فرایند های معمول در تولید برد های مدارچاپی (PCB)

اغلب فرآیند ها امروزه با یکی از دو روش زیر صورت میگیرد.

  • روش مرحله به مرحله، روش فلز محافظ (METAL-RESIST-TECHNIQUE)
  • روش پوشش سطحی (TENTING TECHNIQUE)

بیش از 95% بردهای مدار چاپی (pcb) با روشهای فوق تولید میشوند.

 

روش مرحله به مرحله، روش فلز محافظ (METAL-RESIST-TECHNIQUE) :

روش مرحله به مرحله (فلز محافظ) شامل مس شیمیایی و رسوب مس به طریق الکترولیز است.که در آن روش سوراخ ها متالیزه گشته و نهایتاً جهت محافظت مدار ها در مقابل محلول مس بری عمل نشانیدن قلع و سرب بر روی مدار ها را انجام میدهند .

روش پوشش سطحی (TENTING TECHNIQUE) :

روش پوشش سطحی عیناً شبیه روش مرحله به مرحله است.

تنها قلع و سرب را شامل نیست و کمی نیز در مرحله پوشش لامینیت متفاوت است .

در سالهای اخیر تولید کنندگان مواد آبکاری مدار چاپی روش جدیدی را به بازار عرضه نموده اند.

اختلاف اصلی این روش در مقایسه با روش های معمول حذف مس شیمیایی است .

با توجه به تکنولوژی های جدید اختلاف این دو روش را بیان مینماییم :

در روش جدید از پالادیم بصورت یونیزه استفاده میشود و در صورتی که روش های معمول پالادیم کلوئیدی به کار برده می شود و نیکل شیمیایی نیز جانشین مس شیمیایی گردیده است .

 

در کل مراحل فرآیند به ترتیب ذیل طبقه بندی میگردند :

  1. سوراخکاری
  2. تمیز کاری و سایش (MICRO ETCH) دیواره سوراخها
  3. هادی نمودن داخل سوراخ ها با یک لایه هدایت کننده
  4. تقویت پوشش هادی داخل سوراخ ها توسط لایه مس الکترولیز
  5. بکار بردن روکش محافظ به نحوی که مدار های اصلی در مقابل محلول مس بری محافظت گردند.( بسته به روشی که اعمال خواهد شد این مرحله را میتوان بین مراحل 3 و 4 نیز اعمال نمود .)
  6. به دست آوردن مدار اصلی با برداشتن مس های اضافه سطح (ETCHING)
  7. عملیات تکمیلی بعدی

 

الف) عملیات آماده سازی دیواره سوراخ ها (HOLE WAIL PRETREATMENT)

در تولید برد های چند لایه لکه های آغشته و آلوده سطوح دیواره های برد را باید پاک و از بین برد تا سطحی که می بایست آبکاری شود نیز با عمل سایش دیواره سوراخ ها آمادگی بهتری برای چسبندگی پیدا نماید .

بنابر این برای برد های مدار چاپی (PCB) دورو این عمل با به کار گرفتن روش تمیز کاری و مس بری میکرونی و سایش دیواره ها بکار گرفته می شوند .

برای رسیدن به این هدف محلول های زیر را میتوان به کار گرفت :

  • اسید سولفوریک غلیظ
  • اسید کرومیک و اسید سولفوریک
  • محلول پرمنگنات
  • محلول سایش پلاسما

در تمام فرآیند ها عمل سایش دیواره ها ( ETCH BACK ) وجود دارد.

ولی مسئله این است که:

فقط برای تولید برد های چند لایه است که از محلول های خاصی برای عمل سایش دیواره ها استفاده میشود.

چرا که سبب چسبندگی هر چه بیشتر لایه هادی به درون سوراخ ها گردیده و مطمئن میسازد که ارتباط بین لایه های درونی به خوبی برقرار گردد .

استفاده از اسید سولفوریک:

کار کردن با اسید سولفوریک ( کاشف اسید سولفوریک کیست؟)غلیظ یکی از روش های سایش دیواره هاست.

به علت نوع کارکرد مشکل با آن لازم است با آب رقیق تر شود و این نقص آن سبب کاهش سرعت سایش میگردد .

به علاوه دیواره ها تا حدی آماس پیدا میکند که آب به زیر دیواره نفوذ نموده و باعث کنده شدن لایه های دیواره در حین عمل قلع کاری (SOLDERING) شود .

از این نظر کارکرد خطرناک و ازنظر محیط زیست مسئله ساز می باشد .

روش سایش پلاسما:

روش سایش پلاسما نیز برای برد های مدار چاپی (PCB) که پایه اولیه آنها به غیر از فایبرگلاس بوده باشند. از قبیل پلی آمید (POLY AMIDE) همراه با پلی آکریلات (POLY ACRYLATE) و با پلی استر ها (POLY ESTER) بکار گرفته می شود .

پرمنگنات:

در سالهای اخیر پرمنگنات بیشتر به کار رفته و بخصوص اگر توسط دستگاه های پاشنده و بصورت افقی مورد استفاده قرار گیرد بسیار مفید تر خواهد بود .

در سایش با محلول پرمنگنات حدود 15 میکرون سایش به طرف داخل دیواره ها (ETCH BACK)  حاصل گشته و آغشتگی ها را نیز به طور ایده آل زائل میسازد .

مراحل عمل:

  • آماس دادن دیواره ها توسط حلالهای آلی اسیدی یا مخلوط اسیدهای معدنی
  • سایش دیواره ها (MICRO ETCH) در محلول پرمنگنات
  • احیای پرمنگنات و اکسید منگنز دو ظرفیتی جهت خنثی سازی اثرات پرمنگنات و جلوگیری از آلوده نمودن حمامهای دیگر.

 

 

ب) عملیات شیمیایی در روشهای مرحله به مرحله و پوشش سطحی :

ترتیب تعقیب عملیات در روش مرحله به مرحله در شکل 3و 4 آورده شده است و عملیات پوشش سطحی در شکل 5 و در هر دو روش برای عمل هادی نمودن داخل سوراخ ها بایستی از مس شیمیایی استفاده شود .

یک) 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

 

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

عمل تمیز کاری و حالت دادن چندین کار را انجام میدهد:

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 .

سایش و مس بری میکرونی MICRO ETCHING

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 کننده مقدماتی ACTICATION PRE –DIP

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 2 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 4 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 5 الی 10 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 3 میکرون مس شیمیایی می باشد که دارای دو مزیت است .

اولا 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 .)

در روشی که از مس شیمیایی با ضخامت 0.5 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 3 میکرون درون سوراخ ها را بپوشاند بروز نخواهد کرد .

در روش پوشش سطحی 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 .

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 25%
  • 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
  • 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.

دو) رسوب فلز محافظ با عمل الکترولیز 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 .

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 پدها(PADS) و لبه خطوط برآمدگی 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 برآمدگی پیدا نموده ، بپوشاند ولی از طرفی باعث نازک شدن ضخامت لایه هادی در لبه سوراخ ها میگردد .

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.

 

چگونگی رفع برآمدگی بوجود آمده بعد از مس بری

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

  • رسوب 3 میکرون سرب با استفاده از حمام LEAD BATH
  • رسوب 8-12 میکرون قلع و سرب بصورت آلیاژ 70% قطع و 30% 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 .

مزایا و معایب سرب به عنوان فلز محافظ (METAL RESIST):

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

حمام ها بایستی 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.

پایه بیشترین حمام های قلع مات و براق چیست؟

پایه بیشترین حمام های قلع مات و براق اسید سولفوریک می باشد .

البته به استثنای نوعی که ترکیب قلیایی اسید سولفوریک است .

چرا حمام قلیایی سولفوریکی جای خود را به حمام اسیدی اسیدفلوئوروبیک داده است؟

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

 

ج) لایه برداری لامینیت : STRIPING OF PLATING RESIST

سابقاً از حلال دی کلراید جهت حل و حذف لامینیت استفاده می شد.

امروزه فقط از حلال های قلیایی جهت حل و حذف لامینیت استفاده می شود .

لایه لامینیت در محلول هیدروکسیدپتاسیم (KOH) حل می گردد

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 .

در قدم بعدی از محلول رقیق تر آن استفاده می شود که لامینیت کاملاً حذف می گردد .

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 تصفیه فاضلاب مسئله ساز میباشد .

 

د) 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 .

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 .

 

 

ه) 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 / H2SNCL6­ OR 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 30 – 25 میکرون در دقیقه و در درجه حرارت 40 درجه سانتی گراد می باشد.

(میزان افزایش لایه برداری قلع بالاتر از سرب می باشد ).

مخزن های لایه برها میتواند تا سقف 50 گرم در لیتر قلع و یا قلع و سرب و نزدیک 100 g/l سرب را جذب نمایند .

 

 

 

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بیست − 15 =