Como componente principal de los productos electrónicos, el rendimiento y la calidad de la placa de circuito impreso afectan directamente la estabilidad y confiabilidad de todo el dispositivo electrónico. Entre los muchos factores que afectan el rendimiento de las placas de circuito impreso, la capacidad antioxidante juega un papel crucial.
Los peligros de la oxidación de las placas de circuito impreso
La placa de circuito impreso se compone principalmente de líneas conductoras, sustratos aislantes y diversos componentes electrónicos. En el uso diario, las placas de circuito impreso enfrentan diversos desafíos ambientales y la oxidación es un problema que no se puede ignorar. El oxígeno, la humedad y diversos contaminantes del aire pueden reaccionar químicamente con los cables metálicos de la placa de circuito impreso, provocando corrosión, mayor resistencia, transmisión de señal inestable e incluso fallas en el circuito. Especialmente las piezas metálicas, como las líneas de láminas de cobre y las uniones soldadas en las placas de circuito impreso, son propensas a reaccionar con el oxígeno del aire, generando óxidos. Estos óxidos pueden aumentar la resistencia del circuito, interferir con la estabilidad de la transmisión de la señal y, en casos graves, provocar roturas en el circuito, lo que provoca que los dispositivos electrónicos no funcionen correctamente.
Proceso antioxidante
Máscara de soldadura orgánica
Este es un proceso antioxidante de placas de circuito impreso de uso común, que genera una fina película protectora orgánica en la superficie de la placa de circuito impreso para aislar el metal del aire, ejerciendo así efectos antioxidantes. El principio se basa en enlaces químicos. Tomando como ejemplo el OSP de azol común, el anillo de imidazol en compuestos orgánicos de alquilbencimidazol puede formar un enlace de coordinación con los electrones 3d10 de los átomos de cobre, formando así complejos de alquilbencimidazol de cobre. Durante el proceso de recubrimiento, primero se recubre la primera capa, que adsorbe el cobre. Luego, la segunda capa de moléculas de recubrimiento orgánico se combina con el cobre y este proceso se repite hasta que se forma una estructura compuesta por muchas moléculas de recubrimiento orgánico. Finalmente, se forma una capa protectora con un espesor generalmente entre 0,2-0,5 µm sobre la superficie de cobre. Además, debido a la atracción de Van der Waals entre los grupos alquilo de cadena larga-y la presencia de anillos de benceno, esta película protectora tiene buena resistencia al calor y una alta temperatura de descomposición. En el entorno de soldadura posterior a alta temperatura, el fundente puede eliminar fácil y rápidamente esta película protectora, lo que permite que la superficie de cobre limpia expuesta se una con la soldadura fundida en un período de tiempo muy corto, formando una unión de soldadura firme.
El proceso OSP tiene un costo relativamente bajo y no es complicado, lo que lo hace adecuado para la producción a gran-escala. Y puede mantener una buena soldabilidad de las almohadillas de soldadura, asegurando la calidad de la soldadura. Pero también tiene algunos inconvenientes, como la capa de película delgada que conduce a un tiempo de almacenamiento limitado y el rendimiento antioxidante es propenso a disminuir con el tiempo y los cambios ambientales; No resistente a altas temperaturas, limitado en escenarios que requieren múltiples procesos de alta-temperatura; El entorno de soldadura tiene requisitos estrictos y factores como las impurezas y la humedad del ambiente pueden afectar fácilmente su rendimiento y la calidad de la soldadura.
oro de inmersión
Este proceso implica depositar una capa de níquel en la superficie de la placa de circuito impreso, seguida de una capa de oro. La capa de níquel puede bloquear la difusión del cobre, mientras que la capa de oro tiene buena resistencia a la oxidación y conductividad, lo que puede mejorar significativamente el rendimiento y la confiabilidad de la placa de circuito impreso. El proceso químico de enchapado en oro con níquel está maduro, con suministro suficiente, adecuado para soldadura sin plomo-. Sin embargo, el coste de este proceso es relativamente alto y su superficie no es lo suficientemente lisa, lo que dificulta la soldadura de componentes de paso fino.
Inmersión en plata
El proceso de inmersión en plata puede formar una capa de plata uniforme en la superficie de la placa de circuito impreso, con buena resistencia a la oxidación y soldabilidad. No hay una capa de níquel debajo de la capa de plata, por lo que la plata por inmersión no es tan fuerte físicamente como el niquelado no electrolítico o el oro por inmersión. La capa de plata sufrirá una doble vía de corrosión cuando se exponga al aire. Bajo oxidación química, 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O forma una capa de óxido amarillo; En la corrosión electroquímica, Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ produce sulfuros negros. Cuando la humedad relativa es superior al 60%, la velocidad de corrosión aumenta tres veces; En entornos que contienen azufre-, como los envases de caucho, puede producirse una decoloración visible en un plazo de 24 horas.
inmersión de estaño
El proceso de inmersión en estaño cubre la superficie de la placa de circuito impreso con una capa de estaño, que puede prevenir eficazmente la oxidación. Dado que todos los materiales de soldadura se basan en estaño, la capa de estaño puede combinar con cualquier tipo de soldadura. Sin embargo, las placas de circuito impreso tratadas con procesos de inmersión de estaño en el pasado eran propensas a tener problemas con los bigotes de estaño, y durante el proceso de soldadura, los fenómenos de bigotes y migración de estaño planteaban serios desafíos a la confiabilidad. Posteriormente, al agregar aditivos orgánicos a la solución de inmersión de estaño, la estructura de la capa de estaño se transformó en partículas, superando las dificultades-mencionadas anteriormente y poseyendo buena estabilidad térmica y soldabilidad. El tiempo de almacenamiento de las placas de estaño sumergidas es limitado y, si se dejan demasiado tiempo, se formará óxido de estaño en su superficie, lo que afectará el efecto de soldadura. Por tanto, es necesario seguir estrictamente el orden de inmersión del estaño durante el montaje.
Nivelación de aire caliente
Nivelación con aire caliente, también conocida como nivelación de soldadura con aire caliente, comúnmente conocida como pulverización de estaño. Este proceso implica recubrir la superficie de una placa de circuito impreso con soldadura de plomo y estaño fundido. Hoy en día, se usa más comúnmente soldadura sin plomo-y luego se calienta aire comprimido para nivelar la soldadura, formando una capa de recubrimiento que puede resistir eficazmente la oxidación del cobre y proporcionar una excelente soldabilidad. Durante el aire acondicionado caliente, la soldadura interactúa con el cobre para formar compuestos metálicos de cobre y estaño en la unión. Este proceso se divide en tipos verticales y horizontales, siendo el tipo horizontal generalmente considerado más ventajoso debido a su recubrimiento más uniforme y la capacidad de lograr una producción automatizada. El proceso general incluye pasos como micrograbado, precalentamiento, recubrimiento fundente, pulverización de estaño y limpieza. El proceso de nivelación con aire caliente está maduro, con un costo relativamente bajo y buena soldabilidad, adecuado para soldadura sin plomo-. Pero su superficie no es lo suficientemente lisa, lo que dificulta la soldadura de componentes de paso fino, y el HASL que contiene plomo también enfrenta problemas ambientales.
browning
En el proceso de fabricación de placas de circuito impreso multi-capas, el tratamiento de la superficie interior de la lámina de cobre es crucial para la calidad de la laminación, y el proceso de dorado se utiliza ampliamente en él. Su núcleo es formar una película porosa de óxido de cobre o de óxido cuproso en la superficie del cobre mediante una reacción de oxidación química. Bajo la acción de oxidantes alcalinos, el cobre sufre reacciones de oxidación, con 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻. El dorado no sólo proporciona una buena adhesión entre capas, sino que también mejora la humectabilidad de la resina durante el proceso de laminación. La estructura porosa de la capa dorada aumenta el área de superficie de la lámina de cobre, lo que facilita la penetración de la resina y el llenado de los microporos, reduce las burbujas y los huecos durante la laminación, mejora la fuerza de mordida mecánica y reduce el riesgo de delaminación. En el ciclo térmico de las placas de circuito impreso, la tensión se puede distribuir de manera más uniforme, lo que reduce el riesgo de delaminación entre capas y mejora la confiabilidad térmica. Sin embargo, si no se controla adecuadamente, la oxidación excesiva puede hacer que la capa de óxido sea demasiado espesa y quebradiza, reduciendo la fuerza de unión; La oxidación desigual puede provocar fuerzas de unión inconsistentes y aumentar el riesgo de delaminación; Si el dorado se contamina antes de la laminación posterior, como por ejemplo por absorción de humedad o daño a la película de óxido, también puede provocar una disminución de la fuerza de unión. El espesor de la capa de óxido suele controlarse entre 0,5 y 1,5 µm. Antes de dorar, se utiliza un proceso de micrograbado para eliminar óxidos y contaminantes orgánicos de la superficie del cobre. Los agentes de micrograbado comunes incluyen sistemas de persulfato de amonio o peróxido de hidrógeno de ácido sulfúrico. Las soluciones para dorar suelen estar compuestas de oxidantes alcalinos, agentes complejantes y estabilizadores. Al ajustar las condiciones de oxidación, se puede obtener la relación CuO/CuO ₂ O óptima para equilibrar la fuerza de unión y la resistencia al calor. La superficie de cobre después del dorado es propensa a la humedad o la contaminación del aire y generalmente requiere un tratamiento antioxidante antes de la laminación, como el uso de capas protectoras orgánicas como benzotriazol u otros antioxidantes, así como almacenamiento en seco para evitar la absorción de humedad y reducir el riesgo de deterioro.
Otras medidas para la resistencia a la oxidación de la placa de circuito impreso.
Selección de materiales
Elegir sustratos y materiales metálicos de alta-calidad es crucial en el proceso de fabricación de placas de circuito impreso. Los sustratos de alta calidad tienen buenas propiedades de aislamiento y estabilidad, lo que puede bloquear eficazmente la invasión de oxígeno y humedad. Mientras tanto, al utilizar recubrimientos metálicos con fuertes propiedades antioxidantes, como dorado, plateado, estañado, etc., se puede formar una película protectora en la superficie del circuito metálico para evitar que se produzcan reacciones de oxidación. Por ejemplo, en algunos productos electrónicos-de alta gama, se utiliza una lámina de cobre libre de oxígeno con excelente resistencia a la oxidación como material revestido de cobre-para mejorar la resistencia general a la oxidación de la placa de circuito impreso.
control ambiental
Un entorno de almacenamiento y uso razonable es igualmente crucial para la resistencia a la oxidación de la placa de circuito impreso. Durante la producción, almacenamiento y transporte de placas de circuito impreso, la temperatura y la humedad del ambiente deben controlarse estrictamente para evitar exponer las placas de circuito impreso a altas temperaturas, alta humedad o ambientes que contengan contaminantes. Por ejemplo, almacenar placas de circuito impreso en un ambiente con una humedad relativa controlada entre 40% -60% y una temperatura controlada entre 20 y 25 grados puede reducir efectivamente la velocidad de oxidación. Al mismo tiempo, seleccione materiales de embalaje adecuados, como bolsas a prueba de humedad, cajas de espuma, etc., para garantizar la integridad y calidad de la placa de circuito impreso. Para tableros desnudos que aún no están ensamblados, el envasado al vacío puede aislar eficazmente el aire y retrasar el proceso de oxidación.
Optimización del proceso de producción.
La optimización del proceso de producción puede reducir el tiempo de exposición de las placas de circuito impreso al aire durante el proceso de fabricación y también reducir el riesgo de oxidación. Por ejemplo, al utilizar equipos automatizados para completar rápidamente la transición del grabado a la máscara de soldadura, se pueden evitar tiempos de espera innecesarios. El uso de soluciones antioxidantes para tratar superficies de cobre durante etapas específicas de la fabricación de placas de circuito impreso puede brindar protección temporal a la superficie de cobre en un corto período de tiempo hasta que comience el siguiente proceso.