Na pozadí vývoja elektronických zariadení smerom k vysokému výkonu a vysokej spoľahlivosti,hrubá medená doska plošných spojovsa stali základným substrátom v oblastiach, ako sú výkonové moduly, automobilová elektronika a priemyselné zariadenia vďaka svojej vynikajúcej prúdovej zaťažiteľnosti a schopnosti odvádzať teplo. Avšak počas procesu leptania hrubých medených dosiek plošných spojov existujú bežné problémy, ako je veľká hĺbka leptania, ťažkosti s riadením bočného leptania a nedostatočná jednotnosť. Nerovnomerné leptanie môže viesť k odchýlke šírky čiary, lokálnym zvyškom alebo nadmernej korózii, čo nielenže ovplyvňuje výkon obvodu, ale môže predstavovať aj riziko šrotu šarže.
Osobitosti a výzvy procesu leptania pre hrubé medené plechy
Hrubá medená platňa sa vzťahuje na dosku s hrúbkou medenej fólie nie menšou ako 105 μm a bežné špecifikácie zahŕňajú 105 μm, 140 μm, 180 μm atď. V dôsledku hrubšej medenej vrstvy existujú značné rozdiely v procese leptania v porovnaní s bežnými tenkými medenými doskami s plošnými spojmi
Veľká hĺbka leptania: Hrúbka medenej vrstvy, ktorá sa má odstrániť, je 3-10 krát väčšia ako obyčajná tenká medená doska s plošnými spojmi a doba leptania sa značne predlžuje. Napríklad čas potrebný na leptanie od 180 μm do 35 μm je 2-5 krát dlhší ako čas leptania z 18 μm medenej fólie na 35 μm;
Ťažkosti pri kontrole bočnej korózie: Rýchlosť leptania leptacieho roztoku je odlišná vo vertikálnom a horizontálnom smere. Čím je vrstva medi hrubšia, tým je tento rozdiel zreteľnejší, čo môže ľahko viesť k nadmernej presnosti šírky čiary. Napríklad, ak je navrhnutá šírka čiary 500 μm vyleptaná, môže to byť len 450 μm, alebo môžu nastať problémy so zvyškami leptania, keď lokálna vrstva medi nie je úplne odstránená;
Požiadavky na vysokú jednotnosť: Pri leptaní veľkoplošných hrubých medených dosiek plošných spojov sa môžu vyskytnúť rozdiely v prietoku, teplote a iných parametroch chemického roztoku medzi okrajmi a stredovou oblasťou platne, čo môže spôsobiť nerovnomerné leptanie v rôznych oblastiach a viesť k odchýlke hrúbky medi o viac ako 10 % na rôznych miestach tej istej platne.
Typické problémy a analýza príčin nerovnomerného leptania
1. Nekonzistentná rýchlosť leptania celej dosky
Nekonzistentná rýchlosť leptania celej dosky je spôsobená najmä nerovnomerným rozložením chemického roztoku a teplotným gradientom. Ak je tryska striekacieho leptacieho stroja zablokovaná alebo tlak je nedostatočný, spôsobí to nerovnomerné prúdenie kvapaliny na povrchu dosky. Napríklad, ak je štandardný tlak 2,0 bar a nameraný tlak je len 1,5 bar, rýchlosť leptania v niektorých oblastiach sa výrazne zníži. Okrem toho porucha v systéme regulácie teploty vo vnútri leptacej nádrže môže spôsobiť kolísanie teploty. Napríklad, ak je nastavená teplota 50 stupňov, ale skutočný teplotný rozdiel dosiahne ± 5 stupňov, rýchlosť leptania v oblastiach s vysokou-teplotou sa zrýchli, zatiaľ čo v oblastiach s nízkou-teplotou je náchylný na vznik zvyškov medenej vrstvy. Vyskytol sa prípad, keď bola 140 μm hrubá medená platňa poškodená v dôsledku vyhrievacej trubice na ľavej strane drážky na leptanie. Teplota v ľavej polovici bola o 8 stupňov nižšia ako v pravej polovici a zvyšková hrúbka medi v ľavej polovici presiahla 20 μm.
2. Lokalizované zvyšky leptania alebo nadmerné leptanie
Lokalizované zvyšky leptania alebo nadmerné leptanie zvyčajne súvisí s defektmi vo vrstve rezistu a drsnosťou medenej fólie. Ak je priľnavosť suchého filmu alebo atramentu spájkovacej masky na povrchu hrubej medi nedostatočná, môže počas leptania dôjsť k infiltrácii, to znamená, že okraj koróznej- vrstvy sa môže zdvihnúť, čo spôsobí koróziu medenej vrstvy pod ňou. Zároveň je drsnosť povrchu hrubej medenej fólie pomerne vysoká. Ak je drsnosť Ra väčšia ako 5 μm, konkávna oblasť je náchylná na zadržiavanie roztoku liečiva a vytvára slepú škvrnu pri leptaní, čo vedie k miestnemu zvyšku. Napríklad v oblasti smerovania vysokého prúdu hrubej medenej dosky výkonového modulu sa môže prúdová zaťažiteľnosť znížiť v dôsledku zvyškov po leptaní a nameraný odpor je o 15 % vyšší ako projektovaná hodnota.
3. Nadmerná bočná erózia vedie k zlyhaniu presnosti šírky čiary
Nadmerné bočné leptanie je spôsobené najmä predĺženým časom leptania a nevyváženým zložením leptacieho roztoku. Predĺženie doby procesu na zabezpečenie úplného leptania hrubej medi môže viesť k zvýšenému bočnému leptaniu. Typicky sa za každú ďalšiu minútu leptania šírka čiary zníži o 10-15 μm. Okrem toho nedostatočná koncentrácia kyseliny chlorovodíkovej alebo nadmerný obsah chloridu železitého v leptacom roztoku môže znížiť schopnosť selektívneho leptania a zároveň korodovať vrstvu odolnú voči korózii a medenú vrstvu, čo vedie k strate presnosti šírky čiary.
Cielené metódy nápravy a optimalizácia procesov
1. Optimalizácia prístrojového a liekového systému
(1) Inovácia postrekovacieho systému
Horné a spodné dýzy sú usporiadané striedavo, aby sa zlepšila rovnomernosť pokrytia liečivom, a tlak je regulovaný na 2,5-3,0 barov. Zároveň nainštalujte senzor monitorovania prietoku trysky, ktorý bude zabezpečovať alarmy upchatia v reálnom čase a pravidelne aspoň raz týždenne čistite trysku 5 % roztokom kyseliny dusičnej. Prax ukázala, že pri leptaní medenej platne s hrúbkou 180 μm môže zvýšenie striekacieho tlaku z 1,8 baru na 2,8 baru zlepšiť rovnomernosť leptania celej platne z ± 12 % na ± 5 %.
(2) Kontrola teploty a optimalizácia obehu liečiva
Vymeňte ohrev špirály za doskové výmenníky tepla, aby ste regulovali kolísanie teploty v rozmedzí ± 1 stupeň. Výhodná teplota leptania je 55-60 stupňov na zvýšenie aktivity chemického roztoku. Zvýšte výkon obehového čerpadla kvapaliny, zvýšte prietok z 20 m ³/h na 35 m ³/h a nainštalujte 10 μm filtračný prvok na odstránenie vločiek medených iónov a udržiavanie kvapaliny v čistote.
Zlepšenie procesu antikoróznej{0}}vrstvy
(1) Predspracujúca výstuž
Pred leptaním sa brúsna doska a proces mikroleptania používajú na kontrolu drsnosti brúsnej dosky pri Ra2-3 μm a hĺbky mikroleptania pri 1,5 – 2,0 μm, čím sa zvyšuje mechanické spojenie medzi medeným povrchom a vrstvou odolnou voči korózii. Súčasné nanášanie silánového spojovacieho činidla, ako je KH-570, na vytvorenie adsorpčnej vrstvy na molekulárnej úrovni na povrchu medi, čím sa zvyšuje adhézia suchého filmu a zvyšuje sa pevnosť v odlupovaní z 1,2 N/mm na 1,8 N/mm.
(2) Výber a optimalizácia povrchovej úpravy vrstvy odolnej voči korózii-
Prednosť by mali dostať hrubovrstvové suché filmy s hrúbkou 50-75 μm, ako napríklad Asahi Kasei DF-2000, ktorý má lepšiu odolnosť proti korózii a schopnosť prenikania leptacieho roztoku ako bežné 25 μm suché filmy. Pri aplikácii fólie zvýšte tlak na 1,5-2,0 MPa a udržujte ho na 2,5-3,0 kg/cm, aby ste predišli lokálnemu zlyhaniu odolnosti proti korózii spôsobenému bublinami alebo záhybmi.
Dynamické nastavenie parametrov leptania
(1) Segmentovaný proces leptania
Prijatím postupnej kontroly koncentrácie, prvý stupeň používa vysoko koncentrovaný leptací roztok s koncentráciou kyseliny chlorovodíkovej 8 % a obsahom chloridu železitého 450 g/l na rýchle odstránenie väčšiny medenej vrstvy s rýchlosťou leptania až 70 %; V druhej fáze prejdite na leptací roztok s nízkou koncentráciou s koncentráciou kyseliny chlorovodíkovej 5 % a obsahom chloridu železitého 300 g/l na jemné leptanie na zníženie bočného leptania, čo môže znížiť množstvo bočného leptania o 40 %. Monitorovanie priebehu leptania v reálnom čase sa dosahuje prostredníctvom online testera hrúbky medi. Keď sa zostávajúca hrúbka medi priblíži k cieľovej hodnote, okamžite sa prepne do druhého stupňa.
(2) Technológia pulzného leptania
Periodické spustenie zastavenia rozprašovania lieku, ako je striekanie na 30 sekúnd a zastavenie na 10 sekúnd, využíva kavitačný efekt na zníženie bočnej erózie spôsobenej nepretržitým striekaním a podporuje vylučovanie produktov korózie. Po pulznom leptaní sa presnosť šírky čiary 105 μm hrubej medenej dosky zlepšila z ± 25 μm na ± 10 μm a účinnosť leptania sa zvýšila o 15 %.
Techniky prepracovania a opravy
(1) Miestny doplnok na leptanie
Pre malé plochy zvyškov po leptaní, ako sú plochy menšie ako 10 cm², je možné použiť štetec na ponorenie zriedeného leptacieho roztoku, zmiešanie kyseliny chlorovodíkovej a vody v pomere 1:1 a rovnomerné nanesenie na zvyškovú plochu. Po 10-30 sekundách pôsobenia rýchlo umyte vodou a prísne kontrolujte čas, aby ste predišli nadmernému leptaniu.
(2) Galvanické plnenie a opravy
Keď nadmerné leptanie spôsobí odchýlku šírky čiary presahujúcu 15 %, na vyplnenie a opravu možno použiť galvanické pokovovanie. Najprv vykonajte predbežnú úpravu odstraňovaním oleja a mikroleptaním na ploche, ktorá sa má opraviť, a potom použite miestne procesy galvanického pokovovania, ako je pokovovanie štetcom, s prúdovou hustotou regulovanou na 10-15A/dm² a dobou elektrolytického pokovovania 5-10 minút, kým sa nedosiahne konštrukčná šírka čiary.
Vybudovanie systému detekcie a prevencie
1. Technológia detekcie online
Pomocou technológie merania hrúbky röntgenového žiarenia sa z každých piatich leptaných dosiek s plošnými spojmi odoberie jedna vzorka na meranie hrúbky medi vo viacerých bodoch vrátane štyroch hrán a jedného stredového bodu s toleranciou regulovanou v rozmedzí ± 5 %. Vybavený automatickým optickým kontrolným zariadením, využívajúcim 50x šošovku objektívu, rýchlosť skenovania nepresahujúcu 20 cm²/s, identifikuje defekty, ako je odchýlka šírky čiary a zvyšky leptania, s prahom alarmu nastaveným na ± 10 μm.
2. Validácia a štandardizácia procesov
Pred každou výrobnou šaržou sa vyrobí a analyzuje prvý kus narezaním a rovnomernosť leptania sa potvrdí pod mikroskopom zväčšeným 200-krát. Až po absolvovaní inšpekcie sa môže uskutočniť sériová výroba. Vytvorte systém sledovania parametrov na zaznamenávanie teploty, tlaku, koncentrácie liečiva, času a iných údajov počas procesu leptania, vytvorte model veľkých dát na predpovedanie rizík fluktuácie procesu, ako je varovanie pred životom lieku.
Riešenie problému nerovnomerného leptania hrubých medených dosiek plošných spojov vyžaduje optimalizáciu celého reťazca od hardvéru zariadenia, parametrov procesu, prispôsobenia materiálu až po detekčný systém. Vylepšením rozprašovacieho systému, posilnením koróznej-vrstvy a implementáciou procesov segmentovaného leptania možno výrazne zlepšiť rovnomernosť a presnosť leptania.