На тлі еволюції електронних пристроїв у бік високої потужності та високої надійності,товста мідна друкована платастали основною підкладкою в таких галузях, як силові модулі, автомобільна електроніка та промислове обладнання, завдяки своїй відмінній пропускній здатності за струмом і характеристикам розсіювання тепла. Однак під час процесу травлення товстої мідної друкованої плати виникають загальні проблеми, такі як велика глибина травлення, труднощі з контролем бокового травлення та недостатня однорідність. Нерівномірне травлення може призвести до відхилення ширини лінії, локальних залишків або надмірної корозії, що не тільки впливає на продуктивність схеми, але також може становити ризик утилізації партії.
Особливості та проблеми процесу травлення товстої мідної пластини
Товста мідна пластина відноситься до плати з товщиною мідної фольги не менше ніж 105 мкм, а загальні специфікації включають 105 мкм, 140 мкм, 180 мкм тощо. Через більш товстий шар міді існують значні відмінності в процесі травлення порівняно зі звичайною тонкою мідною друкованою платою
Велика глибина травлення: товщина шару міді, який потрібно видалити, у 3-10 разів перевищує товщину звичайної тонкої мідної друкованої плати, а час травлення значно подовжується. Наприклад, час, необхідний для травлення від 180 мкм до 35 мкм, в 2-5 разів перевищує час травлення від 18 мкм мідної фольги до 35 мкм;
Труднощі в контролі бічної корозії: Швидкість травлення травильного розчину різна у вертикальному та горизонтальному напрямках. Чим товщі шар міді, тим очевидніша ця різниця, що може легко призвести до надмірної точності ширини лінії. Наприклад, якщо протравлена проектна ширина лінії 500 мкм, вона може становити лише 450 мкм, або можуть виникнути проблеми із залишками травлення, коли місцевий шар міді не повністю видалено;
Високі вимоги до однорідності: під час травлення великої-площини товстої мідної друкованої плати можуть існувати відмінності у швидкості потоку, температурі та інших параметрах хімічного розчину між краями та центральною частиною пластини, що може спричинити нерівномірне травлення в різних областях і призвести до відхилення товщини міді понад 10% у різних місцях на одній пластині.
Типові проблеми та аналіз причин нерівномірного травлення
1. Непостійна швидкість травлення всієї плати
Непостійна швидкість травлення всієї плати в основному спричинена нерівномірним розподілом хімічного розчину та градієнтом температури. Якщо сопло розпилювальної травильної машини заблоковано або тиск недостатній, це призведе до нерівномірного потоку рідини на поверхні пластини. Наприклад, якщо стандартний тиск становить 2,0 бар, а виміряний тиск становить лише 1,5 бар, швидкість травлення в деяких областях значно зменшиться. Крім того, несправність системи контролю температури всередині резервуара травлення може спричинити коливання температури. Наприклад, якщо встановлена температура становить 50 градусів, але фактична різниця температур сягає ± 5 градусів, швидкість травлення в областях з високою-температурою прискориться, тоді як у областях з-низькою{9}}температурою може виникнути залишковий шар міді. Був випадок, коли мідна пластина товщиною 140 мкм була пошкоджена через нагрівальну трубку з лівого боку канавки травлення. Температура в лівій половині була на 8 градусів нижчою, ніж у правій половині, а залишкова товщина міді в лівій половині перевищувала 20 мкм.
2. Локалізований залишок травлення або надмірне травлення
Локалізовані залишки травлення або надмірне травлення зазвичай пов’язані з дефектами шару резисту та шорсткістю мідної фольги. Якщо адгезія сухої плівки або чорнила маски для припою на поверхні товстої міді недостатня, під час травлення може виникнути інфільтрація, тобто край стійкого до корозії-шару може піднятися, що спричинить корозію мідного шару під ним. У той же час шорсткість поверхні товстої мідної фольги відносно висока. Якщо шорсткість Ra перевищує 5 мкм, увігнута область схильна до утримання розчину препарату та утворення сліпої плями травлення, що призводить до локального залишку. Наприклад, у зоні прокладання високого струму товстої мідної пластини силового модуля пропускна здатність по струму може зменшитися через залишки травлення, а виміряний опір на 15% перевищує проектне значення.
3. Надмірна бокова ерозія призводить до неточності ширини лінії
Надмірне бічне травлення в основному спричинене тривалим часом травлення та незбалансованим складом травильного розчину. Збільшення часу процесу для забезпечення повного травлення товстої міді може призвести до посилення бокового травлення. Як правило, за кожну додаткову хвилину травлення ширина лінії буде зменшуватися на 10-15 мкм. Крім того, недостатня концентрація соляної кислоти або надмірний вміст хлориду заліза в травильному розчині може знизити здатність до селективного травлення, роз'їдаючи при цьому корозійно-стійкий шар і мідний шар, що призводить до втрати точності ширини лінії.
Цільові методи лікування та оптимізація процесів
1. Оптимізація обладнання та системи ліків
(1) Оновлення системи розпилення
Завдяки конструкції подвійного шару розпилення верхня та нижня форсунки розташовані в шаховому порядку для покращення рівномірності покриття препарату, а тиск контролюється на рівні 2,5-3,0 бар. Одночасно встановіть датчик контролю потоку сопла, щоб у режимі реального часу подавати сигнали про засмічення, і регулярно очищайте сопло 5% розчином азотної кислоти принаймні раз на тиждень. Практика показала, що при травленні мідної пластини товщиною 180 мкм збільшення тиску розпилення з 1,8 бар до 2,8 бар може покращити рівномірність травлення всієї пластини з ± 12% до ± 5%.
(2) Контроль температури та оптимізація циркуляції ліків
Замініть нагрівання змійовика пластинчастими теплообмінниками, щоб контролювати коливання температури в межах ±1 градуса. Бажана температура травлення становить 55-60 градусів для підвищення активності хімічного розчину. Збільште потужність циркуляційного насоса рідини, збільште швидкість потоку з 20 м³/год до 35 м³/год і встановіть фільтруючий елемент 10 мкм для видалення лусків іонів міді та підтримки чистоти рідини.
Покращення процесу нанесення анти{0}}корозійного шару
(1) Попередня обробка армування
Перед травленням шліфувальна пластина та процес мікротравлення використовуються для контролю шорсткості шліфувальної пластини при Ra2-3 мкм і глибини мікротравлення при 1,5-2,0 мкм, посилюючи механічне зчеплення між поверхнею міді та корозійностійким шаром. Одночасне застосування силанового сполучного агента, такого як KH-570, для формування адсорбційного шару на молекулярному рівні на поверхні міді, покращуючи адгезію сухої плівки та збільшуючи міцність на відрив від 1,2 Н/мм до 1,8 Н/мм.
(2) Вибір і оптимізація покриття корозійно-{1}}стійкого шару
Пріоритет слід віддавати товстим плівковим сухим плівкам товщиною 50-75 мкм, таким як Asahi Kasei DF-2000, яка має кращу стійкість до корозії та здатність до проникнення травильного розчину, ніж звичайні сухі плівки 25 мкм. Під час нанесення плівки збільште тиск до 1,5-2,0 МПа та підтримуйте його на рівні 2,5-3,0 кг/см, щоб уникнути локального зниження стійкості до корозії через бульбашки або зморшки.
Динамічне регулювання параметрів травлення
(1) Процес сегментованого травлення
Завдяки поетапному контролю концентрації на першому етапі використовується травильний розчин високої концентрації з концентрацією соляної кислоти 8% і вмістом хлориду заліза 450 г/л для швидкого видалення більшої частини мідного шару зі швидкістю травлення до 70%; На другому етапі перейдіть на розчин для травлення низької концентрації з концентрацією соляної кислоти 5% і вмістом хлориду заліза 300 г/л для тонкого травлення, щоб зменшити бічний травлення, що може зменшити кількість бічного травлення на 40%. Моніторинг процесу травлення в режимі реального часу здійснюється за допомогою онлайн-тестера товщини міді. Коли залишкова товщина міді наближається до цільового значення, він негайно перемикається на другий етап.
(2) Технологія імпульсного травлення
Періодичне розпилення препарату, наприклад розпилення на 30 секунд і зупинка на 10 секунд, використовує ефект кавітації для зменшення бічної ерозії, спричиненої безперервним розпиленням, і сприяння виділенню продуктів корозії. Після імпульсного травлення точність ширини лінії мідної пластини товщиною 105 мкм була покращена з ± 25 мкм до ± 10 мкм, а ефективність травлення зросла на 15%.
Техніка переробки та ремонту
(1) Доповнення до місцевого травлення
Для невеликих ділянок залишків травлення, таких як площі менше 10 см², можна використовувати пензлик, щоб занурити розведений травильний розчин, змішати соляну кислоту та воду у співвідношенні 1:1 і рівномірно нанести це на залишкову ділянку. Після 10-30 секунд дії швидко промийте водою і суворо контролюйте час, щоб уникнути надмірного травлення.
(2) Заповнення та ремонт гальванічних покриттів
Якщо надмірне травлення спричиняє відхилення ширини лінії, що перевищує 15%, для заповнення та ремонту можна використовувати гальванічне покриття. Спочатку виконайте видалення масла та попередню обробку мікротравлення на ділянці, яку потрібно відремонтувати, а потім використовуйте локальні процеси гальванічного нанесення, наприклад нанесення кистю, з контрольованою щільністю струму на рівні 10-15 А/дм² і часом гальванічного нанесення 5-10 хвилин до досягнення проектної ширини лінії.
Побудова системи виявлення та запобігання
1. Технологія онлайн-виявлення
Використовуючи технологію рентгенівського вимірювання товщини, один зразок береться з кожних п’яти витравлених друкованих плат для вимірювання товщини міді в кількох точках, включаючи чотири краї та одну центральну точку, з допуском, що контролюється в межах ± 5%. Оснащений автоматичним оптичним обладнанням для перевірки, використовуючи об’єктив 50x, швидкість сканування не перевищує 20 см²/с, ідентифікує дефекти, такі як відхилення ширини лінії та залишки травлення, з порогом тривоги, встановленим на ± 10 мкм.
2. Перевірка та стандартизація процесу
Перед кожною партією виробництва перший шматок виготовляється та аналізується шляхом нарізання, а однорідність травлення підтверджується під мікроскопом, збільшеним у 200 разів. Лише після проходження перевірки можна здійснювати масове виробництво. Створіть систему відстеження параметрів для запису температури, тиску, концентрації препарату, часу та інших даних під час процесу травлення, створіть модель великих даних для прогнозування ризиків коливань процесу, наприклад, попередження терміну служби препарату.
Рішення проблеми нерівномірного травлення товстої мідної друкованої плати вимагає оптимізації всього ланцюга від апаратного забезпечення обладнання, параметрів процесу, відповідності матеріалу до системи виявлення. Удосконаливши систему розпилення, зміцнивши корозійно-{1}}стійкий шар і запровадивши процеси сегментованого травлення, однорідність і точність травлення можна значно покращити.