PCB juega un papel crucial en la conexión y transmisión de señales electrónicas, y el proceso de galvanoplastia de cobre de PCB, como enlace central en elproceso de fabricación de PCB, juega un papel decisivo en el rendimiento y la calidad de la placa de circuito. Desde teléfonos inteligentes hasta computadoras de alto-rendimiento, desde electrónica automotriz hasta equipos aeroespaciales, las placas de circuito impreso de casi todas las dispositivos electrónicos dependen de la tecnología de galvanoplastia de cobre.
1, principio de galvanoplastia de cobre
La galvanoplastia de cobre con PCB es un proceso electroquímico típico basado en la ley de Faraday. En el baño de galvanoplastia, la PCB se utiliza como cátodo y el ánodo de cobre se sumerge en un electrolito que contiene iones de cobre. Cuando se aplica un voltaje de corriente continua entre el cátodo y el ánodo, la corriente pasa a través del electrolito, desencadenando una serie de reacciones electroquímicas.
Reacción anódica: El ánodo de cobre sufre una reacción de oxidación, donde los átomos de cobre pierden dos electrones y se convierten en iones de cobre que ingresan al electrolito. La ecuación de reacción es Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺.
Reacción catódica: en la superficie de la PCB, los iones de cobre adquieren electrones y se reducen a átomos de cobre, que se depositan en la superficie de la PCB. La ecuación de reacción es Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu.
Al controlar parámetros como la densidad de corriente, el tiempo de galvanoplastia y la composición del electrolito, se puede controlar con precisión la velocidad de deposición y el espesor del recubrimiento de cobre.
2, flujo de proceso
(1) Preprocesamiento
Limpieza: En primer lugar, limpie a fondo el sustrato de la PCB para eliminar impurezas como manchas de aceite, polvo y óxidos de la superficie. Los métodos de limpieza comunes incluyen limpieza alcalina, limpieza ácida y limpieza ultrasónica. La limpieza alcalina puede eliminar eficazmente el aceite y los contaminantes orgánicos, mientras que la limpieza ácida se utiliza principalmente para eliminar óxidos. La limpieza ultrasónica puede limpiar a fondo los finos espacios y agujeros en la superficie del sustrato mediante el efecto de cavitación de las ondas ultrasónicas. La superficie del sustrato limpiada no debe tener impurezas obvias y presentar un brillo metálico uniforme.
Microcorrosión: el propósito de la microcorrosión es formar una superficie microrugosa en la superficie de la PCB, aumentando la adhesión entre la capa de cobre galvanizada posterior y el sustrato. Por lo general, para tratar los sustratos se utilizan soluciones que contienen micrograbantes como persulfato o peróxido de hidrógeno de ácido sulfúrico. Durante el proceso de micrograbado, el agente de micrograbado sufre una reacción química con la superficie de cobre, disolviendo una capa muy delgada de cobre y formando pequeñas estructuras cóncavas-convexas. El grado de microcorrosión debe controlarse estrictamente, con una cantidad de microcorrosión general controlada entre 0,5 y 1,5 μm para garantizar una buena adhesión sin corrosión excesiva del sustrato.
Preinmersión: La preinmersión es el proceso de sumergir la PCB limpia y micrograbada en una solución de preinmersión que contiene componentes específicos, lo que permite que la superficie del sustrato absorba una capa de sustancia activa y se prepare para el proceso de activación posterior. La composición de la solución de preinmersión suele ser similar a la de la solución de activación, pero con una concentración menor. Su función principal es evitar que el sustrato se vuelva a oxidar antes de la activación y mejorar el efecto de activación. El tiempo de remojo previo es generalmente corto, oscilando normalmente entre unos pocos segundos y decenas de segundos.
Activación: la activación es un paso crucial en el proceso de pre-tratamiento, cuyo objetivo es adsorber una capa de partículas metálicas catalíticamente activas, generalmente partículas de paladio, en la superficie de la PCB. Estas partículas de paladio servirán como centros catalíticos para el posterior cobreado químico o galvanoplastia, promoviendo la reducción y deposición de iones de cobre. Los métodos de activación comúnmente utilizados incluyen el método de activación de paladio coloidal y el método de activación de paladio iónico. La solución de activación de paladio coloidal está compuesta de sal de paladio, sal de estaño y agente quelante. Durante el proceso de activación, las partículas de paladio coloidal se adsorben en la superficie de la PCB; El método de activación de iones de paladio consiste en adsorber iones de paladio en la superficie del sustrato mediante el intercambio iónico y luego reducirlos a paladio metálico mediante un agente reductor. Los parámetros como el tiempo de activación y la temperatura deben controlarse con precisión según el tipo de solución de activación y el material de la PCB para garantizar una capa de activación uniforme y densa.
(2) Cobrizado químico
Para algunos sustratos de PCB fabricados con materiales no-conductores, como plástico reforzado con fibra de vidrio, se requiere un revestimiento químico de cobre antes de galvanizar el cobre para formar una fina capa de cobre conductor en la superficie del sustrato, lo que proporciona una ruta conductora para el posterior galvanoplastia de cobre.
Principio del revestimiento químico de cobre: el revestimiento químico de cobre es una reacción de oxidación-reducción autocatalítica. En una superficie con actividad catalítica, los iones de cobre se reducen a cobre metálico mediante la acción de un agente reductor y se depositan sobre la superficie del sustrato. La ecuación de reacción principal es: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. En esta reacción, los iones de cobre se reducen a átomos de cobre mediante la obtención de electrones bajo la catálisis de centros de paladio, mientras que el formaldehído se oxida para formar iones.
Proceso de revestimiento de cobre químico: en primer lugar, la PCB activada se sumerge en una solución de revestimiento de cobre químico que contiene sales de cobre, agentes complejantes, agentes reductores y otros aditivos. La temperatura de la solución de recubrimiento generalmente se controla entre 40 y 50 grados y el valor del pH se mantiene alrededor de 12-13. En el proceso de revestimiento de cobre no electrolítico, es necesario agitar la solución de revestimiento de forma adecuada para garantizar la uniformidad de la solución de revestimiento y el progreso suficiente de la reacción. El tiempo para el revestimiento de cobre no electrolítico depende del espesor requerido de la capa de cobre, y generalmente se puede obtener una capa de cobre con un espesor de entre 0,2 y 0,5 µm. Después del recubrimiento químico de cobre, es necesario limpiar la PCB para eliminar la solución de recubrimiento residual y las impurezas de la superficie.
(3) Cobre galvanizado
Cobre galvanizado de placa completa: El cobre galvanizado de placa completa, también conocido como cobre primario, se utiliza principalmente para galvanizar una capa de cobre en toda la superficie de una PCB que se ha sometido a un revestimiento de cobre químico, con el fin de aumentar el espesor de la capa de cobre, mejorar la conductividad y la resistencia mecánica, y proteger la capa de revestimiento de cobre químico del grabado posterior y otros procesos. La galvanoplastia de cobre de placa completa generalmente utiliza una solución ácida de sulfato de cobre, con un contenido de sulfato de cobre generalmente entre 150 y 250 g/L y un contenido de ácido sulfúrico entre 50 y 200 g/L en la fórmula, así como cantidades apropiadas de iones cloruro y aditivos. En el proceso de galvanoplastia, se utiliza PCB como cátodo y bolas de cobre fósforo generalmente se utilizan como ánodo para complementar los iones de cobre en la solución de revestimiento. La densidad de corriente generalmente se controla a 1-2 A/dm², y el tiempo de galvanoplastia depende del espesor de la capa de cobre requerido, aumentando generalmente el espesor de la capa de cobre a 5-20 μm. Durante el proceso de galvanoplastia de cobre en todo el tablero, se requiere una filtración continua de la solución de recubrimiento para eliminar impurezas y partículas de la solución de recubrimiento, asegurando la calidad del recubrimiento.
Cobre para galvanoplastia gráfica: el cobre para galvanoplastia gráfica, también conocido como cobre secundario, es una galvanoplastia selectiva de las partes gráficas del circuito requeridas en la PCB después de la galvanoplastia de cobre de placa completa y la transferencia gráfica, espesando aún más la capa de cobre para cumplir con los requisitos de capacidad de carga de corriente del circuito y rendimiento de transmisión de señal. La composición y los parámetros del proceso de la solución de galvanoplastia para cobre para galvanoplastia gráfica son similares a los del cobre para galvanoplastia de placa completa, pero debido a que solo se galvanizan áreas gráficas específicas, se necesitan materiales de máscara para cubrir las partes que no requieren galvanoplastia. Durante el proceso de galvanoplastia, se debe prestar especial atención a la uniformidad de la distribución de la corriente para garantizar que el espesor del recubrimiento de cada parte del patrón sea consistente. Después de la galvanoplastia gráfica con cobre, el espesor de la capa de cobre generalmente puede alcanzar 20-50 μm, y el espesor específico depende de los requisitos de diseño de la PCB.
(4) Postprocesamiento
Limpieza: Después de galvanizar el cobre, primero se debe limpiar a fondo la PCB para eliminar la solución de revestimiento residual y las impurezas de la superficie. La limpieza generalmente adopta un método de enjuague a contracorriente de varias etapas: primero enjuague con agua limpia y luego enjuague con agua desionizada para garantizar que no queden productos químicos residuales en la superficie de la PCB. La superficie de la PCB limpia debe estar limpia, libre de manchas y tener un valor de pH cercano al neutro.
Pasivación: para mejorar la resistencia a la corrosión de las capas de cobre galvanizado, generalmente se requiere un tratamiento de pasivación. La pasivación es la formación de una película de pasivación extremadamente delgada en la superficie de una capa de cobre, que puede prevenir reacciones químicas entre el oxígeno, la humedad y el cobre, extendiendo así la vida útil de la capa de cobre. Los métodos de pasivación comúnmente utilizados incluyen pasivación química y pasivación electroquímica. La pasivación química generalmente utiliza soluciones que contienen cromato, fosfato o pasivadores orgánicos para tratar placas de circuito impreso; La pasivación electroquímica es el proceso de aplicar un cierto voltaje en un electrolito específico para provocar reacciones de oxidación en la superficie de las capas de cobre, formando una película de pasivación. Después del tratamiento de pasivación, la superficie de la capa de cobre presentará un color de película de pasivación uniforme, como el arcoíris o el amarillo dorado.
Secado: La PCB limpia y pasivada debe secarse para eliminar la humedad de la superficie. Los métodos de secado incluyen secado con aire caliente, secado al vacío, etc. El secado con aire caliente es un método comúnmente utilizado, que implica colocar la PCB en un ambiente de aire caliente a una temperatura determinada para evaporar rápidamente la humedad. Durante el proceso de secado, se debe prestar atención al control de la temperatura para evitar la deformación de la PCB o la oxidación de la capa de cobre causada por una temperatura excesiva. La PCB seca debe almacenarse adecuadamente para evitar una mayor humedad o contaminación.