Deposición de cobre, también conocido como revestimiento de cobre químico, abreviado como PTH. Su objetivo principal es depositar una capa de cobre delgada y uniforme en superficies no-conductoras de placas de circuito impreso, como paredes de orificios aislados y ciertas áreas específicas de láminas sin cobre, a través de reacciones químicas, dotando de conductividad a las partes originalmente no-conductoras, sentando las bases para procesos posteriores de galvanoplastia de cobre y, en última instancia, logrando la interconexión eléctrica entre capas de placas de circuito impreso.
Tomando como ejemplo una placa de circuito impreso multi-capa, las conexiones eléctricas entre capas deben realizarse a través de vías. Después de perforar, la pared del orificio se aísla y, sin un tratamiento de inmersión en cobre, la corriente no puede pasar a través del orificio para lograr la conducción entre capas. La capa de cobre es como construir un "puente", permitiendo que la corriente fluya suavemente entre las capas, asegurando la integridad y funcionalidad de todo el sistema eléctrico de la placa de circuito. Si hay problemas con el proceso de deposición de cobre, como deposición desigual de la capa de cobre, espesor insuficiente o defectos como huecos, puede provocar una transmisión de señal inestable, cortocircuitos o circuitos abiertos, lo que afecta gravemente el rendimiento y la vida útil de la placa de circuito impreso.
Flujo del proceso de deposición de cobre.
preprocesamiento
Desbarbado: Después de perforar, los orificios de la placa de circuito impreso pueden producir rebabas y es posible que queden restos de perforación dentro de los orificios. Elimine estas rebabas y virutas de perforación mediante cepillado y esmerilado mecánico para garantizar un procesamiento posterior suave, evitar daños a la pared y la superficie del orificio y afectar el efecto de deposición de cobre.
Hinchazón: en el caso de tableros multi-capas, la resina epoxi de la capa interior puede dañarse durante el proceso de perforación. Utilice agentes hinchantes específicos, como compuestos orgánicos a base de éter, para ablandar e hinchar la resina epoxi, preparándose para los siguientes pasos de desperforación para garantizar la eliminación eficaz de los restos de perforación y mejorar la adhesión entre la pared del poro y la capa de cobre.
Eliminación de pegamento y restos de perforación: Utilizando la fuerte propiedad oxidante del permanganato de potasio, en condiciones de alta temperatura y fuertes condiciones alcalinas, sufre una reacción de craqueo oxidativo con restos de perforación de resina epoxi hinchados y ablandados para eliminarlos. Por ejemplo, a una determinada temperatura y ambiente alcalino, el permanganato de potasio reacciona con las cadenas de carbono de la resina epoxi, provocando que se rompan y se descompongan, logrando así el objetivo de limpiar la pared de los poros.
Neutralización: elimine sustancias residuales como permanganato de potasio, permanganato de potasio y dióxido de manganeso del proceso de uso de permanganato de potasio para eliminar los escombros de perforación. Debido a que los iones de manganeso pertenecen a iones de metales pesados, pueden causar "intoxicación por paladio" en los pasos de activación posteriores, lo que hace que los iones o átomos de paladio pierdan su actividad de activación, afectando así el efecto de metalización de los poros. Por tanto, es necesario eliminarlos por completo.
Eliminación de aceite/limpieza de orificios: utilice agentes de eliminación de aceite especializados para eliminar manchas de aceite y otras impurezas de la superficie del tablero. Al mismo tiempo, mediante la acción del agente formador de poros, las propiedades de carga de la pared de los poros se ajustan para hacer que su superficie esté cargada positivamente, promoviendo la posterior adsorción uniforme del catalizador.
Micrograbado: uso de una solución de micrograbado para eliminar óxidos y otras impurezas en la superficie del cobre, y micrograbado de la superficie del cobre. Esto no sólo mejora la capacidad de unión entre la superficie de cobre y el cobre electrolítico posterior, sino que también proporciona un entorno superficial más adecuado para la adsorción de catalizadores.
Inmersión ácida: limpie el polvo de cobre adherido a la superficie de cobre después del micrograbado para garantizar la pureza de la superficie de cobre y crear condiciones favorables para los pasos de activación posteriores.
catálisis
Preinmersión: evita la limpieza incompleta del proceso anterior y que entren impurezas en el costoso tanque de paladio, mientras humedece las paredes de los poros de la resina epoxi para promover la adsorción del catalizador en la superficie de la placa. El tanque de pre-remojo y el tanque de activación posterior tienen básicamente la misma composición excepto por la ausencia de paladio.
Activación: este paso suele utilizar catalizadores como Pd/Sn o Pd/Cu para permitir que las micelas de paladio cargadas negativamente en la superficie se adhieran a las paredes de los poros debido a la acción del polímero mesoporoso. Mediante el tratamiento de activación, se proporcionan sitios activos catalíticos para la posterior deposición química de cobre, lo que permite que los iones de cobre experimenten reacciones de reducción en estos sitios activos.
Aceleración: Retire la porción coloidal de la capa exterior de partículas de paladio coloidal, exponiendo el núcleo de paladio catalítico, asegurando una buena adhesión entre la capa de revestimiento de cobre no electrolítico y la pared del poro. Por ejemplo, las micelas de paladio se adhieren al tablero y, después del lavado con agua y la aireación, se forma una capa de Sn (OH) 4 fuera de las partículas de Pd, que se elimina mediante un acelerador tipo HBF4 para exponer el núcleo de paladio.
Deposición química de cobre: coloque la placa de circuito impreso tratada catalíticamente en un tanque de deposición química de cobre que contenga sales de cobre (como sulfato de cobre) y agentes reductores (como formaldehído). Bajo la acción catalítica del núcleo de paladio, los iones de cobre se reducen con formaldehído y se depositan en las paredes de los poros de las placas de circuito impreso y en las superficies de láminas sin cobre que requieren conductividad, formando gradualmente una fina capa de cobre. A medida que avanza la reacción, el cobre químico recién generado y el hidrógeno como subproducto de la reacción pueden servir como catalizadores de la reacción, promoviendo aún más el progreso continuo de la reacción y aumentando el espesor de la capa de cobre. Los tipos de deposición química de cobre se pueden dividir en cobre fino (0,25-0,5 μm), cobre medio (1-1,5 μm) y cobre grueso (2-2,5 μm) según la demanda.
post-procesamiento
Lavado con agua: una vez completada la deposición de cobre, los productos químicos residuales de la superficie de la placa de circuito impreso se eliminan completamente mediante un lavado con agua de varias-etapas para evitar efectos adversos de las sustancias residuales en procesos posteriores.
Secado: Utilizar métodos como el secado con aire caliente para eliminar la humedad de la superficie de la placa de circuito impreso, manteniéndola en estado seco para su posterior almacenamiento y procesamiento.
inspección de calidad
Prueba de nivel de retroiluminación: haga cortes en la pared del orificio y observe la cobertura del cobre depositado en la pared del orificio utilizando un microscopio metalográfico. El nivel de retroiluminación generalmente se divide en 10 niveles y cuanto mayor sea el nivel, mejor será la cobertura del cobre depositado en la pared del orificio. Normalmente, los estándares de la industria requieren una calificación mayor o igual a 8,5. A través de las pruebas del nivel de retroiluminación, se puede comprender intuitivamente la uniformidad e integridad de la capa de cobre depositada en la pared del orificio y se puede juzgar que la calidad del cobre depositado cumple con los requisitos.
Detección del espesor de la capa de cobre: utilice equipos profesionales, como medidores de espesor de rayos X-, para medir el espesor de la capa de cobre depositada, asegurándose de que cumpla con el rango de espesor requerido por el diseño. Los diferentes escenarios de aplicación y requisitos del producto tienen diferentes estándares para el espesor de la capa de deposición de cobre.
Prueba de adhesión: utilice métodos como la prueba de cinta para probar la adhesión entre la capa de cobre y el sustrato de la placa de circuito impreso. Por ejemplo, utilice una cinta adhesiva específica para pegar sobre la superficie de la capa de cobre, luego retírela rápidamente y observe si la capa de cobre se ha despegado, para evaluar si la adhesión cumple con el estándar. Una buena adherencia es un indicador importante para garantizar la estabilidad y fiabilidad de la capa de cobre depositada.
Inspección de la pared del orificio: utilizando un microscopio u otras herramientas, inspeccione cuidadosamente la capa de cobre en la pared del orificio para detectar continuidad y defectos como huecos y grietas, para garantizar que la calidad de la capa de cobre en la pared del orificio cumpla con los requisitos de confiabilidad del circuito.
Puntos clave del control del proceso de deposición de cobre.
Control de temperatura: la velocidad de reacción durante la deposición química de cobre es muy sensible a la temperatura. La temperatura excesiva y la velocidad de reacción rápida pueden provocar una deposición desigual de la capa de cobre, lo que produce defectos como asperezas y huecos; La temperatura es demasiado baja, la velocidad de reacción es lenta, la eficiencia de deposición de cobre es baja y el espesor de la capa de cobre es difícil de cumplir con los requisitos. Por ejemplo, la temperatura de un tanque de cobreado químico generalmente debe controlarse con precisión entre 25 y 35 grados, según la fórmula de la solución química utilizada y los requisitos del proceso.
Control del PH: El valor del pH de una solución puede afectar la forma de los iones de cobre y la actividad de los agentes reductores. Unos valores de pH inadecuados pueden impedir que la reacción se desarrolle correctamente o provocar una disminución de la calidad de la capa de cobre. En el proceso de deposición de cobre, generalmente es necesario controlar el valor del pH dentro del rango alcalino de 11 a 13 y mantener un valor de pH estable agregando ajustadores de pH.
Control de concentración de la solución: la concentración de sales de cobre, agentes reductores, agentes quelantes y otros componentes de la solución debe controlarse estrictamente dentro del rango especificado. Una concentración excesiva o insuficiente puede afectar la velocidad y la calidad de la deposición de cobre. Por ejemplo, una baja concentración de sal de cobre puede provocar una tasa de deposición de cobre lenta y un espesor de capa de cobre insuficiente; Una concentración excesiva de agente reductor puede provocar una reacción excesiva y afectar la uniformidad de la capa de cobre. Es necesario probar y ajustar periódicamente la concentración del medicamento para garantizar que se encuentre en el mejor estado de proceso.
Control del tiempo de reacción: El tiempo de deposición del cobre determina el espesor final de la capa de cobre. El tiempo es demasiado corto y el espesor de la capa de cobre no cumple con los requisitos de diseño; El tiempo excesivo no solo desperdicia recursos, sino que también puede generar capas de cobre gruesas, lo que resulta en una cristalización gruesa y una menor adhesión. Según los diferentes tipos de deposición de cobre y requisitos del proceso, el tiempo de deposición de cobre debe controlarse con precisión. Por ejemplo, el tiempo de deposición de cobre para cobre fino es generalmente de 10 a 15 minutos, mientras que para cobre medio y grueso debe ampliarse correspondientemente.