Thông tin PCB - Quá trình khắc mạch bên ngoài PCB Board

I. Tổng quan

Hiện nay, quá trình điển hình của chế biến bảng mạch in sử dụng "phương pháp mạ mẫu". Đó là, phần lá đồng cần được giữ lại ở lớp ngoài của bảng, phần đồ họa của mạch, một lớp chống ăn mòn chì-thiếc được mạ trước, sau đó phần còn lại của lá đồng bị ăn mòn về mặt hóa học, được gọi là khắc. Điều quan trọng cần lưu ý là lúc này trên bảng có hai lớp đồng. Trong quá trình khắc lớp ngoài, chỉ có một lớp đồng phải được khắc hoàn toàn và phần còn lại sẽ tạo thành mạch mong muốn cuối cùng. Loại mạ mẫu này được đặc trưng bởi sự hiện diện của một lớp đồng chỉ bên dưới chất chống ăn mòn chì-thiếc. Một phương pháp điều trị khác là toàn bộ tấm được mạ đồng và các bộ phận khác ngoài màng cảm quang chỉ là lớp chống ăn mòn thiếc hoặc chì-thiếc. Quá trình này được gọi là "quá trình mạ đồng toàn bộ tấm". Nhược điểm của mạ đồng toàn bộ tấm so với mạ mẫu là mạ đồng hai lần ở khắp mọi nơi trên tấm và đồng phải được khắc ra trong quá trình khắc. Vì vậy, khi chiều rộng dây là rất tốt, sẽ có một loạt các vấn đề. Đồng thời, ăn mòn bên (xem Hình 4) có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến tính đồng nhất của đường.

Trong số các kỹ thuật xử lý cho mạch ngoài bảng in, có một cách khác là sử dụng màng nhạy sáng thay vì lớp phủ kim loại làm lớp chống ăn mòn. Phương pháp này rất giống với quy trình khắc lớp bên trong và có thể tham khảo quy trình sản xuất khắc lớp bên trong. Hiện nay, thiếc hoặc chì thiếc là một lớp chống ăn mòn thường được sử dụng trong quá trình khắc amoniac. Chất khắc amoniac là một chất lỏng hóa học thường được sử dụng mà không có bất kỳ phản ứng hóa học nào với thiếc hoặc chì thiếc. Chất khắc amoniac chủ yếu đề cập đến dung dịch khắc amoniac/amoni clorua. Ngoài ra, dung dịch khắc amoniac/sulfate amoniac cũng có sẵn trên thị trường. Chất lỏng khắc dựa trên sunfat, sau khi sử dụng, đồng trong đó có thể được tách ra bằng điện phân và do đó có thể được tái sử dụng. Do tỷ lệ ăn mòn thấp, nó thường hiếm khi được sử dụng trong sản xuất thực tế, nhưng dự kiến sẽ được sử dụng để khắc clo miễn phí. Một số người đã cố gắng sử dụng hydrogen peroxide sulfate làm chất khắc để ăn mòn các mô hình bên ngoài. Quá trình này chưa được áp dụng rộng rãi trong ý nghĩa thương mại vì nhiều lý do, bao gồm cả kinh tế và xử lý chất thải. Ngoài ra, hydrogen peroxide sulfate không thể được sử dụng để khắc chất chống ăn mòn chì-thiếc, và quá trình này không phải là PCB. Nó là phương pháp chính để sản xuất lớp ngoài của bảng, vì vậy hầu hết mọi người ít quan tâm đến nó.

2. Chất lượng khắc và các vấn đề ban đầu

Yêu cầu cơ bản đối với chất lượng khắc là khả năng loại bỏ hoàn toàn tất cả các lớp đồng dưới lớp chống ăn mòn, và đó là tất cả. Nói đúng ra, nếu mặt đất được xác định, chất lượng khắc phải bao gồm độ đồng nhất của chiều rộng đường và mức độ khắc bên. Do tính chất vốn có của chất khắc hiện tại, nó được khắc không chỉ xuống mà còn theo mọi hướng, vì vậy việc khắc bên cạnh là gần như không thể tránh khỏi. Vấn đề cắt đáy là một trong những tham số khắc thường được thảo luận, được định nghĩa là tỷ lệ chiều rộng cắt đáy so với chiều sâu khắc, được gọi là yếu tố khắc. Trong ngành công nghiệp mạch in, nó thay đổi rất nhiều, từ 1: 1 đến 1: 5. Rõ ràng, mức độ cắt đáy nhỏ hoặc yếu tố khắc thấp là thỏa đáng. Cấu trúc của thiết bị khắc và các thành phần khác nhau của dung dịch khắc có thể ảnh hưởng đến yếu tố khắc hoặc mức độ khắc bên, hoặc lạc quan, điều này có thể được kiểm soát. Sử dụng một số chất phụ gia có thể làm giảm mức độ khắc bên. Thành phần hóa học của các chất phụ gia này thường là bí mật thương mại và các nhà phát triển của chúng sẽ không tiết lộ cho bên ngoài. Về cấu trúc của thiết bị khắc, các phần sau đây sẽ được trình bày cụ thể. Theo nhiều cách, chất lượng khắc đã tồn tại rất lâu trước khi bảng in đi vào máy khắc. Bởi vì có một liên kết nội bộ rất chặt chẽ giữa các quy trình hoặc quy trình khác nhau được xử lý bởi mạch in, không có quy trình nào không bị ảnh hưởng bởi các quy trình khác và không ảnh hưởng đến các quy trình khác. Nhiều vấn đề được xác định là chất lượng khắc thực sự tồn tại thậm chí sớm hơn trong quá trình lột. Đối với quá trình khắc các mẫu bên ngoài, nó phản ánh nhiều vấn đề vì hiện tượng "dòng chảy ngược" mà nó phản ánh nổi bật hơn hầu hết các quy trình in ấn. Đồng thời, điều này cũng là do khắc là một phần của một loạt các quá trình bắt đầu từ màng nhầy và màng nhạy sáng, sau đó mẫu bên ngoài được chuyển thành công. Càng có nhiều liên kết, càng có nhiều khả năng xảy ra vấn đề. Điều này có thể được coi là một khía cạnh rất đặc biệt của quá trình sản xuất mạch in. Về mặt lý thuyết, sau khi mạch in bước vào giai đoạn khắc, trạng thái mặt cắt của mẫu phải được hiển thị trong Hình 2. Trong quá trình xử lý mạch in bằng mạ mẫu, trạng thái lý tưởng nên là: tổng độ dày của đồng và thiếc hoặc đồng và chì và thiếc sau khi mạ không được vượt quá độ dày của màng quang mạ điện, sao cho mẫu mạ hoàn toàn bị chặn và nhúng vào bởi "hai bên của màng. Tường". Tuy nhiên, trong sản xuất thực tế, sau khi bảng mạch in trên toàn thế giới được mạ, mẫu phủ dày hơn nhiều so với mẫu nhạy sáng. Trong quá trình mạ đồng và chì thiếc, do chiều cao của lớp mạ vượt quá màng cảm quang, nên có xu hướng tích lũy theo chiều ngang, và có vấn đề.

Các "cạnh" được hình thành bởi thiếc hoặc chì-thiếc làm cho nó không thể loại bỏ hoàn toàn các màng nhạy cảm khi chúng được loại bỏ, để lại một phần nhỏ "keo dư" bên dưới "cạnh". "Keo dư" hoặc "màng dư" còn lại bên dưới "cạnh" của chất chống ăn mòn, có thể dẫn đến việc khắc không đầy đủ. Một "rễ đồng" được hình thành ở cả hai bên sau khi dòng được khắc, làm cho khoảng cách giữa các dòng hẹp hơn, dẫn đến bảng in không đáp ứng yêu cầu của bên A và thậm chí có thể bị từ chối. Do từ chối, chi phí sản xuất của bảng PCB sẽ tăng lên đáng kể. Ngoài ra, trong nhiều trường hợp, do phản ứng hình thành hòa tan, trong ngành công nghiệp mạch in, màng mỏng và đồng còn sót lại cũng có thể tích tụ trong dung dịch khắc, làm tắc vòi phun và bơm chống axit của máy khắc và phải đóng để xử lý và làm sạch, Do đó ảnh hưởng đến hiệu quả công việc.

3. Điều chỉnh thiết bị và tương tác với các giải pháp ăn mòn

Trong chế biến bảng mạch PCB, khắc amoniac là một quá trình phản ứng hóa học tương đối tinh tế và phức tạp. Đổi lại, đó là một công việc dễ dàng. Một khi quá trình bắt đầu, sản xuất có thể tiếp tục. Vấn đề là, một khi nó được bật, nó cần phải duy trì trạng thái hoạt động liên tục và không nên dừng lại. Quá trình khắc phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện làm việc tốt của thiết bị. Hiện nay, bất kể chất lỏng khắc được sử dụng, phải sử dụng phun áp suất cao, và để có được mặt dây gọn gàng và hiệu ứng khắc chất lượng cao, cấu trúc của vòi phun và phương pháp phun phải được lựa chọn nghiêm ngặt. Để có được tác dụng phụ tốt, nhiều lý thuyết khác nhau đã xuất hiện, dẫn đến các phương pháp thiết kế khác nhau và cấu trúc thiết bị. Những lý thuyết này thường rất khác nhau. Nhưng tất cả các lý thuyết về khắc đều thừa nhận nguyên tắc cơ bản của việc giữ cho bề mặt kim loại tiếp xúc liên tục với chất khắc mới càng sớm càng tốt. Phân tích cơ chế hóa học của quá trình khắc cũng xác nhận quan điểm trên. Trong khắc amoniac, tốc độ khắc chủ yếu được xác định bởi amoniac (NH3) trong dung dịch khắc, giả sử tất cả các thông số khác là không đổi. Do đó, có hai mục đích chính để khắc bề mặt bằng dung dịch tươi: một là để rửa sạch các ion đồng vừa được tạo ra; Một loại khác là cung cấp liên tục amoniac (NH3) cần thiết cho phản ứng.

Trong kiến thức truyền thống của ngành công nghiệp mạch in, đặc biệt là các nhà cung cấp nguyên liệu cho mạch in, người ta thường tin rằng hàm lượng ion đồng đơn giá trong dung dịch khắc amino càng thấp thì tốc độ phản ứng càng nhanh. Điều này đã được xác nhận bởi kinh nghiệm. Trên thực tế, nhiều sản phẩm khắc amino có chứa các phối tử đặc biệt (một số dung môi phức tạp) của các ion đồng đơn trị có thể làm giảm các ion đồng đơn trị (đây là những bí mật kỹ thuật cho khả năng phản ứng cao của sản phẩm), do đó, các ion đồng đơn trị có ảnh hưởng không nhỏ đến chất khắc. Giảm đồng đơn giá từ 5.000 ppm xuống 50 ppm sẽ tăng hơn gấp đôi tốc độ khắc. Do số lượng lớn các ion đồng đơn trị được tạo ra trong phản ứng khắc và các ion đồng đơn trị luôn liên kết chặt chẽ với các nhóm phức tạp của amoniac, rất khó để giữ hàm lượng gần bằng không. Đồng đơn giá có thể được loại bỏ bằng cách chuyển đổi đồng đơn giá thành đồng hai giá trị bằng tác động của oxy trong khí quyển. Các mục đích trên có thể được thực hiện bằng cách phun. Đây là một lý do chức năng để đưa không khí vào phòng khắc. Tuy nhiên, nếu có quá nhiều không khí, nó sẽ đẩy nhanh sự mất amoniac trong dung dịch và làm giảm độ pH, điều này vẫn làm giảm tốc độ khắc. Amoniac cũng là một biến số cần được kiểm soát trong dung dịch. Một số người dùng đã áp dụng phương pháp truyền amoniac tinh khiết vào khe khắc. Để làm điều này, một hệ thống điều khiển PH mét phải được thêm vào. Khi độ pH của phép đo tự động thấp hơn một giá trị nhất định, dung dịch được thêm vào tự động. Trong lĩnh vực liên quan đến khắc hóa học (còn được gọi là khắc quang hóa hoặc PCH), công việc nghiên cứu đã bắt đầu và đã đạt đến giai đoạn thiết kế cấu trúc của máy khắc. Trong phương pháp này, dung dịch được sử dụng là đồng hóa trị hai, không phải đồng amoniac khắc. Nó có thể được sử dụng trong ngành công nghiệp mạch in. Trong ngành công nghiệp PCH, lá đồng khắc thường dày từ 5 đến 10 mils và trong một số trường hợp khá dày. Yêu cầu của nó đối với các thông số khắc thường nghiêm ngặt hơn trong ngành công nghiệp PCB.

Một nghiên cứu về hệ thống công nghiệp PCM chưa được công bố chính thức, nhưng kết quả sẽ được làm mới. Với sự hỗ trợ tài chính dự án tương đối mạnh mẽ, về lâu dài, các nhà nghiên cứu có khả năng thay đổi ý tưởng thiết kế của các thiết bị khắc và nghiên cứu tác động của những thay đổi này. Ví dụ, thiết kế vòi phun của vòi phun có hình quạt so với vòi phun hình nón, và đa tạp phun (tức là ống mà vòi phun được vặn vào) cũng có góc lắp đặt có thể được phun vào phôi của buồng khắc ở góc 30 độ. Nếu không. Nếu thay đổi như vậy được thực hiện, việc lắp đặt các vòi phun trên đa tạp sẽ dẫn đến góc phun không chính xác giống nhau cho mỗi vòi liền kề. Các bề mặt phun riêng lẻ của nhóm vòi phun thứ hai hơi khác với các bề mặt phun của nhóm tương ứng (xem Hình 8 cho thấy điều kiện làm việc của phun). Bằng cách này, hình dạng của dung dịch phun được chồng lên nhau hoặc vượt qua. Về mặt lý thuyết, nếu hình dạng của dung dịch giao nhau, lực phun của phần này sẽ giảm và không thể rửa sạch dung dịch cũ khỏi bề mặt khắc một cách hiệu quả trong khi vẫn giữ dung dịch mới tiếp xúc với nó. Đặc biệt là trên các cạnh của bề mặt phun. Nó có lực đẩy nhỏ hơn nhiều so với lực đẩy theo hướng thẳng đứng. Nghiên cứu cho thấy các thông số thiết kế là 65 psi (tức là 4+bar). Có một vấn đề áp suất tiêm với mọi quy trình khắc và mọi giải pháp thực tế, và hiện tại rất hiếm khi áp suất phun trong buồng khắc vượt quá 30 psi (2Bar). Có một nguyên tắc rằng mật độ của dung dịch khắc càng cao (tức là trọng lượng riêng hoặc pomex), áp suất tiêm càng cao. Tất nhiên, đây không phải là một tham số duy nhất. Một tham số quan trọng khác là tỷ lệ di chuyển tương đối (hoặc tỷ lệ di chuyển) kiểm soát tốc độ phản ứng của nó trong dung dịch.

4. Về bảng trên và dưới, các cạnh giới thiệu và các cạnh nhập sau có trạng thái khắc khác nhau

Một số lượng lớn các vấn đề liên quan đến chất lượng khắc tập trung vào phần khắc trên bề mặt của tấm trên. Điều quan trọng là phải biết. Những vấn đề này phát sinh từ ảnh hưởng của sự tích tụ keo của chất khắc trên bề mặt của bảng mạch in. Chất rắn keo tích tụ trên bề mặt đồng, một mặt ảnh hưởng đến lực phun và mặt khác cản trở việc bổ sung dung dịch khắc mới, dẫn đến giảm tốc độ khắc. Đó là do sự hình thành và tích lũy của chất rắn keo mà các mô hình trên và dưới của tấm được khắc ở mức độ khác nhau. Điều này cũng làm cho một phần của tấm mà chúng đi vào đầu tiên trong máy khắc dễ bị khắc hoàn toàn hoặc dễ bị ăn mòn quá mức, vì sự tích tụ chưa được hình thành vào thời điểm đó và việc khắc nhanh hơn. Ngược lại, khi một phần vào mặt sau của tấm đi vào, sự tích tụ đã hình thành và làm chậm tốc độ khắc của nó.

5. Bảo trì thiết bị khắc

Yếu tố quan trọng trong việc bảo trì thiết bị khắc là đảm bảo vòi phun sạch sẽ và không bị cản trở để cho phép phun trơn tru. Tắc nghẽn hoặc xỉ có thể ảnh hưởng đến bố cục dưới áp suất máy bay phản lực. Nếu vòi phun không sạch sẽ, việc khắc sẽ không đồng đều và toàn bộ PCB sẽ bị loại bỏ. Rõ ràng, việc bảo trì thiết bị là thay thế các bộ phận bị hư hỏng và mòn, bao gồm cả việc thay thế vòi phun, cũng có vấn đề về hao mòn. Ngoài ra, vấn đề quan trọng hơn là giữ cho máy khắc không bị cặn bã, và trong nhiều trường hợp, cặn bã sẽ xuất hiện. Sự tích tụ dư thừa của xỉ thậm chí có thể ảnh hưởng đến cân bằng hóa học của dung dịch khắc. Tương tự như vậy, nếu chất khắc thể hiện sự mất cân bằng hóa học quá mức, sự hình thành xỉ sẽ tăng lên. Vấn đề chất đống cặn bã không thể được phóng đại. Một khi một lượng lớn xỉ đột ngột xuất hiện trong dung dịch khắc, nó thường báo hiệu một vấn đề với sự cân bằng của dung dịch. Nó nên được làm sạch đúng cách bằng axit clohydric đậm đặc hoặc bổ sung dung dịch. Màng dư cũng tạo ra cặn, với một lượng rất nhỏ màng dư được hòa tan trong dung dịch khắc, sau đó hình thành kết tủa muối đồng. Vôi từ sự hình thành của màng còn lại cho thấy quá trình loại bỏ màng trước đó đã không hoàn thành. Việc loại bỏ màng kém thường là kết quả của sự kết hợp của màng limbic và quá tải trên bảng PCB.