På baggrund af udviklingen af elektroniske enheder hen imod høj effekt og høj pålidelighed,tykt kobber printkorter blevet kernesubstratet inden for områder som strømmoduler, bilelektronik og industrielt udstyr på grund af deres fremragende strømbærende kapacitet og varmeafledningsevne. Men under ætsningsprocessen af tykt kobberprintkort er der almindelige udfordringer såsom stor ætsningsdybde, vanskeligheder med at kontrollere sideætsning og utilstrækkelig ensartethed. Ujævn ætsning kan føre til linjebreddeafvigelse, lokale rester eller overdreven korrosion, hvilket ikke kun påvirker kredsløbets ydeevne, men kan også udgøre en risiko for batchskrot.
Det særlige og udfordringerne ved ætsningsprocessen for tyk kobberplade
Tyk kobberplade refererer til en plade med en kobberfolietykkelse på ikke mindre end 105 μm, og almindelige specifikationer omfatter 105 μm, 140 μm, 180 μm osv. På grund af det tykkere kobberlag er der betydelige forskelle i ætseprocessen sammenlignet med almindelige tynde kobberprintplader
Stor ætsningsdybde: Tykkelsen af kobberlaget, der skal fjernes, er 3-10 gange tykkelsen af almindelig tynd kobberprintplade, og ætsetiden forlænges kraftigt. For eksempel er den tid, der kræves for at ætse fra 180 μm til 35 μm, 2-5 gange længere end ætsningen fra 18 μm kobberfolie til 35 μm;
Vanskeligheder ved at kontrollere lateral korrosion: Ætsningshastigheden af ætseopløsningen er forskellig i lodret og vandret retning. Jo tykkere kobberlaget er, desto tydeligere er denne forskel, hvilket let kan føre til overdreven linjebreddes nøjagtighed. For eksempel, hvis den designede linjebredde på 500 μm er ætset, kan den kun være 450 μm, eller der kan være problemer med ætsningsrester, hvor det lokale kobberlag ikke er fuldstændigt fjernet;
Høje krav til ensartethed: Ved ætsning af et stort-areal tykt kobberprintkort kan der være forskelle i flowhastigheden, temperaturen og andre parametre for den kemiske opløsning mellem kanterne og det centrale område af pladen, hvilket kan forårsage ujævn ætsning i forskellige områder og resultere i en kobbertykkelsesafvigelse på mere end 10 % ved forskellige positioner på den samme plade.
Typiske problemer og årsagsanalyse af ujævn ætsning
1. Inkonsekvent ætsningshastighed af hele brættet
Den inkonsekvente ætsningshastighed af hele pladen er hovedsageligt forårsaget af ujævn fordeling af den kemiske opløsning og temperaturgradient. Hvis sprayætsemaskinens dyse er blokeret, eller trykket er utilstrækkeligt, vil det forårsage ujævn væskestrøm på pladens overflade. For eksempel, hvis standardtrykket er 2,0 bar, og det målte tryk kun er 1,5 bar, vil ætsningshastigheden i nogle områder falde betydeligt. Desuden kan en fejl i temperaturstyringssystemet inde i ætsetanken forårsage temperatursvingninger. For eksempel, hvis den indstillede temperatur er 50 grader, men den faktiske temperaturforskel når ± 5 grader, vil ætsningshastigheden i områder med høje-temperaturer accelerere, mens der i områder med lav-temperatur er kobberlagrester tilbøjelige til at forekomme. Der har været et tilfælde, hvor en 140 μm tyk kobberplade blev beskadiget på grund af varmerøret på venstre side af ætsningsrillen. Temperaturen i venstre halvdel var 8 grader lavere end i højre halvdel, og den resterende kobbertykkelse i venstre halvdel oversteg 20 μm.
2. Lokaliseret ætsningsrester eller overdreven ætsning
Lokaliserede ætsningsrester eller overdreven ætsning er normalt relateret til defekter i resistlaget og ruheden af kobberfolien. Hvis vedhæftningen af den tørre film eller loddemaske-blæk på overfladen af tykt kobber er utilstrækkelig, kan der forekomme infiltration under ætsning, det vil sige, at kanten af det korrosionsbestandige lag kan hæves, hvilket forårsager korrosion af kobberlaget nedenunder. Samtidig er overfladeruheden af tyk kobberfolie relativt høj. Hvis ruheden Ra er større end 5 μm, er det konkave område tilbøjeligt til at tilbageholde lægemiddelopløsningen og danne en ætsende blind plet, hvilket resulterer i lokale rester. For eksempel kan strømbærekapaciteten i strømmodulets tykke kobberplade falde på grund af ætsningsrester, og den målte modstand er 15 % højere end designværdien.
3. Overdreven sideerosion fører til fejl i linjebreddens nøjagtighed
Overdreven lateral ætsning er hovedsageligt forårsaget af forlænget ætsetid og ubalanceret sammensætning af ætseopløsning. Forlængelse af procestiden for at sikre fuldstændig ætsning af tykt kobber kan føre til øget lateral ætsning. Typisk vil linjebredden for hvert ekstra minut af ætsning falde med 10-15 μm. Derudover kan utilstrækkelig koncentration af saltsyre eller for højt indhold af ferrichlorid i ætseopløsningen reducere den selektive ætseevne, mens det korroderer det korrosionsbestandige lag og kobberlaget, hvilket resulterer i tab af linjebreddens nøjagtighed.
Målrettede afhjælpningsmetoder og procesoptimering
1. Optimering af udstyr og medicinsystem
(1) Opgradering af sprøjtesystem
Ved at anvende et dobbelt spraylagsdesign er de øvre og nedre dyser arrangeret forskudt for at forbedre ensartetheden af lægemiddeldækningen, og trykket styres til 2,5 -3,0 bar. Installer samtidig en dyseflowovervågningssensor for at give realtidsalarmer for blokering, og rengør regelmæssigt dysen med en 5 % salpetersyreopløsning mindst en gang om ugen. Praksis har vist, at ved ætsning af en 180 μm tyk kobberplade kan en forøgelse af sprøjtetrykket fra 1,8 bar til 2,8 bar forbedre ensartetheden af hele pladeætsningen fra ± 12 % til ± 5 %.
(2) Temperaturkontrol og optimering af lægemiddelcirkulation
Udskift spolevarmen med pladevarmevekslere for at kontrollere temperaturudsving inden for ± 1 grad. Den foretrukne ætsningstemperatur er 55-60 grader for at øge aktiviteten af den kemiske opløsning. Øg væskecirkulationspumpens kraft, øg flowhastigheden fra 20m³/h til 35m³/h, og installer et 10 μm filterelement for at fjerne kobberionflokke og holde væsken ren.
Forbedring af proces mod-korrosionslag
(1) Forbearbejdning af armering
Før ætsning bruges en slibeplade og mikroætsningsproces til at kontrollere ruheden af slibepladen ved Ra2-3 μm og mikroætsningsdybden ved 1,5-2,0 μm, hvilket forstærker den mekaniske sammenlåsning mellem kobberoverfladen og det korrosionsbestandige lag. Samtidig påføring af silankoblingsmiddel, såsom KH-570, for at danne et adsorptionslag på molekylært niveau på kobberoverfladen, hvilket forbedrer vedhæftning af tør film og øger skrælningsstyrken fra 1,2N/mm til 1,8N/mm.
(2) Udvælgelse og belægningsoptimering af korrosionsbestandigt-lag
Der bør gives prioritet til tykfilmstørre film med en tykkelse på 50-75 μm, såsom Asahi Kasei DF-2000, som har bedre korrosionsbestandighed og ætsningsopløsningsgennemtrængningsevne end almindelige 25 μm tørre film. Når filmen påføres, skal du øge trykket til 1,5-2,0 MPa og holde det på 2,5-3,0 kg/cm for at undgå lokal korrosionsbestandighedsfejl forårsaget af bobler eller rynker.
Dynamisk justering af ætsningsparametre
(1) Segmenteret ætsningsproces
Ved at indføre en trinvis koncentrationskontrol, bruger det første trin en højkoncentrationsætseopløsning med en saltsyrekoncentration på 8% og et ferrichloridindhold på 450g/L for hurtigt at fjerne det meste af kobberlaget med en ætsningshastighed på op til 70%; I andet trin skal du skifte til en lavkoncentrationsætsningsopløsning med en saltsyrekoncentration på 5 % og et ferrichloridindhold på 300 g/L til finætsning for at reducere sideætsning, hvilket kan reducere mængden af sideætsning med 40 %. Realtidsovervågning af ætsningens fremskridt opnås gennem en online kobbertykkelsestester. Når den resterende kobbertykkelse nærmer sig målværdien, skifter den straks til andet trin.
(2) Pulsætsningsteknologi
Periodisk start stop sprøjtning af medicin, såsom sprøjtning i 30 sekunder og stop i 10 sekunder, udnytter kavitationseffekt til at reducere sideerosion forårsaget af kontinuerlig sprøjtning og fremme udledning af korrosionsprodukter. Efter pulsætsning blev liniebreddens nøjagtighed af en 105 μm tyk kobberplade forbedret fra ± 25 μm til ± 10 μm, og ætsningseffektiviteten blev øget med 15 %.
Efterbearbejdnings- og reparationsteknikker
(1) Lokalt ætsetillæg
Til små områder med ætsningsrester, såsom områder mindre end 10 cm ², kan en børste bruges til at dyppe den fortyndede ætseopløsning, blande saltsyre og vand i forholdet 1:1 og påføre det jævnt på det resterende område. Efter 10-30 sekunders handling skal du hurtigt vaske med vand og nøje kontrollere tiden for at undgå overætsning.
(2) Elektroplettering og reparation
Når overdreven ætsning forårsager en linjebreddeafvigelse på over 15 %, kan galvanisering bruges til at fylde og reparere. Udfør først oliefjernelse og mikroætsning forbehandling på det område, der skal repareres, og brug derefter lokale galvaniseringsprocesser såsom børsteplettering, med strømtæthed styret til 10-15A/dm² og galvaniseringstid på 5-10 minutter, indtil designlinjebredden er nået.
Opbygning af detektions- og forebyggelsessystem
1. Online detektionsteknologi
Ved hjælp af røntgentykkelsesmålingsteknologi udtages én prøve fra hver femte ætsede printplade for at måle kobbertykkelse på flere punkter, inklusive fire kanter og et midtpunkt, med en tolerance kontrolleret inden for ± 5 %. Udstyret med automatisk optisk inspektionsudstyr, ved hjælp af en 50x objektivlinse, scanningshastighed, der ikke overstiger 20 cm²/s, identificerer defekter såsom linjebreddeafvigelse og ætsningsrester, med en alarmtærskel sat til ± 10 μm.
2. Procesvalidering og standardisering
Før hvert produktionsparti fremstilles det første stykke og analyseres ved udskæring, og ætsningens ensartethed bekræftes under et mikroskop forstørret 200 gange. Først efter bestået inspektion kan masseproduktion udføres. Etabler et parametersporbarhedssystem til at registrere temperatur, tryk, lægemiddelkoncentration, tid og andre data under ætsningsprocessen, etablere en big data-model til at forudsige procesudsvingsrisici, såsom advarsel om lægemiddelliv.
Løsningen på det ujævne ætsningsproblem med tykt kobberprintkort kræver optimering af hele kæden fra udstyrshardware, procesparametre, materialetilpasning til detektionssystem. Ved at opgradere sprøjtesystemet, styrke det korrosionsbestandige-lag og implementere segmenterede ætsningsprocesser kan ætsningens ensartethed og nøjagtighed forbedres væsentligt.