Az elektronikus eszközök nagy teljesítmény és megbízhatóság felé történő fejlődésének hátterében,vastag réz nyomtatott áramköri lapkiváló áramterhelhetőségüknek és hőelvezetési teljesítményüknek köszönhetően a fő szubsztrátummá váltak olyan területeken, mint a teljesítménymodulok, az autóelektronika és az ipari berendezések. A vastag réz nyomtatott áramköri lapok maratási folyamata során azonban olyan gyakori kihívások lépnek fel, mint a nagy maratási mélység, az oldalsó marás szabályozásának nehézségei és az elégtelen egyenletesség. Az egyenetlen maratás vonalszélesség-eltérésekhez, helyi maradványokhoz vagy túlzott korrózióhoz vezethet, ami nemcsak az áramkör teljesítményét befolyásolja, hanem a tételes selejt kockázatát is jelentheti.
A vastag rézlemez maratási eljárásának sajátosságai és kihívásai
A vastag rézlemez olyan táblát jelent, amelynek rézfólia vastagsága nem kisebb, mint 105 μm, és az általános specifikációk közé tartozik a 105 μm, 140 μm, 180 μm stb. A vastagabb rézréteg miatt jelentős különbségek vannak a maratási folyamatban a hagyományos vékony réz nyomtatott áramköri lapokhoz képest.
Nagy maratási mélység: Az eltávolítandó rézréteg vastagsága 3-10-szerese a hagyományos vékony réz nyomtatott áramköri lapénak, és a maratási idő jelentősen meghosszabbodik. Például a 180 μm-ről 35 μm-re történő maratáshoz szükséges idő 2-5-ször hosszabb, mint a 18 μm-es rézfóliáról 35 μm-re való maratáshoz szükséges idő;
Az oldalirányú korrózió ellenőrzésének nehézségei: A maratási megoldás maratási sebessége függőleges és vízszintes irányban eltérő. Minél vastagabb a rézréteg, annál szembetűnőbb ez a különbség, ami könnyen túlzott vonalszélesség-pontossághoz vezethet. Például, ha a tervezett 500 μm-es vonalszélességet maratják, akkor az csak 450 μm lehet, vagy maratási maradék problémák léphetnek fel, ha a helyi rézréteg nem távolítható el teljesen;
Magas egységességi követelmények: Ha nagy-felületű vastag réz nyomtatott áramköri lapokat marat, eltérések lehetnek a kémiai oldat áramlási sebességében, hőmérsékletében és egyéb paramétereiben a lemez szélei és középső része között, ami egyenetlen maratást okozhat a különböző régiókban, és több mint 10%-os rézvastagság-eltérést eredményezhet ugyanazon a lemezen különböző helyeken.
Az egyenetlen maratás tipikus problémái és okainak elemzése
1. Inkonzisztens maratási sebesség az egész táblán
A teljes tábla egyenetlen maratási sebességét főként a vegyi oldat egyenetlen eloszlása és a hőmérsékleti gradiens okozza. Ha a permetező maratógép fúvókája eltömődött vagy a nyomás nem elegendő, a folyadék egyenetlen áramlását okozza a lemez felületén. Például, ha a standard nyomás 2,0 bar és a mért nyomás csak 1,5 bar, a maratási sebesség bizonyos területeken jelentősen csökken. Ezenkívül a maratótartály belsejében a hőmérséklet-szabályozó rendszer meghibásodása hőmérséklet-ingadozásokat okozhat. Például, ha a beállított hőmérséklet 50 fok, de a tényleges hőmérséklet-különbség eléri a ± 5 fokot, akkor a magas-hőmérsékletű területeken a maratási sebesség felgyorsul, míg az alacsony-hőmérsékletű területeken hajlamos a rézréteg-maradványok előfordulására. Előfordult már, hogy a maratóhorony bal oldalán lévő fűtőcső miatt megsérült egy 140 μm vastag rézlemez. A bal felében a hőmérséklet 8 fokkal volt alacsonyabb, mint a jobb felében, a maradék rézvastagság pedig a bal felében meghaladta a 20 μm-t.
2. Helyi maratási maradék vagy túlzott maratás
A lokális maratási maradványok vagy a túlzott marás általában az ellenállóréteg hibáival és a rézfólia érdességével kapcsolatos. Ha a száraz fólia vagy a forrasztómaszk tinta tapadása a vastag réz felületén nem megfelelő, a maratás során beszivárgás léphet fel, azaz a korrózióálló réteg széle megemelkedhet, ami az alatta lévő rézréteg korrózióját okozhatja. Ugyanakkor a vastag rézfólia felületi érdessége viszonylag magas. Ha az Ra érdesség nagyobb, mint 5 μm, a homorú terület hajlamos megtartani a gyógyszeroldatot, és maratási vakfoltot képez, ami helyi maradékot eredményez. Például a teljesítménymodul vastag rézlemezének nagyáramú irányítási területén a maratási maradék miatt az áramterhelhetőség csökkenhet, és a mért ellenállás 15%-kal nagyobb a tervezési értéknél.
3. A túlzott oldalerózió a vonalszélesség-pontosság meghibásodásához vezet
A túlzott oldalsó maratást főként az elhúzódó maratási idő és a maratási oldat kiegyensúlyozatlan összetétele okozza. Az eljárási idő meghosszabbítása a vastag réz teljes maratásának biztosítása érdekében fokozott oldalirányú maratáshoz vezethet. Jellemzően minden további maratási percnél a vonal szélessége 10-15 μm-rel csökken. Ezenkívül a maratóoldat nem megfelelő sósavkoncentrációja vagy túlzott vas(III)-klorid-tartalma csökkentheti a szelektív marási képességet, miközben korrodálhatja a korrózióálló réteget és a rézréteget, ami a vonalszélesség pontosságának csökkenéséhez vezet.
Célzott orvoslási módszerek és folyamatoptimalizálás
1. Berendezések és gyógyszeres rendszer optimalizálása
(1) A permetezőrendszer frissítése
A kettős permetezőréteg kialakításának köszönhetően a felső és az alsó fúvókák lépcsőzetesen vannak elrendezve, hogy javítsák a gyógyszerborítás egyenletességét, és a nyomást 2,5-3,0 bar-ra szabályozzák. Ezzel egyidejűleg szereljen fel egy fúvóka áramlásfigyelő érzékelőt, amely valós idejű riasztást ad az elzáródásról, és rendszeresen, legalább hetente egyszer tisztítsa meg a fúvókát 5%-os salétromsav oldattal. A gyakorlat azt mutatja, hogy egy 180 μm vastag rézlemez maratásakor a permetezési nyomás 1,8 bar-ról 2,8 bar-ra növelésével a teljes lemezmarás egyenletessége ± 12%-ról ± 5%-ra javítható.
(2) Hőmérséklet-szabályozás és a gyógyszerkeringés optimalizálása
Cserélje ki a hőcserélős fűtést lemezes hőcserélőkkel a hőmérséklet-ingadozások ± 1 fokon belüli szabályozására. Az előnyös maratási hőmérséklet 55-60 fok a kémiai oldat aktivitásának fokozása érdekében. Növelje a folyadékkeringető szivattyú teljesítményét, növelje az áramlási sebességet 20 m³/h-ról 35 m³/h-ra, és szereljen be egy 10 μm-es szűrőelemet a rézion-pelyhek eltávolítására és a folyadék tisztán tartására.
A korróziógátló réteg folyamatának javítása-
(1) Előfeldolgozási megerősítés
A maratás előtt csiszolólemezzel és mikromaratási eljárással szabályozzák a csiszolólemez érdességét Ra2-3 μm-nél és a mikromaratási mélységet 1,5-2,0 μm-nél, fokozva a rézfelület és a korrózióálló réteg közötti mechanikai reteszelést. Szilán kötőanyag, például KH-570 egyidejű felhordása molekuláris szintű adszorpciós réteg kialakítására a réz felületén, fokozva a száraz film tapadását és növelve a lehúzási szilárdságot 1,2 N/mm-ről 1,8 N/mm-re.
(2) A korrózióálló réteg kiválasztása és bevonatának optimalizálása
Előnyben kell részesíteni az 50-75 μm vastagságú vastagrétegű száraz fóliákat, például az Asahi Kasei DF-2000-et, amely jobb korrózióállósággal és maratási oldat behatolási képességgel rendelkezik, mint a hagyományos 25 μm-es száraz fóliák. A fólia felhordásakor növelje a nyomást 1,5-2,0 MPa-ra, és tartsa 2,5-3,0 kg/cm értéken, hogy elkerülje a buborékok vagy ráncok okozta helyi korrózióállósági károsodást.
A maratási paraméterek dinamikus beállítása
(1) Szegmentált maratási eljárás
Lépésenkénti koncentrációszabályozást alkalmazva az első lépésben nagy koncentrációjú, 8%-os sósavkoncentrációjú és 450 g/l vas(III)-klorid-tartalmú maratóoldatot használnak a rézréteg nagy részének gyors eltávolítására, akár 70%-os maratási sebességgel; A második szakaszban az oldalmarás csökkentése érdekében 5%-os sósavkoncentrációjú, 300g/l vas(III)-klorid tartalmú, alacsony koncentrációjú maratóoldatra váltson át finommaratáshoz, amivel 40%-kal csökkenthető az oldalmarás mennyisége. A maratási folyamat valós idejű nyomon követése egy online rézvastagság-mérő segítségével érhető el. Amikor a fennmaradó rézvastagság megközelíti a célértéket, azonnal átvált a második fokozatba.
(2) Impulzusmaratási technológia
A gyógyszerek időszakos indító-leállító permetezése, például 30 másodperces permetezés és 10 másodperces leállítás, kavitációs hatást alkalmaz a folyamatos permetezés okozta oldalerózió csökkentésére és a korróziós termékek kiürülésének elősegítésére. Az impulzusmaratást követően egy 105 μm vastag rézlemez vonalszélességi pontossága ± 25 μm-ről ± 10 μm-re javult, a maratási hatékonyság pedig 15%-kal nőtt.
Átdolgozási és javítási technikák
(1) Helyi rézkarc-melléklet
Kisebb maratási maradékok esetén, például 10 cm²-nél kisebb területeken, egy ecsettel mártható be a hígított maratóoldat, keverje össze a sósavat és a vizet 1:1 arányban, és egyenletesen vigye fel a maradék területre. 10-30 másodperces hatás után gyorsan mossa le vízzel, és szigorúan ellenőrizze az időt, hogy elkerülje a túlmaratást.
(2) Galvanizálás töltése és javítása
Ha a túlzott maratás 15%-ot meghaladó vonalszélesség-eltérést okoz, galvanizálás használható a feltöltéshez és javításhoz. Először végezzen olajeltávolítást és mikromaratási előkezelést a javítandó területen, majd alkalmazzon helyi galvanizálási eljárásokat, például kefés bevonatot, 10-15A/dm² áramsűrűséggel és 5-10 perces galvanizálási idővel, amíg el nem éri a tervezett vonalszélességet.
Felderítő és megelőző rendszer kiépítése
1. Online észlelési technológia
A röntgenvastagság mérési technológiájával minden ötödik maratott nyomtatott áramköri lapról egy mintát vesznek a rézvastagság mérésére több ponton, köztük négy élen és egy középponton, ± 5%-os tűréshatáron belül. Automatikus optikai ellenőrző berendezéssel felszerelve, 50-szeres objektívvel, 20 cm ²/s-ot meg nem haladó pásztázási sebességgel, olyan hibákat azonosítva, mint a vonalszélesség eltérése és a maratási maradék, riasztási küszöbérték ± 10 μm.
2. Folyamatellenőrzés és szabványosítás
Minden egyes gyártási tétel előtt elkészítik az első darabot és szeleteléssel elemzik, és a maratási egyenletességet 200-szoros nagyítású mikroszkóp alatt igazolják. Csak az ellenőrzésen való átesés után lehet tömeggyártást végezni. Hozzon létre egy paraméterkövetési rendszert a hőmérséklet, nyomás, gyógyszerkoncentráció, idő és egyéb adatok rögzítésére a maratási folyamat során, hozzon létre egy big data modellt a folyamat ingadozási kockázatainak előrejelzésére, például a gyógyszer élettartamára vonatkozó figyelmeztetésekre.
A vastag réz nyomtatott áramköri lapok egyenetlen maratási problémájának megoldása megköveteli a teljes lánc optimalizálását a berendezés hardverétől, a folyamatparamétereken, az anyagillesztésen át az észlelési rendszerig. A permetezőrendszer korszerűsítésével, a korrózióálló-réteg megerősítésével és a szegmentált maratási eljárások megvalósításával a maratás egységessége és pontossága jelentősen javítható.