برد مدار پی سی چند لایه: پوشش مدار مدار

امروزه، از آنجایی که دستگاه های الکترونیکی به سمت کوچک سازی و عملکرد بالا به پیشرفت خود ادامه می دهند، عملکرد بردهای مدار، به عنوان حامل اصلی سیستم های الکترونیکی، به طور مستقیم بر کیفیت عملیاتی کلی تجهیزات تأثیر می گذارد. فناوری پوشش بردهای مدار، به عنوان وسیله ای مهم برای بهبود عملکرد برد مدارها، مورد توجه روزافزونی قرار گرفته است. با پوشاندن سطح برد مدار با یک یا چند لایه نازک از مواد خاص، اعطای ویژگی‌های عملکردی جدید مانند رسانایی افزایش یافته، بهبود مقاومت در برابر اکسیداسیون و بهبود لحیم کاری، نقش کلیدی در تضمین عملکرد پایدار و افزایش طول عمر دستگاه‌های الکترونیکی ایفا می‌کند.

1، هدف و اهمیت پوشش تخته مدار
(1) از بردهای مدار در برابر فرسایش محیطی محافظت کنید
در هنگام استفاده از بردهای مدار با عوامل محیطی پیچیده مختلفی مانند هوای مرطوب، گازهای خورنده، گرد و غبار و ... مواجه خواهند شد که این عوامل به تدریج خطوط فلزی سطح برد مدار را فرسایش داده و باعث اکسیده شدن ورق مسی، خوردگی خطوط و در نهایت منجر به خرابی مدار می شود. پوشش می تواند یک لایه محافظ متراکم را بر روی سطح برد مدار تشکیل دهد و به طور موثری تماس مستقیم بین محیط خارجی و برد مدار را جدا کند و سرعت اکسیداسیون و خوردگی فلز را کاهش دهد. برای مثال، در محیط‌های سخت مانند مناطق ساحلی یا اطراف شرکت‌های شیمیایی، برد مدارهای روکش دار می‌توانند چندین برابر برد مدارهای بدون روکش طول عمر داشته باشند.

(2) بهبود عملکرد الکتریکی بردهای مدار
برخی از مواد پوشش رسانایی خوبی دارند. با پوشش دادن سطح برد مدار با این مواد می توان مقاومت مدار را کاهش داد و راندمان و پایداری انتقال سیگنال را بهبود بخشید. در مدارهای با فرکانس بالا، سرعت انتقال سیگنال سریع و فرکانس بالا است که به تطابق امپدانس بسیار بالایی مدار نیاز دارد. پوشش مناسب می تواند ویژگی های امپدانس مدار را بهینه کند، انعکاس سیگنال و تلفات را کاهش دهد، و از انتقال با کیفیت- سیگنال های فرکانس بالا اطمینان حاصل کند. علاوه بر این، برخی از پوشش ها دارای خواص عایق نیز هستند که می توانند یک لایه عایق بر روی برد مدار تشکیل دهند، خطوط با پتانسیل های مختلف را جدا کرده، از اتصال کوتاه جلوگیری کنند و قابلیت اطمینان الکتریکی برد مدار را بیشتر بهبود بخشند.

(3) بهبود لحیم کاری تخته های مدار
لحیم کاری خوب کلید اطمینان از اتصال قابل اعتماد بین قطعات الکترونیکی و بردهای مدار در طول فرآیند مونتاژ بردهای مدار است. با این حال، اکسیداسیون، آلودگی و سایر مسائل روی سطح برد مدار می تواند لحیم کاری آن را کاهش دهد و منجر به نقص هایی مانند لحیم کاری ضعیف و لحیم کاری مجازی شود. پوشش می تواند اکسیدها را از سطح بردهای مدار حذف کند، یک لایه سطحی را تشکیل دهد که به راحتی لحیم شود، خیس شدن و اتصال بین لحیم کاری و برد مدار را بهبود بخشد، روند لحیم کاری را روانتر کند، و کارایی مونتاژ و کیفیت محصول را بهبود بخشد.

2، انواع متداول پوشش تخته مدار
(1) آبکاری طلا نیکل شیمیایی
آبکاری شیمیایی نیکل طلا یکی از فرآیندهای پوششی پرکاربرد در صنعت تخته مدار فعلی است. این فرآیند ابتدا یک لایه نیکل را از طریق آبکاری شیمیایی روی سطح برد مدار با ضخامتی بین 3-5 میکرومتر رسوب می دهد. لایه نیکل دارای مقاومت سایشی و مقاومت در برابر خوردگی خوبی است که می تواند حفاظت اولیه را برای برد مدار فراهم کند. در همین حال، وجود یک لایه نیکل می تواند از انتشار مس در لایه طلا جلوگیری کند و از تغییر رنگ و تخریب عملکرد لایه طلا جلوگیری کند. در بالای لایه نیکل، یک لایه طلا از طریق واکنش جابجایی با ضخامتی که معمولاً از 0.05 تا 0.1 میکرومتر متغیر است، رسوب می‌کند. لایه طلا دارای مقاومت اکسیداسیون، رسانایی و جوش پذیری عالی است که می تواند به طور موثر از لایه نیکل محافظت کند. در طول فرآیند لحیم کاری قطعات الکترونیکی، لایه طلا می تواند به سرعت در لحیم کاری حل شود و نتایج لحیم کاری خوبی به دست آید. فرآیند آبکاری طلای نیکل الکترولس برای مدارهایی که نیاز به صافی سطح، لحیم کاری و قابلیت اطمینان بالایی دارند، مانند مادربردهای کامپیوتر، بردهای مدار تلفن همراه و غیره مناسب است.

(2) آبکاری پالادیوم نیکل شیمیایی
فرآیند آبکاری نیکل پالادیوم شیمیایی بر اساس فرآیند آبکاری شیمیایی نیکل طلا ایجاد شده است. در مقایسه با فرآیند ENIG، یک لایه پالادیوم بین لایه نیکل و لایه طلا اضافه می کند که ضخامت آن معمولاً بین 0.05-0.1 میکرومتر است. افزودن لایه پالادیوم می تواند به طور موثری وقوع پدیده "دیسک سیاه" را سرکوب کند. پدیده "دیسک سیاه" به محتوای ناهموار فسفر در سطح لایه نیکل یا واکنش شیمیایی بین لایه نیکل و لایه طلا در محیط های با دمای بالا و رطوبت بالا در فناوری ENIG اشاره دارد که باعث سیاه شدن سطح لایه نیکل می شود و در نتیجه بر عملکرد لحیم کاری و قابلیت اطمینان برد مدار تأثیر می گذارد. لایه پالادیوم در فرآیند ENEPIG می تواند از واکنش های نامطلوب بین نیکل و طلا جلوگیری کند و پایداری و قابلیت اطمینان پوشش را بهبود بخشد. این فرآیند برای زمینه هایی که به قابلیت اطمینان بسیار بالایی نیاز دارند مانند هوافضا، تجهیزات پزشکی و غیره مناسب است.

(3) فیلم محافظ لحیم کاری آلی
فیلم محافظ لحیم کاری ارگانیک فرآیند پوششی است که لایه های نازک آلی را روی سطح تخته های مدار می پوشاند. ضخامت فیلم OSP بسیار نازک است، معمولا بین 0.2-0.5μm. این یک فیلم آلی شفاف بر روی سطح مس از طریق روش های شیمیایی تشکیل می دهد که می تواند مس را از اکسیداسیون برای مدت معینی محافظت کند و می تواند به سرعت در حین جوشکاری بدون تأثیر بر اثر جوش تجزیه شود. فناوری OSP دارای مزایای کم هزینه، فرآیند ساده و حفاظت از محیط زیست است و برای برد مدارهایی که به هزینه حساس هستند و الزامات خاصی برای لحیم کاری دارند، مانند بردهای مدار در لوازم الکترونیکی مصرفی، لوازم خانگی معمولی و سایر زمینه ها مناسب است. با این حال، ظرفیت آنتی اکسیدانی فیلم OSP نسبتا ضعیف است و زمان نگهداری آن محدود است. به طور کلی، جوشکاری و مونتاژ باید در مدت زمان کوتاهی پس از پوشش کامل شود.

(4) رسوب شیمیایی نقره
فرآیند رسوب نقره لایه نازکی از نقره را از طریق واکنش جابجایی روی سطح برد مدار رسوب می دهد. لایه نقره دارای رسانایی عالی (در رتبه دوم پس از طلا) و لحیم کاری است که می تواند به طور موثر مقاومت خط را کاهش دهد و عملکرد انتقال سیگنال را بهبود بخشد. با این حال، پایداری شیمیایی لایه نقره ضعیف است و مستعد اکسید شدن یا سولفوریزاسیون است، بنابراین اغلب لازم است از عوامل حفاظتی آلی استفاده شود یا برای افزایش طول عمر آن عملیات غوطه وری طلا انجام شود. این فرآیند برای مدارهای با فرکانس بالا (مانند 5G و تجهیزات ارتباطی ماهواره ای) مناسب است، اما طراحی دقیق در محیط های با رطوبت/گوگرد بالا برای جلوگیری از مهاجرت نقره یا خوردگی لازم است.

3، فرآیند پوشش تخته های مدار
(1) پیش پردازش
پیش تصفیه مرحله اساسی پوشش برد مدار است که هدف آن حذف ناخالصی ها مانند روغن، اکسیدها، گرد و غبار و غیره روی سطح برد مدار است تا به حالت تمیز و فعالی دست یابد و بستر مناسبی برای فرآیندهای پوشش بعدی فراهم شود. پیش درمان معمولاً شامل فرآیندهایی مانند حذف روغن، میکرو اچینگ، شستشو با اسید و شستشو با آب است. در فرآیند چربی زدایی از حلال های قلیایی یا آلی برای حذف لکه های روغن از سطح برد مدار استفاده می شود. فرآیند میکرو اچ، لایه اکسید و سوراخ‌های جزئی روی سطح برد مدار را از طریق خوردگی شیمیایی حذف می‌کند، زبری سطح را افزایش می‌دهد و چسبندگی بین پوشش و برد مدار را بهبود می‌بخشد. فرآیند ترشی برای حذف بیشتر اکسیدها از سطح فلز و تنظیم اسیدیته یا قلیایی سطح استفاده می شود. فرآیند شستشوی آب برای تمیز کردن و حذف معرف های شیمیایی باقیمانده از مراحل قبل استفاده می شود.

(2) پوشش
با توجه به انواع مختلف پوشش، فرآیندهای پوشش مربوطه برای پوشش استفاده می شود. با در نظر گرفتن آبکاری نیکل الکترولس به عنوان مثال، پس از تکمیل{1}پیش درمان، برد مدار در محلول آبکاری نیکل الکترولس حاوی نمکهای نیکل، عوامل کاهنده، عوامل کیلیت و سایر اجزاء غوطه ور می شود. تحت شرایط دمای مناسب (معمولاً 90-80 درجه) و pH (معمولاً 5/5-5/4)، یون‌های نیکل توسط عامل کاهنده روی سطح برد مدار کاهش می‌یابند و یک لایه نیکل را رسوب می‌دهند. پس از اتمام آبکاری نیکل، برد مدار را به محلول آبکاری طلا منتقل کنید و از طریق واکنش جابجایی یک لایه طلا را روی سطح لایه نیکل قرار دهید. در طول فرآیند پوشش، لازم است پارامترهای فرآیند مانند ترکیب محلول، دما، مقدار pH و زمان به شدت کنترل شود تا اطمینان حاصل شود که ضخامت، یکنواختی و کیفیت پوشش مطابق با الزامات است.

(3) پس پردازش
پس از درمان عمدتاً شامل فرآیندهایی مانند شستشوی آب، خشک کردن و آزمایش است. شستشوی آب برای حذف محلول‌های پوشش باقی‌مانده و معرف‌های شیمیایی روی سطح تخته‌های مدار استفاده می‌شود تا از اثرات نامطلوب آنها بر عملکرد بردهای مدار جلوگیری شود. خشک کردن فرآیند حذف رطوبت از سطح برد مدار است تا از رطوبت باقیمانده از ایجاد زنگ زدگی یا سایر مشکلات کیفی جلوگیری شود. فرآیند تست به طور جامع کیفیت پوشش را از طریق روش‌های آزمایش مختلف، مانند بازرسی بصری، اندازه‌گیری ضخامت فیلم، تست لحیم‌کاری، تست هدایت و غیره ارزیابی می‌کند تا اطمینان حاصل شود که برد مدار پوشش‌داده شده الزامات طراحی و استانداردهای استفاده را برآورده می‌کند.