Leiterplatte Blog - Einführung von PCB Board Horizontal Electroplating Technology

I. Übersicht

Mit der schnellen Entwicklung der Mikroelektroniktechnologie entwickelt sich die Herstellung von Leiterplatten schnell in Richtung Mehrschicht, Stack-up, Funktionalisierung und Integration. Es fördert die Gestaltung und Gestaltung von Schaltungsmustern mit winzigen Löchern, engem Abstand und dünnen Drähten in der Gestaltung von Leiterplatten, was die Herstellungstechnologie von Leiterplatten erschwert, insbesondere da das Aspektverhältnis von Durchgangslöchern in Mehrschichtplatten 5:1 übersteigt und das Produkt Die weit verbreiteten Tiefblindlöcher im Laminat machen den herkömmlichen vertikalen Galvanisierungsprozess nicht in der Lage, die technischen Anforderungen an hochwertige und zuverlässige Verbindungslöcher zu erfüllen. Der Hauptgrund dafür besteht darin, den Stromverteilungszustand aus dem Galvanisierungsprinzip zu analysieren. Bei der eigentlichen Galvanisierung wird festgestellt, dass die Stromverteilung im Loch eine Taillentrommelform aufweist und die Stromverteilung im Loch allmählich vom Rand des Lochs bis zur Mitte des Lochs abnimmt, was zu einer großen Menge an Kupfer führt, das auf der Oberfläche und dem Loch abgelegt wird. Am Rande des Loches ist es unmöglich, die Standarddicke der Kupferschicht in der Mitte des Loches zu gewährleisten, wo Kupfer benötigt wird. Manchmal ist die Kupferschicht sehr dünn oder es gibt keine Kupferschicht. In schweren Fällen verursacht es irreparable Verluste, die dazu führen, dass eine große Anzahl von Mehrschichtplatten geschrottet wird. Um das Problem der Produktqualität in der Massenproduktion zu lösen, wird das Problem der Tieflochgalvanisierung derzeit aus den Aspekten von Strom und Additiven gelöst. Die meisten Kupfergalvanisierungsverfahren für Leiterplatten mit hohem Aspektverhältnis werden bei relativ niedrigen Stromdichten mit Hilfe hochwertiger Additive, moderater Luftrührung und Kathodenbewegung durchgeführt. Die Wirkung von Galvanisierungsadditiven kann nur durch Vergrößerung des Elektrodenreaktionsregelbereichs im Loch dargestellt werden. Darüber hinaus ist die Bewegung der Kathode sehr vorteilhaft für die Verbesserung der Tiefbeschichtungsfähigkeit der Beschichtungslösung und der Polarisationsgrad des beschichteten Teils steigt. Die Bildungsgeschwindigkeit des Kristallkerns und die Wachstumsgeschwindigkeit der Kristallkörner kompensieren sich gegenseitig, um eine hochzähige Kupferschicht zu erhalten. Wenn sich jedoch das Aspektverhältnis des Durchgangslochs weiter erhöht oder Tiefblindlöcher auftreten, werden diese beiden Prozessmaßnahmen unwirksam, was zu einer horizontalen Galvanisierungstechnik führt. Es ist die Fortsetzung der Entwicklung der vertikalen Galvanisierungstechnologie, d. h. einer neuen Galvanisierungstechnologie, die auf der Grundlage des vertikalen Galvanisierungsprozesses entwickelt wurde. Der Schlüssel zu dieser Technologie besteht darin, ein untereinander kompatibles horizontales Galvanisierungssystem zu schaffen, so dass die Beschichtungslösung mit hoher Dispergierbarkeit mit der Verbesserung des Stromversorgungsmodus und der Zusammenarbeit anderer Hilfseinrichtungen besser sein kann als das vertikale Galvanisierungsverfahren.

2. Einführung in das Prinzip der horizontalen Galvanisierung

Die Methoden und Prinzipien der horizontalen Galvanisierung und der vertikalen Galvanisierung sind die gleichen, und beide müssen Kathode- und Anodeelektroden haben. Nach der Elektrifizierung erfolgt eine Elektrodenreaktion, um die Hauptbestandteile des Elektrolyten zu ionisieren, so dass sich die geladenen positiven Ionen in die negative Phase der Elektrodenreaktionszone bewegen; Die geladenen negativen Ionen bewegen sich zur Elektrode. Die positive Phasenverschiebung der Reaktionszone erzeugt dann eine Metallabscheidungsbeschichtung und Ausgasung. Weil der Prozess der Metallabscheidung an der Kathode in drei Schritte unterteilt ist: das heißt, die hydratisierten Ionen des Metalls diffundieren zur Kathode; der zweite Schritt besteht darin, dass die metallhydratierten Ionen beim Durchlaufen der elektrischen Doppelschicht allmählich dehydriert und auf der Oberfläche der Kathode adsorbiert werden; Der erste Schritt besteht darin, dass die auf der Oberfläche der Kathode adsorbierten Metallionen Elektronen aufnehmen und in das Metallgitter gelangen. Die eigentliche Beobachtung des Arbeitsbehälters ist eine unbeobachtbare außerphasige Elektronenübertragungsreaktion zwischen der Festphasenelektrode und der Grenzfläche der Flüssigphasenbeschichtungslösung. Seine Struktur kann durch das Prinzip der elektrischen Doppelschicht in der Galvanisationstheorie erklärt werden. Wenn die Elektrode eine Kathode ist und sich in einem polarisierten Zustand befindet, werden durch elektrostatische Kraft von Wassermolekülen umgebene Kationen mit positiven Ladungen an der Kathode geordnet angeordnet. In der Nähe wird die Phasenebene, die vom Kationzentrum in der Nähe der Kathode gebildet wird, als Helmholtz-Außenschicht bezeichnet, und der Abstand zwischen der Außenschicht und der Elektrode beträgt etwa 1-10 Nanometer. Aufgrund der Gesamtmenge der positiven Ladung, die von den Kationen in der Helmholtz-Außenschicht getragen wird, reicht die positive Ladung jedoch nicht aus, um die negative Ladung an der Kathode zu neutralisieren. Die von der Kathode entfernt liegende Beschichtungslösung wird durch Konvektion beeinflusst und die Konzentration von Kationen in der Lösungsschicht ist höher als die von Anionen. Diese Schicht ist aufgrund der elektrostatischen Kraft kleiner als die Helmholtz-Außenschicht und wird auch durch thermische Bewegung beeinflusst. Die Kationanordnung ist nicht so kompakt und sauber wie die Helmholtz-Außenschicht. Diese Schicht wird als Diffusionsschicht bezeichnet. Die Dicke der Diffusionsschicht ist umgekehrt proportional zur Strömungsrate des Bades. Das heißt, je schneller die Durchflussrate der Beschichtungslösung ist, desto dünner ist die Diffusionsschicht und umgekehrt. Im Allgemeinen beträgt die Dicke der Diffusionsschicht etwa 5-50 Mikron. Es ist weiter von der Kathode entfernt, und die durch Konvektion erreichte Beschichtungslösungsschicht wird als Hauptbeschichtungslösung bezeichnet. Denn die durch die Lösung erzeugte Konvektion beeinflusst die Gleichmäßigkeit der Konzentration der Beschichtungslösung. Die Kupferionen in der Diffusionsschicht werden mittels Diffusion und Ionenmigration in der Beschichtungslösung zur äußeren Helmholtzschicht transportiert. Die Kupferionen im Hauptbad werden durch Konvektion und Ionenmigration auf die Kathodenoberfläche transportiert. Im horizontalen Galvanisierungsprozess werden die Kupferionen in der Beschichtungslösung auf drei Weise in die Kathodennahe transportiert, um eine elektrische Doppelschicht zu bilden.

Die Konvektion der Beschichtungslösung wird durch das äußere und innere mechanische Rühren und Pumpenrühren, die Schwingung oder Drehung der Elektrode selbst und den durch die Temperaturdifferenz verursachten Strom der Beschichtungslösung erzeugt. Je näher der Oberfläche der Festelektrode kommt, wird der Strom der Galvanisierungslösung aufgrund des Einflusses seines Reibwiderstands immer langsamer und die Konvektionsgeschwindigkeit auf der Oberfläche der Festelektrode ist zu diesem Zeitpunkt Null. Die von der Elektrodenoberfläche zur konvektiven Beschichtungslösung gebildete Geschwindigkeitsgradientenschicht wird als Strömungsgrenzflächenschicht bezeichnet. Die Dicke der Strömungsgrenzflächenschicht ist etwa das Zehnfache der Diffusionsschicht, so dass der Transport von Ionen in der Diffusionsschicht kaum durch Konvektion beeinflusst wird. Unter der Wirkung des elektrischen Feldes werden die Ionen in der Galvanisierungslösung elektrostatischer Kraft ausgesetzt, um einen Ionentransport zu verursachen, der Ionenmigration genannt wird. Die Migrationsgeschwindigkeit wird wie folgt ausgedrückt: u = Zeon/6Ï€�rη to. Wo u die Ionenmigrationsgeschwindigkeit ist, z die Ladungszahl des Ions ist, so ist die Ladung eines Elektrons (d.h. 1,61019C), E das Potential ist, r den Radius des hydratisierten Ions ist und η die Viskosität der Galvanisierungslösung ist. Nach der Berechnung der Gleichung ist zu sehen, dass je größer der Abfall des Potentials E ist, desto kleiner die Viskosität der Galvanisierungslösung und desto schneller die Ionenmigrationsrate ist.

Gemäß der Elektrodepositionstheorie ist die Leiterplatte auf der Kathode während der Galvanisierung eine nicht ideale polarisierte Elektrode, und die auf der Oberfläche der Kathode adsorbierten Kupferionen gewinnen Elektronen und werden auf Kupferatome reduziert, so dass die Konzentration von Kupferionen in der Nähe der Kathode steigt. reduzieren. Daher entsteht in der Nähe der Kathode ein Kupferionenkonzentrationsgradient. Die Schicht der Beschichtungslösung mit einer Kupferionenkonzentration niedriger als die der Hauptbeschichtungslösung ist die Diffusionsschicht der Beschichtungslösung. Die Kupferionenkonzentration in der Hauptbeschichtungslösung ist jedoch höher, und es wird an den Ort in der Nähe der Kathode diffundieren, an dem die Kupferionenkonzentration niedriger ist, und den Kathodenbereich kontinuierlich auffüllen. Die Leiterplatte ähnelt einer Flachkathode, und das Verhältnis zwischen der Stromgröße und der Dicke der Diffusionsschicht ist die COTTRELL-Gleichung: wo I Strom ist, z die Ladungszahl von Kupferionen ist, F die Faraday-Konstante ist, A die Kathodenoberfläche ist und D der Diffusionskoeffizient von Kupferionen ist (D = KT/6Ï ̧rη), Cb die Konzentration von Kupferionen im Hauptbad ist, Co die Konzentration von Kupferionen auf der Kathodenoberfläche ist, D die Dicke der Diffusionsschicht ist und K die Portman-Konstante ist (K = R/N), T die Temperatur ist, r der Radius des Kupferhydrations ist und η die Viskosität der Galvanisierungslösung ist. Wenn die Kupferionenkonzentration auf der Kathodenoberfläche Null ist, wird sein Strom als begrenzender Diffusionsstrom ii bezeichnet:

Aus der obigen Formel ist ersichtlich, dass die Größe des begrenzenden Diffusionsstroms durch die Kupferionenkonzentration der Hauptbeschichtungslösung, den Diffusionskoeffizienten von Kupferionen und die Dicke der Diffusionsschicht bestimmt wird. Wenn die Konzentration von Kupferionen in der Hauptbeschichtungslösung hoch ist, ist der Diffusionskoeffizient von Kupferionen groß, die Dicke der Diffusionsschicht dünn und der begrenzende Diffusionsstrom größer.

Gemäß der obigen Formel ist es notwendig, geeignete technologische Maßnahmen zu ergreifen, d.h. den Einsatz von Heiztechnik, um einen höheren Grenzstromwert zu erreichen. Da die Erhöhung der Temperatur den Diffusionskoeffizienten erhöhen kann, kann die Erhöhung der Konvektionsrate es wirbeln und eine dünne und gleichmäßige Diffusionsschicht erhalten. Aus der oben genannten theoretischen Analyse kann die Erhöhung der Kupferionenkonzentration in der Hauptbeschichtungslösung, die Erhöhung der Temperatur der Beschichtungslösung und die Erhöhung der Konvektionsgeschwindigkeit den Grenzdiffusionsstrom erhöhen und den Zweck der Beschleunigung der Beschichtungsgeschwindigkeit erreichen. Die horizontale Beschichtung basiert auf der Bildung von Wirbelströmen aufgrund der beschleunigten Konvektionsgeschwindigkeit der Beschichtungslösung, die die Dicke der Diffusionsschicht effektiv auf etwa 10 Mikron reduzieren kann. Daher kann bei Verwendung des horizontalen Galvanisierungssystems zur Galvanisierung die Stromdichte bis zu 8A/dm2 betragen. Der Schlüssel zur PCB-Galvanisierung besteht darin, die Gleichmäßigkeit der Dicke der Kupferschicht auf beiden Seiten des Substrats und der Innenwand des Durchgangslochs zu gewährleisten. Um die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke zu erreichen, ist sicherzustellen, dass die Durchflussrate der Beschichtungslösung auf beiden Seiten der Platte und in den Durchgangslöchern schnell und gleichmäßig ist, um eine dünne und gleichmäßige Diffusionsschicht zu erhalten. Um eine dünne und gleichmäßige Diffusionsschicht zu erzielen, kann entsprechend der Struktur des aktuellen horizontalen Galvanisierungssystems, obwohl viele Düsen im System installiert sind, die Beschichtungslösung schnell und vertikal auf die Platte gesprüht werden, um den Strom der Beschichtungslösung in den Durchgangslöchern zu beschleunigen. Die Durchströmungsgeschwindigkeit der Beschichtungslösung ist sehr schnell, und Wirbelströme bilden sich an der Ober- und Unterseite des Substrats und in den Durchgangslöchern, so dass die Diffusionsschicht reduziert und gleichmäßiger ist. Wenn jedoch die Beschichtungslösung plötzlich in das schmale Durchgangsloch strömt, wird die Beschichtungslösung am Eingang des Durchgangslochs auch ein Phänomen des umgekehrten Rückflusses aufweisen. In Verbindung mit dem Einfluss der Stromverteilung verursacht das Phänomen oft die Galvanisierung des Lochs am Eingang. Die Kupferschicht ist aufgrund der Wirkung zu dick, und die Innenwand des Durchgangslochs bildet eine Kupferbeschichtungsschicht in Form eines Hundeknochens. Abhängig vom Strömungszustand der Beschichtungslösung im Durchgangsloch, d.h. der Größe des Wirbelstroms und des Rückflusses, und der Analyse der Qualität des leitfähigen beschichteten Durchgangslochs können die Steuerparameter nur durch das Prozessprüfverfahren bestimmt werden, um die Gleichmäßigkeit der Beschichtungsdicke der Leiterplatte zu erreichen. Da die Größe des Wirbelstroms und der Rückfluss nach dem Verfahren der theoretischen Berechnung noch nicht bekannt sind, wird nur das gemessene Verfahrensverfahren verwendet. Aus den gemessenen Ergebnissen ist bekannt, dass zur Regelung der Gleichmäßigkeit der Dicke der Durchlochkupfergalvanisierschicht die steuerbaren Prozessparameter entsprechend dem Aspektverhältnis der Leiterplattendurchlöcher eingestellt und sogar eine hochdisperse Kupfergalvanisierlösung gewählt werden muss. und anschließend geeignete Additive hinzufügen und den Stromversorgungsmodus verbessern, d.h. den Umkehrpulsstrom zur Galvanisierung verwenden, kann eine Kupferbeschichtung mit hoher Verteilungsfähigkeit erhalten werden. Insbesondere mit der Zunahme der Anzahl von Mikroblindlöchern in Laminaten sollte nicht nur das horizontale Galvanisierungssystem für die Galvanisierung verwendet werden, sondern auch Ultraschallvibrationen verwendet werden, um den Austausch und die Zirkulation der Beschichtungslösung in den Mikroblindlöchern zu fördern. Die Daten können angepasst werden, um die steuerbaren Parameter zu korrigieren, und zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden können.

3. Grundstruktur des horizontalen Galvanisierungssystems

Gemäß den Merkmalen der horizontalen Galvanisierung handelt es sich um ein Galvanisierungsverfahren, bei dem die Lage der Leiterplatte vom vertikalen auf den parallelen Platierflüssigkeitspegel geändert wird. Zu diesem Zeitpunkt ist die Leiterplatte die Kathode, und einige horizontale Galvanisierungssysteme verwenden leitfähige Clips und leitfähige Rollen für die Stromversorgung. Aus Sicht der Bequemlichkeit des Betriebssystems ist es häufiger, das Versorgungsverfahren der Rollenleitung zu verwenden. Neben der Kathode haben die leitfähigen Rollen im horizontalen Galvanisierungssystem auch die Funktion, die Leiterplatte zu fördern. Jede leitfähige Rolle ist mit einer Federeinrichtung ausgestattet, deren Zweck es ist, sich an die Bedürfnisse der Galvanisierung von Leiterplatten (0,10-5,00 mm) unterschiedlicher Dicken anzupassen. Beim Galvanisieren können jedoch die mit der Beschichtungslösung in Kontakt stehenden Teile mit einer Kupferschicht beschichtet werden und das System kann nicht länger funktionieren. Daher sind die meisten derzeitigen horizontalen Galvanisierungssysteme dazu ausgelegt, die Kathode auf eine Anode zu schalten und anschließend eine Reihe von Hilfskathoden zu verwenden, um das Kupfer auf den beschichteten Walzen elektrolytisch zu lösen. Für Wartungs- oder Ersatzzwecke ermöglicht das neue Beschichtungsdesign auch eine einfache Entfernung oder Ersatz verschleißanfälliger Bereiche. Die Anode besteht aus einer Reihe von unlöslichen Titankörben, die in der Größe verstellbar sind, die auf die oberen und unteren Positionen der Leiterplatte platziert werden und mit 25 mm Durchmesser kugelförmigem, löslichem Kupfer mit einem Phosphorgehalt von 0,004-0,006% und dem Abstand zwischen Kathode und Anode gefüllt sind. ist 40 mm. Der Strom der Beschichtungslösung ist ein System aus einer Pumpe und einer Düse, das die Beschichtungslösung schnell im geschlossenen Beschichtungsbehälter abwechselnd hin und her und auf und ab strömt und die Gleichmäßigkeit des Beschichtungslösungsstroms gewährleisten kann. Die Beschichtungslösung wird vertikal auf die Leiterplatte gespritzt und bildet einen Wandstrahlwirbelstrom auf der Oberfläche der Leiterplatte. Das letzte Ziel ist es, den schnellen Fluss der Beschichtungslösung auf beiden Seiten der Leiterplatte und durch Löcher zu erreichen, um Wirbelströme zu bilden. Darüber hinaus ist ein Filtersystem im Tank installiert, und das verwendete Filternetz beträgt 1,2 Mikron, um die während des Galvanisierungsprozesses erzeugten Partikelverunreinigungen auszufiltern, um sicherzustellen, dass die Beschichtungslösung sauber und verschmutzungsfrei ist.

Bei der Herstellung von horizontalen Galvanisierungssystemen sollte auch die Bedienenfreundlichkeit und die automatische Steuerung der Prozessparameter berücksichtigt werden. Denn bei der eigentlichen Galvanisierung, mit der Größe der Leiterplatte, der Größe des Durchgangslochdurchmessers und der erforderlichen Kupferdicke, der Übertragungsgeschwindigkeit, dem Abstand zwischen den Leiterplatten, der Größe der Pumpenkraft, der Düse Die Einstellung von Prozessparametern wie der Richtung des Kupfers und der Stromdichte usw. müssen alle getestet, eingestellt und gesteuert werden, um die Dicke der Kupferschicht zu erhalten, die den technischen Anforderungen entspricht. Es muss von einem Computer gesteuert werden. Um die Produktionseffizienz sowie die Konsistenz und Zuverlässigkeit der Qualität der Nebenprodukte zu verbessern, basieren die Vor- und Nachbearbeitung der Durchlauflöcher (einschließlich der Durchlauflöcher) der Leiterplatte auf den Prozessverfahren, um ein komplettes horizontales Galvanisierungssystem zu bilden, das für die Entwicklung und Einführung neuer Produkte geeignet ist. brauchen.

4. Die Entwicklungsvorteile der horizontalen Galvanisierung

Die Entwicklung der horizontalen Galvanisierungstechnologie ist nicht zufällig, sondern ein unvermeidliches Ergebnis der Notwendigkeit für spezielle Funktionen von hochdichten, hochpräzisen, multifunktionalen, hochbildigen Mehrschichtplattenprodukten. Sein Vorteil besteht darin, dass es fortgeschrittener ist als der derzeit verwendete vertikale Rack-Beschichtungsprozess, die Produktqualität zuverlässiger ist und es eine Großproduktion erreichen kann. Es hat gegenüber dem vertikalen Beschichtungsverfahren folgende Vorteile:

1) Es kann sich an eine breite Palette von Größen anpassen, ohne manuelle Installation und Aufhängen, und alle automatischen Vorgänge realisieren, was äußerst vorteilhaft ist, um zu verbessern und sicherzustellen, dass der Betriebsprozess die Oberfläche des Substrats nicht beschädigt und für die Großproduktion äußerst vorteilhaft ist.

2) Bei der Prozessüberprüfung ist es nicht nötig, eine Klemmposition zu verlassen, die praktische Fläche zu vergrößern und den Rohstoffverlust erheblich zu sparen.

3) Der gesamte Prozess der horizontalen Galvanisierung wird von einem Computer gesteuert, so dass das Substrat unter den gleichen Bedingungen ist, um die Gleichmäßigkeit der Beschichtung auf der Oberfläche und Löchern jeder Leiterplatte zu gewährleisten.

4) Aus der Sicht des Managements kann die Reinigung des Beschichtungsbehälters und das Hinzufügen und Ersatz der Beschichtungslösung vollständig automatisiert werden, und das Management wird aufgrund menschlicher Fehler nicht außer Kontrolle geraten.

5) Es kann aus dem tatsächlichen Produkt bekannt sein, dass die horizontale Galvanisierung mehrstufige horizontale Reinigung annimmt, die die Menge an Reinigungswasser erheblich spart und den Druck der Abwasserbehandlung reduziert.

6) Da das System geschlossenen Betrieb annimmt, reduziert es die Verschmutzung des Arbeitsraums und den direkten Einfluss der Verdunstung von Wärme auf die Prozessumgebung und verbessert die Arbeitsumgebung erheblich. Insbesondere beim Backen der Platte, da der Wärmeverlust reduziert wird, der unnötige Energieverbrauch eingespart wird und die Produktionseffizienz erheblich verbessert wird.

5. Zusammenfassung

Die Entstehung der horizontalen Beschichtungstechnologie ist vollständig, um die Bedürfnisse der hohen Aspektverhältnis durch-Loch-Beschichtung zu erfüllen. Aufgrund der Komplexität und Besonderheiten des Galvanisierungsprozesses bestehen jedoch noch einige technische Probleme bei der Konstruktion und Entwicklung des Galvanisierungssystems. Dies muss in der Praxis verbessert werden. Dennoch ist der Einsatz von horizontalen Galvanisierungssystemen eine große Entwicklung und Fortschritt für die Leiterplattenindustrie. Da die Anwendung dieser Art von Geräten bei der Herstellung von hochdichten Mehrschichtplatten großes Potenzial zeigt, kann sie nicht nur Arbeitskraft und Betriebszeit sparen, sondern auch schneller und effizienter produzieren als herkömmliche vertikale Galvanisierungslinien. Darüber hinaus wird der Energieverbrauch reduziert, die zu behandelnde Abflüssigkeit, Abwasser und Abgas reduziert, die Prozessumgebung und die Bedingungen erheblich verbessert und das Qualitätsniveau der Galvanisierungsschicht verbessert. Die horizontale Galvanisierungslinie eignet sich für den 24-Stunden-ununterbrochenen Betrieb der Großproduktion. Die horizontale Galvanisierungsleitung ist etwas schwieriger zu debuggen als die vertikale Galvanisierungsleitung. Sobald das Debugging abgeschlossen ist, ist es sehr stabil. Die Beschichtungslösung wird angepasst, um einen stabilen Betrieb für eine lange Zeit auf der Leiterplatte zu gewährleisten.