فرآیند های شیمیایی تولید برد مدار چاپی (PCB) – قسمت دوم

آبکاری مدار چاپی (الکترولیت مس)

آبکاری مدار چاپی (الکترولیت مس)

3-               عملیات شیمیایی در روشهای مرحله به مرحله و پوشش سطحی :

ترتیب تعقیب عملیات در روش مرحله به مرحله در شکل ۳و ۴ آورده شده است و عملیات پوشش سطحی در شکل ۵ و در هر دو روش برای عمل هادی نمودن داخل سوراخ ها بایستی از مس شیمیایی استفاده شود .

۱-۳- هادی کردن سوراخ ها با مس شیمیایی :

عملیات آمادگی این فرآیند مراحل زیر را در بر می گیرد :

-        تمیز کاری و آماده سازی و حالت دادن (CLEANING / CONDITIONING)

-        سایش و مس بری میکرونی MICRO ETCHING

-        فعال کننده مقدماتی ACTICATION PRE –DIP

-        فعال نمودن ACTIVATION

-        تسریع کننده ACCELERATION

عمل تمیز کاری و حالت دادن چندین کار را انجام میدهد و از جمله اینکه برد های سوراخ شده را تمیز نموده و رزین ها را آماس داده و یک پلیمر کاتیونیک تثبیت شده بوجود میآورد که عمل اخیر سطح خوبی را برای چسبیدن پالادیم کلوئیدی آماده میسازد . در قدم بعدی سطح ناهموار یکه توسط محلول سایش میکرونی بوجود میآید برای نسشتن مس جایگاه بسیار خوبی خواهد بود .

افزودن آب اکسیژنه به اسید سولفوریک و یا مخلوط اسید سولفوریک و پرو سولفات آمونیوم، از بهترین محلول ها برای مرحله سایش میکرونی میباشد . با عمل غوطه وری در محلول فعال کننده ی مقدماتی از انتقال محلول سایش میکرونی به محلول فعال کننده جلوگیری شده و از بی ثبات شدن آن نیز جلوگیری به عمل میآید .

فعال سازی ACTICATING سطح رزین با فرو بردن آن در محلول کلوئیدی پالادیم و احیای بلافاصله آن با قلع دو ظرفیتی یا بورهیدلید BORHYDLIDE انجام می پذیرد . دقت عمل در کار کرد با این محلول مهمترین عملی است که باید انجام گیرد و قصور از آن سبب کم شدن عمر فعال کننده به مقدار قابل ملاحظه ای است ( زیرا این محلول بسیار گران بوده و اگر تثبیت کننده به ان اضافه نگردد باعث از بین رفتن آن شده و در نتیجه اقتصادی نخواهد بود).

در محلول های مدرن، پالادیوم کلوئیدی در طی ۲ سال به طور خود به خود هیچ گونه آلودگی و کاهش غلظت نخواهد داشت لذا احتیاجی به تعویض محلول نبوده و تخلیه لجن های ایجاد شده کافی می باشد .

پس از آن اکسید هیدرات قلع ۴ ظرفیتی از سطح پالادیوم های احیا شده، توسط محلول تسریع کننده کاملاً زایل گشته و از ورود آنها به محلول الکترولس جلوگیری به عمل می آید زیرا ورود ترکیبات قلع سبب آلودگی و کاهش طول عمر محلول الکترولس خواهد بود .

به دنبال این مرحله به میزان نیم میکرون مس شیمیایی تما سطوح را پوشانده و جهت تقویت آن از یک لایه مس الکترولیز به ضخامت ۵ الی ۱۰ میکرون استفاده میشود .این عمل باعث محافظت لایهی هادی درون سوراخ ها در مقابل محلول مس بری میکرونی در مرحله آبکاری الکترولیز بعد از پوشش لامینیت خواهد بود .

روش دیگر رسوب در حدود ۳ میکرون مس شیمیایی می باشد که دارای دو مزیت است . ابتدا رسوب مس بیشتر درون سوراخ ها ثانیاً چسبندگی بهتر لامینیت . ( در این روش قبل از لامینیت هیچ گونه عمل مس بری میکرونی و یا برس بر روی برد نبایستی انجام شود ) ولی در روشی که از مس شیمیایی با ضخامت ۰٫۵ میکرون استفاده میشود اگر عمل سوراخ کاری به صورت بدی انجام پذیرد میزان عمل سایش و مس بری میکرونی (MICRO ETCHING) بر روی آن انجام می شود نمیتواند سطح خوبی را ایجاد نموده و در نتیجه عمل الکترولس بخوبی و یکنواختی صورت نمی پذیرد .و به دنبال آن آبکاری مس الکترولیز نیز نمیتواند محل هایی را که الکترو لس در آن قرار نگرفته است، پر نماید و سطح را بپوشاند . ولی این مشکل هنگامی که الکترولس مس به ضخامت ۳ میکرون درون سوراخ ها را بپوشاند بروز نخواهد کرد .

در روش پوشش سطح رسوب دادن مس در خطوط و سوراخ ها بلافاصله بعد از مس شیمیایی انجام میگیرد .

امروزه پایه ی ترکیب مس الکترو لیز از اسید سولفوریک است که نوع ترکیب و شرایط کاری آن در جدول داده شده است .

حمام مس بایستی دارای خواص زیر باشد :

-        پخش و رسوب ایده آل فلز در سطوح و داخل سوراخ ها و یکنواختی ضخامت بین سطح و دیواره ی سوراخ ها که عاملی بسیار مهم است

-        خاصیت انبساط طولی مس رسوب نموده تا حد ۲۵%

-        وقفه  در طول عمل آبکاری نبایستی ایجاد گردد چرا که سبب پایین آمدن کیفیت رسوب میگردد .

-        قابلیت آزمایش افزودنی ها و کنترل آن ها

-        لایه های پوشش مس با انبساط طولی خوب در هنگام عمل قلع کاری (SOLDERING) در گوشه ها و سوراخ های ترک خوردگی پیدا نمیکنند که ساختمان آن در شکل ۱۴ نشان داده شده است .

-        اگر عمل شستشو و تمیز نمودن بعد از عمل ظهور لامینیت (DEVLOPING) درست انجام نشود یعنی آثاری از لامینیت باقی بماند و این ذرات وارد محلول مس الکترولیز گردند سبب ایجاد رسوب های مات و مشجر میگردد که این شکل با کاهش میزان براق کننده نیز بوجود خواهد آمد .

-        قدرت یک نواخت کنندگی   (LEVELING POWER) نبایستی خیلی بالا باشد چرا که سبب کاهش خمش و نرمی میگردد (DUCTILITY) در شکل ۱۶ چگونگی پخش فلز نشان داده شده است .

۳-۳- رسوب فلز محافظ با عمل الکترو لیز  ELECTROLYTIC DEPOSITE OF METAL RESIST

در این روش از فلز قلع بصورت براق و مات و یا سرب و یا آلیاژ قلع و سرب میتوان استفاده نمود و بسته به اینکه در انتهای فرآیند تولید، از کدام یک از روش های مس و حوض قلع ذوب شده مس و قلع براق و یا مس و قلع و سرب که در روغن داغ ذوب شده باشد ، استفاده شود . مدار های تولید شده با رسوبات براق در موارد بخصوصی کاربرد دارند .

یکی از عیب های سرب و آلیاژ قلع و سرب آن است که بعد از مس بری در پد ها(PADS) و لبه خطوط بر آمدگی بوجود می آید .

-        درصد کمی از تولید کنندگان بردهای مدارچاپی که عمل ذوب آلیاژ قلع و سرب را در روغن داغ انجام میدهند . این توانائی را دارند که آلیاژ فوق پد ها و لبه خطوط را که حالت بر آمدگی پیدا نموده ، بپوشاند ولی از طرفی باعث نازک شدن ضخامت لایه هادی در لبه سوراخ ها میگردد (شکل ۱۷) و همین پدیده بعد از عمل غوطه وری برد در حوض قلع ذوب شده با تکنیک جریان هوای گرم (HOT AIR LEVELING) دیده میشود.

و از طرفی در زمان ذوب قلع روی لایه های مس آلیاژی بصورت CU3SN بوجود میآید که مانع چسبندگی خوب در هنگام عمل قلع کاری (SOLDERING) می شود.

این عیب فقط با روش زیررفع می گردد که عبارت است از :

-        رسوب ۳ میکرون سرب با استفاده از حمام LEAD BATH

-        رسوب ۸-۱۲ میکرون قلع و سرب بصورت آلیاژ ۷۰% قطع و ۳۰% سرب با استفاده از محلول TIN – LEAD BATH

که بعد از ذوب قلع موجود در این آلیاژ پوششی ضخیم و با کیفیت خوب در لبه های سوراخ ها پدید میآید

در اغلب مواقع قلع، قلع وسرب یا سرب فقط به عنوان فلز مقاوم بکار گرفته می شود و آن لایه ایست که در مرحله مس بری وظیفه محافظت خطوط و مدار های اصلی را بعهده دارد .

تصمیم این که کدام یک انتخاب شود بسته به این است که چه نوع بردی مورد نظر است . اگر در فرآیند تولید در مرحله نهایی ذوب آلیاژ مد نظر با شد از حمام قلع و سرب مات به عنوان رسوب محافظ مدار استفاده می شود (لازم به ذکر است که قلع و سرب براق را نمیتوان ذوب نمود).

اگر تولید برد با سطح براق مد نظر باشد، قلع براق را رسوب میدهند .

اگر فلز سرب فقط به عنوان محافظ مدار مورد نظر باشد ،کلیه روشها را می توان بکار گرفت که در این صورت هزینه رسوب فلز و لایه بری فلز محافظ بعد از مس بری مورد سوال قرار می گیرد .

سرب به عنوان فلز محافظ (METAL RESIST) خیلی کم خرج بوده ولی در مقابل خورندگی بسیار حساس است .(به علت نرمی آن)

و از طرف دیگر حمام ها با یستی از نقطه نظر اسیدی و یا بازی بودن کاملا با نوع لامینیت مصرفی مطابقت داشته باشد .

در سالهای اخیر که حلال های قلیائی لامینیت مورد استفاده قرار گرفتند به این مهم توجه گردیده که نمیتوان هر نوع لامینیتی را در حمام های مختلف مورد استفاده قرار داد . یعنی برای لامینیت های محلول در حلال های قلیایی، الکترولیت اسیدی باید انتخاب شود .

هر گونه ذرات باقیمانده لامینیت بعد از عمل ظهور و شستشو سبب آلودگی و آسیب حمام قلع وسرب خواهد شد که نتیجه آن زبری رسوب و بهم خوردن نسبت بین آلیاژ قلع و سرب در حمام و یا عدم رسوب آلیاژ بر روی برد، خواهد بود. حمام های قلع مات حساسیت بخصوصی نسبت به این آلودگی دارند  که جدیدا با تحقیقات انجام شده این معایب بطور وسیعی رفع گردیده است.

پایه بیشترین حمام های قلع مات و براق اسید سولفوریک می باشد البته به استثنای نوعی   که ترکیب قلیایی اسید سولفوریک است .

که به علت سهولت نگهداری و مسایل محیط زیستی، حمام قلیایی سولفوریکی جای خود را به حمام اسیدی اسیدفلوئوروبیک داده است .

۴-               لایه برداری لامینیت : STRIPING OF PLATING RESIST

سابقاً از حلال دی کلراید جهت حل و حذف لامینیت استفاده می شد که این عمل در اینجا مورد بحث نبوده زیرا که امروزه فقط از حلال های قلیایی استفاده می شود .

لایه لامینیت در محلول هیدروکسیدپتاسیم (KOH) حل می گردد و گاهی اتفاق می افتد که پوشش مس و یا فلز مقاوم (قلع وسرب) در قسمت پدها و لبه خطوط بخش کوچکی از لامینیت را میپوشاند و بنابراین حذف باقی مانده لامینیت در لبه های خطوط و یا پد ها مشکل می گردد و این مشکل زمانی بیشتر جلوه میکند که بخواهند پوشش لامینیت را با غوطه وری در محلول (KOH) از سطح برد جدا نمایند و از دستگاه های اسپری استفاده ننمایند . بنابر این با افزودن حلال های محلول در آب حتی المقدور رفع این مشکل عملی میگردد .

از آنجاییکه لامینیت در این شرایط کاملاً حل می شود بنا براین حلال خیلی سریع به مصرف میرسد به این علت ترجیحاً انجام عمل برداشتن لامینیت را در دو مرحله توصیه مینماییم .

در مرحله اول پتاس به صورت غلیظ به کار برده می شود که لامینیت به صورت تکه های بزرگ از برد جدا شده و در قدم بعدی از محلول رقیق تر آن استفاده می شود که لامینیت کاملاً حذف می گردد و این طرز کار مصرف حلال را در حد متعادل نگاه میدارد .

بجای هیدروکسید پتاسیم (KOH)  از ترکیبات آلی مانند آمین ها نیز می توان استفاده نمود که مزیت آن ها کدر نشدن سطح مس است ولی از نظر تصقیه فاضلاب مسئله ساز میباشد .

۵-               مس برداری ETCHING

مس برداری اکثراً در ماشین های اسپری افقی انجام می گیرد. محلول مس بری شامل کلر و مس دوظرفیتی و کلرورآمونیم است . چون مصرف و برگشت دوباره آن این روز ها خیلی مشکل می باشد از مس بری اسید سولفوریک مخلوط با آب اکسیژنه استفاده میکنند و مس حل شده در آب اکسیژنه و اسید را میتوان با عمل کریستال کردن بصورت سولفات مس بازیابی نمود. و متعاقباً با عمل الکترولیز مس را بدست آورد و با استفاده از الکترولیز علاوه بر مس، اسیدسولفوریک را هم میتوان بازیافت .

۶-               لایه برداری فلز محافظ : METAL RESIST STRIPPER

این لایه برها (STRIPPERS)  بدون جریان الکتریسیته عمل نموده و پایه آنها اسید به همراه عوامل اکسید کننده می باشند که این اسید و اکسید کننده میتوانند از یک نوع نیز باشند. لایه برهای نسبتاً ارزان برای قلع میتوانند محلول های زیر باشند :

HCL / CUCL2 / H2SNCLOR NH4HF2 / H2O2

ولی این عمل با آن ها قدری مشکل بوده و به علاوه بازیافتشان تقریباً غیر ممکن است .

محلول های اسیدی خوب آنهایی هستند که بتوانند قدرت حلالیت بالایی برای قلع و سرب داشته باشند. اکثراً اکسید کننده ها ترکیبات آلی و معدنی هستند . لایه برهای مناسب علاوه براینکه عمل لایه برداری سطح برد و سوراخ ها را به خوبی انجام می دهد،

در ماشین اسپری نیز به خوبی عمل کرده و توانایی آن برای حذف قلع – قلع و سرب – سرب در حدود ۳۰ – ۲۵ میکرون در دقیقه و در درجه حرارت ۴۰ درجه سانتی گراد می باشد. (میزان افزایش لایه برداری قلع بالاتر از سرب می باشد ).

مخزن های لایه برها میتواند تا سقف ۵۰ گرم در لیتر قلع و یا قلع و سرب و نزدیک ۱۰۰ g/l سرب را جذب نمایند .

-منبع: گروه آموزش کارا الکترونیک با همکاری ایران برد الکترونیک (نماینده اشلوتر در ایران)

Be Sociable, Share!
, , , , , ,

امکان نوشتن نظر نمی باشد