يلعب PCB دورًا حاسمًا في توصيل ونقل الإشارات الإلكترونية، وعملية طلاء النحاس بالكهرباء، باعتبارها الرابط الأساسي فيعملية تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلوريلعب دورًا حاسمًا في أداء وجودة لوحة الدائرة. بدءًا من الهواتف الذكية وحتى-أجهزة الكمبيوتر عالية الأداء، ومن إلكترونيات السيارات إلى معدات الطيران، تعتمد جميع لوحات الدوائر المطبوعة للأجهزة الإلكترونية تقريبًا على تقنية الطلاء الكهربائي بالنحاس.
1، مبدأ طلاء النحاس
يعد طلاء النحاس بالكهرباء عملية كهروكيميائية نموذجية تعتمد على قانون فاراداي. في حمام الطلاء الكهربائي، يتم استخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور ككاثود ويتم غمر أنود النحاس في إلكتروليت يحتوي على أيونات النحاس. عندما يتم تطبيق جهد تيار مباشر بين الكاثود والأنود، يمر التيار عبر المنحل بالكهرباء، مما يؤدي إلى سلسلة من التفاعلات الكهروكيميائية.
التفاعل الأنودي: يخضع أنود النحاس لتفاعل أكسدة، حيث تفقد ذرات النحاس إلكترونين وتتحول إلى أيونات النحاس التي تدخل إلى المنحل بالكهرباء. معادلة التفاعل هي Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺.
التفاعل الكاثودي: على سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور، تكتسب أيونات النحاس إلكترونات ويتم تحويلها إلى ذرات نحاس، تترسب على سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور. معادلة التفاعل هي Cu ² ⁺ +2e ⁻ → Cu.
من خلال التحكم في المعلمات مثل الكثافة الحالية، ووقت الطلاء الكهربائي، وتكوين المنحل بالكهرباء، يمكن التحكم بدقة في معدل الترسيب وسمك طلاء النحاس.
2، تدفق العملية
(1) المعالجة المسبقة
التنظيف: أولاً، قم بتنظيف ركيزة ثنائي الفينيل متعدد الكلور تمامًا لإزالة الشوائب مثل بقع الزيت والغبار والأكاسيد الموجودة على السطح. تشمل طرق التنظيف الشائعة التنظيف القلوي والتنظيف الحمضي والتنظيف بالموجات فوق الصوتية. يمكن للتنظيف القلوي إزالة الزيوت والملوثات العضوية بشكل فعال، بينما يستخدم التنظيف الحمضي بشكل أساسي لإزالة الأكاسيد. يمكن للتنظيف بالموجات فوق الصوتية أن ينظف تمامًا الفجوات والثقوب الدقيقة الموجودة على سطح الركيزة من خلال تأثير التجويف للموجات فوق الصوتية. يجب ألا يحتوي سطح الركيزة المنظف على شوائب واضحة وأن يقدم بريقًا معدنيًا موحدًا.
التآكل الجزئي: الغرض من التآكل الجزئي هو تكوين سطح خشن دقيق على سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور، مما يزيد من الالتصاق بين طبقة النحاس المطلية اللاحقة والركيزة. عادة، يتم استخدام المحاليل التي تحتوي على منمشات دقيقة مثل بيروكسيد الهيدروجين أو حامض الكبريتيك لمعالجة الركائز. أثناء عملية النقش الدقيق، يخضع عامل النقش الدقيق لتفاعل كيميائي مع سطح النحاس، مما يؤدي إلى إذابة طبقة رقيقة جدًا من النحاس وتشكيل هياكل محدبة صغيرة مقعرة. يجب التحكم بدقة في درجة التآكل الجزئي، مع التحكم في كمية التآكل الجزئي العامة بين 0.5-1.5 ميكرومتر لضمان التصاق جيد دون تآكل مفرط للركيزة.
الغمر المسبق: الغمر المسبق هو عملية غمر ثنائي الفينيل متعدد الكلور المنظف والمحفور جزئيًا في محلول غمر مسبق يحتوي على مكونات محددة، مما يسمح لسطح الركيزة بامتصاص طبقة من المادة الفعالة والتحضير لعملية التنشيط اللاحقة. عادة ما تكون تركيبة محلول ما قبل الغمر مشابهة لتركيبة محلول التنشيط، ولكن بتركيز أقل. وتتمثل مهمتها الرئيسية في منع أكسدة الركيزة مرة أخرى قبل التنشيط وتحسين تأثير التنشيط. يكون وقت النقع المسبق قصيرًا بشكل عام، ويتراوح عادةً من بضع ثوانٍ إلى عشرات الثواني.
التنشيط: يعد التنشيط خطوة حاسمة في -عملية المعالجة المسبقة، والتي تهدف إلى امتصاص طبقة من الجزيئات المعدنية النشطة حفزيًا، عادةً جزيئات البلاديوم، على سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ستكون جزيئات البلاديوم هذه بمثابة مراكز تحفيزية لطلاء النحاس الكيميائي أو الطلاء الكهربائي اللاحق، مما يعزز تقليل وترسب أيونات النحاس. تتضمن طرق التنشيط شائعة الاستخدام طريقة تنشيط البلاديوم الغروي وطريقة تنشيط البلاديوم الأيوني. يتكون محلول تنشيط البلاديوم الغروي من ملح البلاديوم وملح القصدير وعامل خالب. أثناء عملية التنشيط، يتم امتصاص جزيئات البلاديوم الغروية على سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور؛ تتمثل طريقة تنشيط البلاديوم الأيوني في امتصاص أيونات البلاديوم على سطح الركيزة من خلال التبادل الأيوني، ثم اختزالها إلى البلاديوم المعدني من خلال عامل اختزال. يجب التحكم بدقة في المعلمات مثل وقت التنشيط ودرجة الحرارة وفقًا لنوع محلول التنشيط والمواد المصنوعة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور لضمان طبقة تنشيط موحدة وكثيفة.
(2) طلاء النحاس الكيميائي
بالنسبة لبعض ركائز ثنائي الفينيل متعدد الكلور المصنوعة من مواد غير موصلة، مثل البلاستيك المقوى بالألياف الزجاجية، يلزم طلاء النحاس الكيميائي قبل طلاء النحاس بالكهرباء لتشكيل طبقة نحاسية موصلة رفيعة على سطح الركيزة، مما يوفر مسارًا موصلاً لطلاء النحاس بالكهرباء لاحقًا.
مبدأ طلاء النحاس الكيميائي: طلاء النحاس الكيميائي عبارة عن تفاعل اختزال - للأكسدة ذاتية التحفيز. على سطح ذو نشاط تحفيزي، يتم اختزال أيونات النحاس إلى نحاس معدني من خلال عمل عامل اختزال وترسب على سطح الركيزة. معادلة التفاعل الرئيسية هي: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑. في هذا التفاعل، يتم اختزال أيونات النحاس إلى ذرات النحاس عن طريق الحصول على إلكترونات تحت تحفيز مراكز البلاديوم، بينما يتم أكسدة الفورمالديهايد لتكوين أيونات.
عملية طلاء النحاس الكيميائي: أولاً، يتم غمر ثنائي الفينيل متعدد الكلور المنشط في محلول طلاء النحاس الكيميائي الذي يحتوي على أملاح النحاس، وعوامل التعقيد، وعوامل الاختزال، والمواد المضافة الأخرى. يتم التحكم بشكل عام في درجة حرارة محلول الطلاء بين 40-50 درجة، ويتم الحفاظ على قيمة الرقم الهيدروجيني عند حوالي 12-13. في عملية طلاء النحاس غير الكهربائي، من الضروري تحريك محلول الطلاء بشكل مناسب لضمان توحيد محلول الطلاء والتقدم الكافي للتفاعل. يعتمد وقت الطلاء بالنحاس اللاكهربائي على السمك المطلوب لطبقة النحاس، ويمكن عمومًا الحصول على طبقة نحاسية بسمك يتراوح بين 0.2-0.5 ميكرومتر. بعد طلاء النحاس الكيميائي، يجب تنظيف ثنائي الفينيل متعدد الكلور لإزالة محلول الطلاء المتبقي والشوائب على السطح.
(3) النحاس المطلي
النحاس المطلي بالكهرباء للوحة كاملة: يستخدم النحاس المطلي بالكهرباء للوحة الكاملة، والمعروف أيضًا بالنحاس الأولي، بشكل أساسي لطلاء طبقة من النحاس على كامل سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور الذي خضع لطلاء النحاس الكيميائي، من أجل زيادة سمك طبقة النحاس، وتحسين التوصيل والقوة الميكانيكية، وحماية طبقة طلاء النحاس الكيميائي من الحفر اللاحق والعمليات الأخرى. عادةً ما يستخدم الطلاء الكهربائي للنحاس الكامل محلول طلاء كبريتات النحاس الحمضي، مع محتوى كبريتات النحاس بشكل عام بين 150-250 جم / لتر ومحتوى حمض الكبريتيك بين 50-200 جم / لتر في الصيغة، بالإضافة إلى كميات مناسبة من أيونات الكلوريد والمواد المضافة. في عملية الطلاء الكهربائي، يتم استخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور ككاثود، وتستخدم كرات النحاس الفوسفورية عمومًا كأنود لتكملة أيونات النحاس في محلول الطلاء. يتم التحكم في كثافة التيار بشكل عام عند 1-2A/dm²، ويعتمد وقت الطلاء الكهربائي على سمك طبقة النحاس المطلوبة، وعادة ما يزيد سمك طبقة النحاس إلى 5-20 ميكرومتر. أثناء عملية طلاء النحاس بالكهرباء على اللوحة بأكملها، يلزم الترشيح المستمر لمحلول الطلاء لإزالة الشوائب والجزيئات من محلول الطلاء، مما يضمن جودة الطلاء.
طلاء النحاس بالكهرباء الجرافيكية: طلاء النحاس بالكهرباء الجرافيكية، المعروف أيضًا باسم النحاس الثانوي، هو طلاء كهربائي انتقائي للأجزاء الرسومية للدائرة المطلوبة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور بعد طلاء النحاس بالكهرباء بالكامل ونقل الرسومات، مما يزيد من سماكة الطبقة النحاسية لتلبية متطلبات قدرة الحمل الحالية للدائرة وأداء نقل الإشارة. تتشابه معلمات التركيب والعملية الخاصة بمحلول الطلاء لطلاء النحاس بالكهرباء الرسومية مع تلك الموجودة في طلاء النحاس بالكهرباء بالكامل، ولكن نظرًا لأن مناطق الرسم المحددة فقط هي المطلية بالكهرباء، فإن مواد القناع مطلوبة لتغطية الأجزاء التي لا تتطلب الطلاء الكهربائي. أثناء عملية الطلاء الكهربائي، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لتوحيد التوزيع الحالي لضمان اتساق سمك الطلاء لكل جزء من النموذج. بعد الطلاء الكهربائي الرسومي بالنحاس، يمكن أن يصل سمك الطبقة النحاسية عمومًا إلى 20-50 ميكرومتر، ويعتمد السماكة المحددة على متطلبات تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
(4) مرحلة ما بعد المعالجة
التنظيف: بعد طلاء النحاس بالكهرباء، يجب تنظيف ثنائي الفينيل متعدد الكلور جيدًا أولاً لإزالة محلول الطلاء المتبقي والشوائب الموجودة على السطح. يستخدم التنظيف بشكل عام طريقة شطف ذات تيار معاكس متعدد-مراحل، حيث يتم الشطف أولاً بالماء النظيف، ثم الشطف بالماء منزوع الأيونات لضمان عدم وجود أي مواد كيميائية متبقية على سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يجب أن يكون سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور الذي تم تنظيفه نظيفًا وخاليًا من البقع وأن تكون قيمة الرقم الهيدروجيني له قريبة من المحايدة.
التخميل: من أجل تحسين مقاومة التآكل لطبقات النحاس المطلية بالكهرباء، عادة ما تكون معالجة التخميل مطلوبة. التخميل هو تكوين طبقة تخميل رقيقة للغاية على سطح طبقة النحاس، والتي يمكن أن تمنع التفاعلات الكيميائية بين الأكسجين والرطوبة والنحاس، وبالتالي إطالة عمر خدمة طبقة النحاس. تشمل طرق التخميل شائعة الاستخدام التخميل الكيميائي والتخميل الكهروكيميائي. يستخدم التخميل الكيميائي عمومًا محاليل تحتوي على كرومات أو فوسفات أو مواد عضوية لمعالجة لوحات الدوائر المطبوعة؛ التخميل الكهروكيميائي هو عملية تطبيق جهد معين في إلكتروليت معين لإحداث تفاعلات أكسدة على سطح طبقات النحاس، مما يشكل طبقة تخميل. بعد معالجة التخميل، فإن سطح طبقة النحاس سوف يقدم لون فيلم تخميل موحد، مثل قوس قزح أو الأصفر الذهبي.
التجفيف: يجب تجفيف ثنائي الفينيل متعدد الكلور المنظف والمخمل لإزالة الرطوبة السطحية. تتضمن طرق التجفيف التجفيف بالهواء الساخن، والتجفيف بالفراغ، وما إلى ذلك. يعد التجفيف بالهواء الساخن طريقة شائعة الاستخدام، والتي تتضمن وضع ثنائي الفينيل متعدد الكلور في بيئة هواء ساخن عند درجة حرارة معينة لتبخر الرطوبة بسرعة. أثناء عملية التجفيف، يجب الانتباه إلى التحكم في درجة الحرارة لتجنب تشوه ثنائي الفينيل متعدد الكلور أو أكسدة طبقة النحاس الناتجة عن درجة الحرارة الزائدة. يجب تخزين ثنائي الفينيل متعدد الكلور المجفف بشكل صحيح لتجنب المزيد من الرطوبة أو التلوث.