk pelapisan tembaga kimia atau pelapisan listrik, sehingga mendorong reduksi dan pengendapan ion tembaga. Metode aktivasi yang umum digunakan antara lain metode aktivasi paladium koloid dan metode aktivasi paladium ionik. Larutan aktivasi paladium koloid terdiri dari garam paladium, garam timah, dan zat pengkelat. Selama proses aktivasi, partikel paladium koloid teradsorpsi pada permukaan PCB; Metode aktivasi ion paladium adalah dengan mengadsorpsi ion paladium pada permukaan substrat melalui pertukaran ion, dan kemudian mereduksinya menjadi logam paladium melalui zat pereduksi. Parameter seperti waktu aktivasi dan suhu perlu dikontrol secara tepat sesuai dengan jenis larutan aktivasi dan bahan PCB untuk memastikan lapisan aktivasi yang seragam dan padat.
(2) Pelapisan tembaga kimia
Untuk beberapa substrat PCB yang terbuat dari-bahan non-konduktif, seperti plastik yang diperkuat serat kaca, pelapisan tembaga kimia diperlukan sebelum pelapisan tembaga untuk membentuk lapisan tembaga konduktif tipis pada permukaan substrat, sehingga menyediakan jalur konduktif untuk pelapisan tembaga selanjutnya.
Prinsip Pelapisan Tembaga Kimia: Pelapisan tembaga kimia adalah reaksi reduksi-katalitik mandiri. Pada permukaan dengan aktivitas katalitik, ion tembaga direduksi menjadi logam tembaga melalui aksi zat pereduksi dan diendapkan pada permukaan substrat. Persamaan reaksi utamanya adalah: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. Dalam reaksi ini, ion tembaga direduksi menjadi atom tembaga dengan memperoleh elektron melalui katalisis pusat paladium, sedangkan formaldehida dioksidasi menjadi ion format.
Proses pelapisan tembaga kimia: Pertama, PCB yang diaktifkan direndam dalam larutan pelapisan tembaga kimia yang mengandung garam tembaga, zat pengompleks, zat pereduksi, dan bahan tambahan lainnya. Suhu larutan pelapis umumnya dikontrol antara 40-50 derajat, dan nilai pH dipertahankan sekitar 12-13. Dalam proses pelapisan tembaga tanpa listrik, larutan pelapis perlu diaduk dengan tepat untuk memastikan keseragaman larutan pelapis dan kemajuan reaksi yang memadai. Waktu pelapisan tembaga tanpa listrik bergantung pada ketebalan lapisan tembaga yang dibutuhkan, dan lapisan tembaga dengan ketebalan antara 0,2-0,5 μm umumnya dapat diperoleh. Setelah pelapisan tembaga kimia, PCB perlu dibersihkan untuk menghilangkan sisa larutan pelapis dan kotoran di permukaan.
(3) Tembaga berlapis listrik
Tembaga lapis papan penuh: Tembaga lapis papan penuh, juga dikenal sebagai tembaga primer, terutama digunakan untuk melapisi lapisan tembaga pada seluruh permukaan PCB yang telah mengalami pelapisan tembaga kimia, untuk meningkatkan ketebalan lapisan tembaga, meningkatkan konduktivitas dan kekuatan mekanik, serta melindungi lapisan pelapisan tembaga kimia dari proses etsa dan proses lainnya. Pelapisan tembaga pelat penuh biasanya menggunakan larutan pelapisan tembaga sulfat yang bersifat asam, dengan kandungan tembaga sulfat umumnya antara 150-250g/L dan kandungan asam sulfat antara 50-200g/L dalam formula, serta jumlah ion klorida dan aditif yang sesuai. Dalam proses pelapisan listrik, PCB digunakan sebagai katoda, dan bola tembaga fosfor umumnya digunakan sebagai anoda untuk melengkapi ion tembaga dalam larutan pelapisan. Kepadatan arus umumnya dikontrol pada 1-2A/dm², dan waktu pelapisan listrik bergantung pada ketebalan lapisan tembaga yang dibutuhkan, biasanya meningkatkan ketebalan lapisan tembaga menjadi 5-20 μm. Selama proses pelapisan tembaga di seluruh papan, filtrasi terus menerus dari larutan pelapisan diperlukan untuk menghilangkan kotoran dan partikel dari larutan pelapisan, sehingga menjamin kualitas lapisan.
Tembaga pelapisan grafis: Tembaga pelapisan grafis, juga dikenal sebagai tembaga sekunder, adalah pelapisan listrik selektif dari bagian grafis sirkuit yang diperlukan pada PCB setelah pelapisan tembaga papan penuh dan transfer grafis, yang selanjutnya menebalkan lapisan tembaga untuk memenuhi persyaratan daya dukung sirkuit saat ini dan kinerja transmisi sinyal. Komposisi dan parameter proses larutan pelapisan untuk tembaga pelapisan grafis serupa dengan tembaga pelapisan papan penuh, namun karena hanya area grafis tertentu yang dilapisi, maka diperlukan bahan penutup untuk menutupi bagian yang tidak memerlukan pelapisan listrik. Selama proses pelapisan listrik, perhatian khusus harus diberikan pada keseragaman distribusi arus untuk memastikan bahwa ketebalan lapisan setiap bagian pola konsisten. Setelah pelapisan listrik grafis dengan tembaga, ketebalan lapisan tembaga umumnya dapat mencapai 20-50 μm, dan ketebalan spesifiknya bergantung pada persyaratan desain PCB.
(4) Pasca pemrosesan
Pembersihan: Setelah pelapisan tembaga, PCB harus dibersihkan secara menyeluruh terlebih dahulu untuk menghilangkan sisa larutan pelapis dan kotoran di permukaan. Pembersihan umumnya menggunakan metode pembilasan berlawanan arah multi-tahap, pertama bilas dengan air bersih, lalu bilas dengan air deionisasi untuk memastikan tidak ada sisa bahan kimia pada permukaan PCB. Permukaan PCB yang dibersihkan harus bersih, bebas noda, dan memiliki nilai pH mendekati netral.
Pasifasi: Untuk meningkatkan ketahanan korosi pada lapisan tembaga yang dilapisi, perawatan pasivasi biasanya diperlukan. Pasifasi adalah pembentukan lapisan pasivasi yang sangat tipis pada permukaan lapisan tembaga, yang dapat mencegah reaksi kimia antara oksigen dan uap air dan tembaga, sehingga memperpanjang masa pakai lapisan tembaga. Metode pasivasi yang umum digunakan meliputi pasivasi kimia dan pasivasi elektrokimia. Pasivasi kimia umumnya menggunakan larutan yang mengandung pasivasi kromat, fosfat, atau organik untuk mengolah papan sirkuit cetak; Pasivasi elektrokimia adalah proses pemberian tegangan tertentu pada elektrolit tertentu sehingga menimbulkan reaksi oksidasi pada permukaan lapisan tembaga sehingga membentuk lapisan pasivasi. Setelah perlakuan pasivasi, permukaan lapisan tembaga akan menampilkan warna film pasivasi yang seragam, seperti pelangi atau kuning keemasan.
Pengeringan: PCB yang telah dibersihkan dan dipasivasi perlu dikeringkan untuk menghilangkan kelembapan permukaan. Metode pengeringannya meliputi pengeringan udara panas, pengeringan vakum, dll. Pengeringan udara panas adalah metode yang umum digunakan, yang melibatkan penempatan PCB di lingkungan udara panas pada suhu tertentu untuk menguapkan kelembapan dengan cepat. Selama proses pengeringan, perhatian harus diberikan pada pengendalian suhu untuk menghindari deformasi PCB atau oksidasi lapisan tembaga yang disebabkan oleh suhu yang berlebihan. PCB kering harus disimpan dengan benar untuk menghindari kelembapan atau kontaminasi lebih lanjut.