رسوب مس، همچنین به عنوان آبکاری مس شیمیایی شناخته می شود که به اختصار PTH نامیده می شود. هدف اصلی آن قرار دادن یک لایه مسی نازک و یکنواخت بر روی سطوح غیر رسانا تخته‌های مدار چاپی، مانند دیواره‌های سوراخ عایق‌شده و مناطق خاص فویل غیر مسی، از طریق واکنش‌های شیمیایی، دادن رسانایی به بخش‌های اولیه-غیر رسانا، بسترسازی برای فرآیندهای بعدی، لایه‌گذاری برقی و آبکاری الکتریکی متعاقب آن است. اتصال بردهای مدار چاپی
با در نظر گرفتن تخته مدار چاپی چند لایه به عنوان مثال، اتصالات الکتریکی بین لایه ها باید از طریق Vias انجام شود. پس از حفاری، دیواره سوراخ عایق بندی می شود و بدون عملیات غوطه وری مس، جریان نمی تواند از سوراخ عبور کند تا رسانایی بین لایه ای حاصل شود. لایه مس مانند ساختن یک "پل" است که به جریان اجازه می دهد تا بین لایه ها به آرامی جریان یابد و از یکپارچگی و عملکرد کل سیستم الکتریکی برد مدار اطمینان حاصل کند. اگر مشکلاتی در فرآیند رسوب مس، مانند رسوب ناهموار لایه مس، ضخامت ناکافی، یا نقص هایی مانند فضای خالی وجود داشته باشد، ممکن است منجر به انتقال سیگنال ناپایدار، اتصال کوتاه یا مدارهای باز شود که به طور جدی بر عملکرد و عمر برد مدار چاپی تأثیر می گذارد.
جریان فرآیند رسوب مس
پیش پردازش
سوراخ‌زدایی: پس از سوراخ‌کاری، سوراخ‌های برد مدار چاپی ممکن است سوراخ‌هایی ایجاد کنند و زباله‌های حفاری ممکن است در داخل سوراخ‌ها باقی بمانند. این سوراخ‌ها و تراشه‌های مته را از طریق برس زدن و آسیاب مکانیکی جدا کنید تا از پردازش صاف بعدی اطمینان حاصل کنید، از آسیب به دیواره سوراخ و سطح جلوگیری کنید و بر اثر رسوب مس تأثیر بگذارید.
تورم: برای تخته‌های چند لایه، رزین اپوکسی در لایه داخلی ممکن است در طول فرآیند حفاری آسیب ببیند. از عوامل متورم کننده خاص مانند ترکیبات آلی مبتنی بر اتر برای نرم کردن و متورم کردن رزین اپوکسی استفاده کنید و برای مراحل بعدی حفاری آماده شوید تا از حذف موثر زباله های حفاری اطمینان حاصل کنید و چسبندگی بین دیواره منافذ و لایه مس را افزایش دهید.
حذف چسب و بقایای حفاری: با استفاده از خاصیت اکسید کننده قوی پرمنگنات پتاسیم، در دمای بالا و شرایط قلیایی قوی، تحت واکنش ترک خوردگی اکسیداتیو با بقایای متورم و نرم شده حفاری رزین اپوکسی برای حذف آن قرار می گیرد. به عنوان مثال، در یک دمای خاص و محیط قلیایی، پرمنگنات پتاسیم با زنجیره های کربنی موجود در رزین اپوکسی واکنش داده و باعث شکستن و تجزیه آنها می شود و در نتیجه به هدف تمیز کردن دیواره منافذ می رسد.
خنثی سازی: مواد باقیمانده مانند پرمنگنات پتاسیم، پرمنگنات پتاسیم و دی اکسید منگنز را از فرآیند استفاده از پرمنگنات پتاسیم برای حذف زباله های حفاری حذف کنید. از آنجایی که یون‌های منگنز متعلق به یون‌های فلزات سنگین هستند، می‌توانند در مراحل فعال‌سازی بعدی باعث «مسمومیت پالادیوم» شوند و باعث شوند یون‌ها یا اتم‌های پالادیوم فعالیت فعال‌سازی خود را از دست بدهند و در نتیجه بر اثر متالیزاسیون منافذ تأثیر بگذارند. بنابراین، آنها باید به طور کامل حذف شوند.
حذف روغن / تمیز کردن سوراخ: با استفاده از عوامل حذف روغن تخصصی برای از بین بردن لکه های روغن و سایر ناخالصی ها از سطح تخته. در همان زمان، از طریق عمل عامل تشکیل دهنده منافذ، خواص بار دیواره منافذ تنظیم می شود تا سطح آن بار مثبت داشته باشد و جذب کاتالیزور یکنواخت بعدی را افزایش دهد.
میکرو اچینگ: استفاده از محلول میکرو اچینگ برای حذف اکسیدها و سایر ناخالصی های سطح مس و زبر کردن سطح مس. این نه تنها توانایی اتصال بین سطح مس و مس الکترولیتی بعدی را افزایش می دهد، بلکه محیط سطحی مناسب تری را برای جذب کاتالیزورها فراهم می کند.
غوطه وری در اسید: پودر مس چسبیده به سطح مس را پس از میکرو اچینگ تمیز کنید تا از خلوص سطح مس اطمینان حاصل کنید و شرایط مطلوبی برای مراحل فعال سازی بعدی ایجاد کنید.
کاتالیزور
پیش غوطه وری: از تمیز کردن ناقص فرآیند قبلی و ورود ناخالصی ها به مخزن گران قیمت پالادیوم جلوگیری می کند، در حالی که دیواره های منافذ رزین اپوکسی را خیس می کند تا جذب کاتالیزور را در سطح صفحه افزایش دهد. مخزن پیش خیساندن و مخزن فعال سازی متعاقب آن اساساً ترکیب یکسانی دارند به جز عدم وجود پالادیوم.
فعال‌سازی: در این مرحله معمولاً از کاتالیزورهایی مانند Pd/Sn یا Pd/Cu استفاده می‌شود تا به میسل‌های پالادیوم دارای بار منفی روی سطح به دلیل عملکرد پلیمر مزوپور به دیواره‌های منافذ بچسبند. از طریق عملیات فعال‌سازی، مکان‌های فعال کاتالیزوری برای رسوب شیمیایی بعدی مس فراهم می‌شود که به یون‌های مس اجازه می‌دهد تا در این مکان‌های فعال تحت واکنش‌های کاهشی قرار گیرند.
شتاب: بخش کلوئیدی لایه بیرونی ذرات پالادیوم کلوئیدی را بردارید، هسته پالادیوم کاتالیزوری را در معرض دید قرار دهید و از چسبندگی خوب بین لایه آبکاری مس الکترولس و دیواره منافذ اطمینان حاصل کنید. به عنوان مثال، میسل های پالادیوم به تخته می چسبند و پس از شستشو با آب و هوادهی، یک پوسته Sn (OH) 4 در خارج از ذرات Pd تشکیل می شود که توسط شتاب دهنده نوع HBF4 حذف می شود تا هسته پالادیوم نمایان شود.
رسوب شیمیایی مس: برد مدار چاپی کاتالیزوری شده را در یک مخزن رسوب شیمیایی مس حاوی نمک های مس (مانند سولفات مس) و عوامل کاهنده (مانند فرمالدئید) قرار دهید. تحت عمل کاتالیزوری هسته پالادیوم، یون‌های مس توسط فرمالدئید احیا می‌شوند و روی دیواره‌های منافذ برد مدار چاپی و سطوح فویل غیرمسی که نیاز به رسانایی دارند، رسوب می‌کنند و به تدریج یک لایه مسی نازک را تشکیل می‌دهند. همانطور که واکنش پیشرفت می کند، مس شیمیایی تازه تولید شده و هیدروژن محصول جانبی واکنش می توانند به عنوان کاتالیزور واکنش عمل کنند و پیشرفت مداوم واکنش و افزایش ضخامت لایه مس را افزایش دهند. انواع رسوب شیمیایی مس را می توان بر اساس تقاضا به مس نازک (0.25-0.5μm)، مس متوسط (1-1.5μm) و مس ضخیم (2-2.5μm) تقسیم کرد.
در حال پردازش پست{0}}
شستشوی آب: پس از تکمیل رسوب مس، مواد شیمیایی باقیمانده روی سطح برد مدار چاپی به طور کامل از طریق شستشوی چند مرحله ای آب پاک می شوند تا از اثرات نامطلوب مواد باقیمانده در فرآیندهای بعدی جلوگیری شود.
خشک کردن: استفاده از روش هایی مانند خشک کردن با هوای گرم برای حذف رطوبت از سطح برد مدار چاپی، نگهداری آن در حالت خشک برای نگهداری و پردازش بعدی.
بازرسی کیفیت
تست سطح نور پس زمینه: برش های دیواره سوراخ ایجاد کنید و با استفاده از میکروسکوپ متالوگرافی پوشش مس رسوب کرده روی دیوار سوراخ را مشاهده کنید. سطح نور پس زمینه به طور کلی به 10 سطح تقسیم می شود و هر چه سطح آن بالاتر باشد، پوشش مس ته نشین شده روی دیواره سوراخ بهتر است. به طور معمول، استانداردهای صنعتی نیاز به رتبه بندی بزرگتر یا مساوی 8.5 دارند. از طریق آزمایش سطح نور پس‌زمینه، یکنواختی و یکپارچگی لایه مس رسوب‌شده روی دیوار سوراخ را می‌توان به طور مستقیم درک کرد و کیفیت مس رسوب‌شده را می‌توان برای برآورده کردن الزامات ارزیابی کرد.
تشخیص ضخامت لایه مس: از تجهیزات حرفه ای مانند ضخامت سنج های اشعه ایکس- برای اندازه گیری ضخامت لایه مس ته نشین شده استفاده کنید و اطمینان حاصل کنید که محدوده ضخامت مورد نیاز طرح را برآورده می کند. سناریوهای مختلف کاربرد و الزامات محصول دارای استانداردهای متفاوتی برای ضخامت لایه رسوب مس هستند.
تست چسبندگی: از روش هایی مانند تست نوار برای تست چسبندگی بین لایه مسی و بستر مدار چاپی استفاده کنید. به عنوان مثال، از یک نوار چسب مخصوص برای چسباندن روی سطح لایه مس استفاده کنید، سپس به سرعت آن را جدا کنید و مشاهده کنید که آیا لایه مس کنده شده است تا ارزیابی کنید که آیا چسبندگی استاندارد را دارد یا خیر. چسبندگی خوب یک شاخص مهم برای اطمینان از پایداری و قابلیت اطمینان لایه مس رسوب شده است.
بازرسی دیوار سوراخ: با استفاده از میکروسکوپ یا ابزارهای دیگر، لایه مسی روی دیوار سوراخ را به دقت بررسی کنید تا از نظر تداوم، عیوب مانند حفره ها و ترک ها مطمئن شوید که کیفیت لایه مسی روی دیوار سوراخ مطابق با الزامات قابلیت اطمینان مدار است.
نکات کلیدی کنترل فرآیند رسوب مس
کنترل دما: سرعت واکنش در طی رسوب شیمیایی مس به دما بسیار حساس است. دمای بیش از حد و سرعت واکنش سریع ممکن است منجر به رسوب ناهموار لایه مس شود که منجر به نقص هایی مانند زبری و فضای خالی می شود. دما خیلی کم است، سرعت واکنش آهسته است، راندمان رسوب مس کم است و ضخامت لایه مس برای برآوردن نیازها دشوار است. به عنوان مثال، بسته به فرمول محلول شیمیایی مورد استفاده و نیازهای فرآیند، دمای مخزن آبکاری مس شیمیایی معمولاً باید بین 25-35 درجه کنترل شود.
کنترل PH: مقدار pH محلول می تواند بر شکل یون های مس و فعالیت عوامل کاهنده تأثیر بگذارد. مقادیر نامناسب pH می تواند از ادامه واکنش به درستی جلوگیری کند یا منجر به کاهش کیفیت لایه مس شود. در فرآیند رسوب مس، معمولاً لازم است مقدار pH را در محدوده قلیایی 11-13 کنترل کرد و با افزودن تنظیم کننده های pH، مقدار pH را ثابت نگه داشت.
کنترل غلظت محلول: غلظت نمک های مس، عوامل کاهنده، عوامل کیلیت و سایر اجزای محلول باید در محدوده مشخص شده به شدت کنترل شوند. غلظت بیش از حد یا ناکافی می تواند بر میزان و کیفیت رسوب مس تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، غلظت کم نمک مس می تواند منجر به کاهش سرعت رسوب مس و ضخامت ناکافی لایه مس شود. غلظت بیش از حد عامل کاهنده ممکن است باعث واکنش بیش از حد شود و بر یکنواختی لایه مس تأثیر بگذارد. لازم است به طور منظم غلظت دارو را آزمایش و تنظیم کنید تا مطمئن شوید که در بهترین حالت فرآیندی قرار دارد.
کنترل زمان واکنش: زمان رسوب مس ضخامت نهایی لایه مس را تعیین می کند. زمان بسیار کوتاه است و ضخامت لایه مس الزامات طراحی را برآورده نمی کند. زمان بیش از حد نه تنها باعث هدر رفتن منابع می شود، بلکه ممکن است منجر به ایجاد لایه های ضخیم مسی شود که منجر به کریستالیزاسیون درشت و کاهش چسبندگی می شود. با توجه به انواع مختلف رسوب مس و الزامات فرآیند، زمان رسوب مس باید دقیقاً کنترل شود. به عنوان مثال، زمان رسوب مس برای مس نازک به طور کلی 10-15 دقیقه است، در حالی که برای مس متوسط و ضخیم، باید به همان نسبت افزایش یابد.