معرفی نگاهی بر مدار چاپی pcb

[m@ry@71 3,690]

تاریخچه پیدایش و ساخت برد مدار چاپی PCB

 

 

در گذشته برای ساخت تجهیزات برقی بدون استفاده از بردهای مدار چاپی (PCB) ؛ روش اتصال مستقیم قطعات را به یکدیگر به کار می گرفتند . در این روش , همواره معایب زیر با تجهیزات ساخته شده همراه بود .

 

۱- هر سیستم مونتاژ شده با دیگر سیستم ها متفاوت بود . ( نبود تکرار پذیری در تولید )

۲- کار مونتاژ نیازمند حضور افراد توانا و با تجربه بود .

۳- تعمیرمشکل بود و برای پیداکردن قطعه معیوب ؛ سیم ها و اتصالات نیز درمنطقه معیوب باید به دقت و همزمان کنترل می شد .

۴- نقشه ای معتبر که محل قطعات را نشان بدهد وجود نداشت .

۵- مقاومت در برابر ارتعاشات و تکان ها پائین بود و قطعات از محل خود جابجا می شدند و امکان اتصال کوتاه وجود داشت .

۶- هم شنوایی و مسائل مشابه قابل حل کردن نبود . زیرا محل قطعات تغییر می کرد .

۷- تولید انبوه غیر ممکن بود .

اولین قدم برای حل این قبیل مسائل انتقال قطعات مونتاژ شده به درون یک چارچوب و نمایش ترسیمی مکان دقیق هر قطعه بود . برای سال ها متمادی و حتی در طول سال های جنگ جهانی دوم و پس از آن روشی که تکنیک اتصال نقطه به نقطه خوانده می شد به طور گسترده ای به خدمت گرفته شد که واجد برخی مزایای اساسی بردهای مدار چاپی (PCB) بود . یکی از دوستان توماس ادیسون به نام Frank Sprague که بنیان گزار Sprague Electric بود ؛ در سال ۱۹۰۴ وقتی که هنوز درس می خواند ؛ فکر حذف اتصال نقطه به نقطه را با توماس ادیسون در میان گذاشته بود . توماس ادیسون که اولین حباب لامپ الکتریکی خود را به بازار عرضه کرده بود ؛ روی این مشکل کار کرد و در پاسخ به دوستش چند ایده را مطرح کرد . ۱) بکارگیری انتخابی نوعی چسب ( پلیمر ) همراه با پودر گرافیت و یا پودر فلزی نظیر پودر برنز . ۲) پیاده کردن طرح هادی بر روی یک دی الکتریک با نیترات نقره و سپس احیا آن به نقره فلزی . ۳) بکارگیری ورقه نازک طلا و چسباندن آن بر روی یک پایه مطابق طرح هادی .

 

اگرچه ادیسون در تذکرات کوتاه خود از چاپ یادی نمی کند اما دست کم دو طرح اول او بسادگی با فرآیندهای متعدد ساخت مدار چاپی (PCB) که امروزه هم استفاده می شود ؛ همخوانی دارد . روش اول که مبتنی بر بکارگیری یک پلیمر همراه با ذرات هادی است ، پایه ای برای فن آوری امروزی Thick Film است و نظریه دوم او همان آبکاری الکترولس است . شاید اگر ادیسون بر روی این مشکل کار کرده بود ؛ آبکاری مس و ترسیب در خلا را که پیشتر به ثبت رسانیده بود را بکار می گرفت .اما شهرت توماس ادیسون باعث نمی شود که نظریه بسیار جالب توجه آلبرت هانسون برلینی که در لندن سکنی گزیده بود و در سال ۱۹۰۳ آن را به صورت یک اختراع در انگلستان به ثبت رسانید ؛ در ذکر تاریخچه بردهای مدار چاپی (PCB) به فراموشی سپرده شود . اختراع آلبرت هانسون برای رفع نیاز ارتباط های تلفنی بود . فرآیند او اگرچه یک روش مدار چاپی (PCB) واقعی نبود ؛ اما طرح هادی فلزی را بر روی یک بستر غیر هادی ایجاد می کرد . در روش او ورق های نازک فلزی ابتدا مطابق طرح هادی برش خورده و سپس بر روی کاغذهای پارافینی یا نظایر آن چسبانده می شد . تصویر زیر از متن اصلی سند ثبت اختراع او گرفته شده است .

هانسون برخی نوآوری ها را نیز اضافه می کند که می تواند به عنوان اصول مدرن ساخت مدارهای چاپی در نظر گرفته شود . این مخترع تشخیص داده بود که تراکم مداری خیلی مهم است و از اینرو مدارهای خود را با هادی هایی در دو طرف طراحی کرده بود که در شکل زیر ( Figure 2 ) دیده می شود . او همچنین می دانست که ارتباط بین لایه ای چقدر می تواند حیاتی باشد و لذا سوراخ های دستیابی بین لایه ای و عبور از سطح بالا به پائین هادی ها به صورت انتخابی را اضافه کرده بود . اگرچه این اتصالات خام و ابتدایی بنظرمی رسند اما اختراع وی در سال ۱۹۰۳ بوضوح توصیفی از مدارهای دوطرفه متالیزه بود . آلبرت هانسون همچنین بیان داشت که هادی ها می تواند در محل خود از طریق آبکاری الکتریکی و یا بکارگیری پودر فلزی در یک حامل مناسب ( مرکب هادی ) تشکیل شود . این که در نخستین ثبت اختراع مدار چاپی (PCB) ؛ چنین نظریه هایی که می تواند مدرن در نظر گرفته شود؛ آمده ؛ جالب توجه است .

 

نظریه های متعددی در طول دهه های بعدی همچنان که دانش الکترونیک گسترش می یافت ؛ با سرعت هیجان برانگیزی پدیدار شد . رادیو خیلی زود به مهم ترین پیش برنده مدار چاپی (PCB) بدل گشت . بی سیم توجه جهانی را به خود جلب کرده بود . اولین ایستگاه عمومی رادیو KQW – San Jose( کالیفرنیا ) در سال ۱۹۱۲ شروع به کار کرده بود و در اواخر دهه دوم قرن بیستم ؛ رادیو به اغلب کشورهای بزرگ دنیا معرفی شده بود . کشتی ها سیستم رادیویی مارکونی را با خود حمل می کردند و بی سیم درکار نجات زندگی انسان ها کارآمدی خود را نشان داده بود . خیلی زود مطابق پیش بینیDavid Sarnoff که NBC و RCA را هدایت می کرد ، رادیو در هر خانواده ای حضور یافت . پیشتازان الکترونیک برای تولید انبوه مدارهای چاپی بازار بزرگی را می توانستند پیش رو ببینند و مخترعین با قدرت برای پاسخ گویی به این نیاز ؛ فعال بودند .اصول اولیه ساخت مدارهای الکترونیکی مبتنی بر روش های افزایشی بود و هادی ها بر روی بستری غیر هادی نشانده می شدند . پیش از این فلز بری اسیدی شناخته شده بود و قرن ها بود که از آن استفاده می شد . اما در سال ۱۹۱۳ Arthur Berry اختراعی به ثبت رسانید و طی آن مدعی روش ساخت مدار با تکنیک فلز بری بود . او فرآیندی را توصیف می کرد که سطح فلزی پیش از فلز بری با یک پوشش مقاوم پوشانیده می شد . Berry به عنوان نخستین کسی که مدارهای فلزبری شده را توصیف می کند ظاهر گردید . بعدها ( April 1930 ) Littledale نیز روش مشابهی را بیان کرد و به ثبت رسانید .

 

فتولیتوگرافی در طول روزهای گسترش مدارهای چاپی به خوبی شناخته شده بود اما فرآیندهای کاهشی به آن بی توجه مانده بودند . Bassit (1925) جزئیات خاصی از فتولیتوگرافی شامل استفاده از نمک های کروم حساس به نور را ارائه کرد . اگرچه ثبت اختراع Bassist با ساخت صفحات چاپ سروکار داشت ؛ به دلیل نشانیدن الکتریکی مس بر روی صفحات عایق ؛ بسادگی برای مدارسازی قابل تعمیم بود .نخستین گام چشمگیر از سوی چارلز دوکاس بود که برداشته شد . او در تاریخ دوم مارس ۱۹۲۵ در آمریکا اختراع خود را به ثبت رسانید . دوکاس روشی را برای ایجاد طرح های هادی آبکاری شده بر روی یک بستر غیر هادی پیشنهاد کرد . وی برای ایجاد این طرح هادی از استنسیل و چاپ با یک مرکب هادی استفاده کرده بود و پس از برداشتن استنسیل ، خطوط را تا ضخامت مورد نظر با آبکاری الکتریکی تقویت می کرد . این طرح ها به الگوهای مداری امروزی شباهت قابل ملاحظه ای داشته اند . با این روش نام « برد مدار چاپی (PCB) » متولد می شود . این روش به طرز چشمگیری ساخت وسایل برقی را آسان می نمود . فرآیند ساده ای که به توسط کارگر غیر ماهر نیز انجام شدنی بود .تنها پس از هفده روز Francis T. Harmann فرآیندی را به ثبت رسانید که روش کاهشی ساخت برد مدار چاپی (PCB) خوانده شد وآن را باید پیشتاز فن آوری مس بری در نظر گرفت .در آوریل ۱۹۲۶ در فرانسه Cesar Pasolini برای روش افزایشی ساخت اتصالات الکتریکی اختراعش را ثبت کرد و در استرالیا درسپتامبر ۱۹۲۸ توسط Samule Charles Ryder فرآیندی مربوط به ساخت سیم پیچ های القایی برای استفاده درگیرنده های رادیویی به ثبت رسید. او چاپ یا پاشش مستقیم رنگ هادی بر روی بستر را پیشنهاد کرده بود .سهم عمده برای توسعه فن آوری نوین ساخت بردهای مدار چاپی (PCB) بوسیله Dr. Pual Eisler (1907 – ۱۹۹۵) ادا گردید . امروزه او را پدر مدار چاپی (PCB) می شناسند .وی یک اتریشی ساکن انگلستان بود و آنچه را که احتمالا قدیمی ترین برد مدار چاپی (PCB) است ، به صورتی که ما می شناسیم ؛ به عنوان بخشی از یک رادیو ساخت . شکل ( ۵ ) – صفحه بعد .این رادیو اولین وسیله ای است که با استفاده از یک بردمدار چاپی (PCB) کار کرده است و فن آوری آن به وسیله Pual Eisler اختراع شده است . در روش وی پوششی مقاوم به شکل طرح مداری بر روی سطح مسی چاپ می شد و بخش های نپوشیده با مس بری حذف می گردید.

 

 

Eisler در سال ۱۹۴۳ روشی را برای مس بری کردن طرح هادی یا مدار بر روی لایه ای از ورقه نازک مسی که به یک پایه یا بستر غیرهادی تقویت شده با الیاف شیشه ؛ چسبیده بود در انگلستان به ثبت رسانید . امروزه این فرآیند به طور کلی با نام «Print & Etch » خوانده می شود. همچنین در سوم فوریه ۱۹۴۴ روش خود را در آمریکا ثبت کرد و حدود چهار سال بعد در سال ۱۹۴۸ حق امتیاز ثبت شده به Eisler داده شد. او کار خود را در زمینه بردهای مدار چاپی (PCB) ادامه داده و حق امتیاز های دیگری را به ثبت رسانید . استفاده گسترده از روش Eisler تا دهه ۱۹۵۰ عملی نگردید اما در سال ۱۹۴۷ معلوم شدکه تعداد زیادی از بردهای مدار چاپی (PCB) مورد استفاده صنایع نظامی در ساخت ساز و برگ ارتش ؛ در ایالات متحده آمریکا ساخته می شده است . درواقع جنگ جهانی دوم و نیازهای ارتش آمریکا به تجهیزات نوین از سویی این فن آوری جدید را به پیش رانده و از سوی دیگر مانع از تجاری سازی آن شده بود . علاقه مندی به ساخت و استفاده از بردهای مدار چاپی (PCB) پس از جنگ به سرعت رشد کرد و فرآیندهای متعددی در اوایل سال ۱۹۵۰ به صنعت الکترونیک معرفی گردید . به ویژه اینکه در همین زمان ترانزیستور به بازار عرضه شد و کوچک بودن آن گرایش به بردهای مدار چاپی (PCB) را تشدید نمود . درمقایسه با لوله های خلا که بسیار بزرگ بودند و با نصب نقطه به نقطه و روش های مرسوم مونتاژ، همخوانی داشتند . یعنی توسعه ترانزیستور ؛ بهره برداری از مدارهای چاپی را با حذف یکی از پرحجم ترین قطعات ؛ لوله های خلا ؛ آسان سازی کرد . توسعه بیشتر منجر به تولید مدارهای مجتمع در دهه ۱۹۶۰ گردید .در روزهای ابتدایی ساخت صنعتی رادیو و تا پایان جنگ جهانی دوم ؛ گیرنده های رادیویی شامل قطعاتی مانند مقاومت ها ؛ خازن ها ؛ سیم پیچ ها و لوله های الکترونیکی بودند که بوسیله سیم هایی که با عایق های رنگی مشخص می گردید ؛ به یکدیگر متصل می شدند. هر رنگ به مثابه یک کد؛ مشخص کننده اتصال مداری ویژه ای بود که مورد قبول جهانی نیز قرار گرفته بود . حتی به منظور تسهیل تولید و ردیابی خطا ها ؛ سیم ها را به اندازه های یکسان بریده و به هم می بستند تا به شکل یک تسمه در می آمد و در سرعت بخشیدن به عملیات مونتاژ موثر بود .

 

در طول دهه ۱۹۵۰و اوایل دهه ۱۹۶۰ میلادی ؛ صفحات مدار چاپی (PCB) از انواع رزین ها در مخلوط با انواع متفاوتی از مواد ساخته می شد ؛ اما بردهای مدار چاپی (PCB) همچنان یک طرفه مانده بودند . توسعه صنعت الکترونیک پس از جنگ جهانی دوم و تقاضای بالا برای محصولات مصرفی مانند رادیو و تلویزیون و به طور همزمان استفاده از صنعت الکترونیک در کاربردهای نظامی ؛ موجب سخت تر شدن مقررات و الزاماتی برای قابلیت اطمینان بیشتر بردهای مدار چاپی (PCB) و نیز افزایش تراکم مداری و پیچیدگی آن ها شد و با رسیدن به بالاترین تراکم مداری نیاز به جایگزینی با بردهای دو رو بیش از پیش احساس گردید . روش های مختلف و فنون تولید که در طول این دوره برای ساخت مدار و اتصالات میانی کاملا عمومیت پیدا کرده بود ؛ در اواخر دهه ۵۰ به فرآیندهای آبکاری بر روی ورقه های نازک فلزی منجر گردید. همچنین تا ظهور فرآیندهای مناسب آبکاری بر روی سطوح غیرهادی جهت متالیزه کردن دیواره سوراخ ها ، استفاده از استوانه های فلزی خاصی که eye let خوانده می شدند ، برای اتصال مدارها در دو سطح بالایی و پائینی بردمدار چاپی (PCB) روشی پذیرفته شده بود .آبکاری به عنوان روشی برای ایجاد اتصالات میانی دو طرف برد مدار چاپی (PCB) در طول این دهه به آهستگی رشد کرد . در سال ۱۹۴۸ ؛ Wein در ضمن بررسی های خود در زمینه فرآیندهای متالیزه کردن سطوح نارسانا با مس ، فرآیندی دو مرحله ای را برای حساس کردن و فعال کردن سطوح نارسانا به منظور ترسیب غیرالکتریکی مس ؛ به کار برد . متالیزه کردن سطوح نارسانا از مدت ها پیش شناخته شده بود . اما این روش ها به دلیل ناپایداری محلول ها و تجزیه آن ها در کمتر از چند ساعت و نیز قیمت بالا ؛ به ندرت برای تولید انبوه توصیه می شدند . در فاصله سال های ۱۹۵۵ – ۱۹۵۳ شرکت موتورولا ، فرآیند آبکاری مس را برای ایجاد اتصال میان دو طرف برد مدار چاپی (PCB) معرفی کرد که برای تولید انبوه مناسب تر بود . Atkinson در سال ۱۹۵۶ حق امتیازی را در زمینه آبکاری غیرالکتریکی و فعال سازی سطوح نارسانا به ثبت رسانید که روشی موفق بود . سپس فرآیندهای دیگری نیز به دنبال آمدند و عاقبت در سال ۱۹۶۰ شرکت Shipley کاتالیست کلوئیدی مناسبی را معرفی کرد که به سرعت در صنعت مدار چاپی (PCB) وارد شد و تا امروز باقی مانده است . در سال ۱۹۶۴ شرکت photocircuit آمریکا فرآیندی تمام افزایشی را توسعه داد که در آن ماده پایه بدون مس است و مس بر روی نقاط دلخواه به صورت انتخابی آبکاری می شود .نزدیک به ۴۰ سال روش غالب برای متالیزه کردن سوراخ های ارتباطی در بردهای دورو شامل فرآیندهای کاتالیتیکی بود که با پوشش دهی مس به طریقه الکترولس دنبال می شد . بکارگیری روش های متالیزه مستقیم که در دهه ۸۰ میلادی توسعه یافت ؛ یک سطح رسانا بر روی جداره غیر هادی سوراخ ها تولید می کند . این فن آوری ها عموما مدعی هستند که نسبت به روش های کلاسیک متالیزه کردن ؛ از نظر کنترل و مراحل اجرایی ساده تر بوده ؛ و ضمن کاهش مصرف آب ؛ تصفیه پساب آن ها نیز راحت تر است و با مواد آلاینده کمتری درگیر می باشند . ایده اصلی متالیزه مستقیم برای سیستم پالادیم به ثبت امتیاز شخصی بنام رادووسکی Radovsky در ۱۹۶۳ باز می گردد که روشی را برای ایجاد یک فیلم هادی جریان الکتریسیته از جنس پالادیم در دیواره سوراخ های برد مدار چاپی (PCB) از یک شکل نیمه کلوئیدی برای متالیزه کردن مستقیم برد مدار چاپی (PCB) ؛ توصیف نمود . اختراع رادووسکی هرگز تجاری نشد، اما بعدها روش های گوناگون متالیزه کردن مستقیم مبتنی بر بکارگیری پالادیم ؛ گرافیت و پلیمر هادی پیشنهاد و عرضه شد . از آن زمان تا کنون تغییرات بیشتری رخ داده است . در اوایل و اواسط دهه ۱۹۶۰ بردهای چندلایه به ویژه برای مصارف نظامی که در آن قیمت نسبت به تراکم ؛ وزن و قابلیت اطمینان در مقام دوم اهمیت قرار می گیرد ؛ رشد یافتند .فن آوری نصب سطحی که در دهه ۱۹۸۰ با آن آشنا شده ایم در واقع بیست سال پیش تر و در دهه ۶۰ کشف شده بود . سلدرماسک ها از آغاز دهه ۱۹۵۰ بکار برده می شدند و از آن برای کمک به کاهش خوردگی خطوط مداری و قطعات استفاده می کردند . ترکیبات اپوکسی ؛ مشابه با آنچه که امروز به نام Conformal Coating می شناسیم بر روی سطح بردهای مونتاژ شده پاشیده می شد . عاقبت مرکب های سلدر ماسک به روش سیلک اسکرین بر روی بردها پیش از مونتاژ قطعات ؛ چاپ شد که به تمیز ماندن بردها و کاهش خوردگی و جلوگیری از اکسید شدن آن ها کمک می کرد . در طول دهه ۱۹۷۰ هنوز سطح خطوط هادی و مدارها با پوشش قلع / سرب پوشانده می شد ؛ که در حین فرآیند ساخت و به طریق الکترولیز ایجاد شده بود . این پوشش در حین فرآیند لحیم کاری ؛ ذوب شده و سبب چروک شدن پوشش سلدر ماسک می شد . از اواخر دهه ۱۹۷۰ روش Hot Air Solder Leveling ( H.A.S.L ) و یا به اختصار HAL بکار گرفته شد که امکان می داد قلع / سرب پس از مس بری از سطح خطوط هادی برداشته شده و به این ترتیب مشکلات مربوط به آن حذف گردد . به این ترتیب پوشش سلدر ماسک ( محافظ در برابر لحیم ) مستقیم بر روی مس چاپ می شد و فقط پدها و دیواره سوراخ های آبکاری شده باقی می ماندند تا در حینِ فرآیند ِمونتاژ با لحیم آغشته شوند. با کوچک شدن سوراخ ها و خطوط هادی ؛ کارها از نظر مداری ؛ متراکم تر شدند و بکارگیری نوع فیلم خشک برای چاپ سلدر ماسک برای اولین بار در آمریکا رایج شد در حالی که اولین پوشش های موسوم به فتوایمیج Photo Image در اروپا و ژاپن توسعه می یافتند . همچنین در اروپا مرکب هایی که به روش پوشش پرده ای Curtain Coating بکار گرفته می شدند ؛ عرضه شد و مورد استفاده قرار گرفت . اما ژاپنی ها بیشتر بر روی چاپ سیلک اسکرین ِانواع مرکب های فتوایمیج با محلول های ظهور بر پایه آب متمرکز بودند . ناگفته نماند که تمامی این روش ها از یک واحد نوردهی پرتو فرابنفش و نورابزار ( فیلم ) استفاده می نمایند .

[m@ry@71 3,690]

فرآیند های شیمیایی تولید برد مدار چاپی (PCB) – قسمت اول

 

 

 

1- مقدمه :

اغلب فرآیند ها امروزه با یکی از دو روش زیر صورت میگیرد.

- روش مرحله به مرحله (روش فلز محافظ METAL-RESIST-TECHNIQUE )

- روش پوشش سطحی (TENTING TECHNIQUE )بیش از 95% بردهای مدار چاپی (PCB) با روشهای فوق تولید میشوند فقط در موارد بخصوص از متد های دیگر استفاده میشود .روش مرحله به مرحله (فلز محافظ) شامل مس شیمیایی و رسوب مس به طریق الکترولیز است که در آن روش سوراخ ها متالیزه گشته و نهایتاً جهت محافظت مدار ها در مقابل محلول مس بری عمل نشانیدن قلع و سرب بر روی مدار ها را انجام میدهند . روش پوشش سطحی عیناً شبیه روش مرحله به مرحله بوده و تنها قلع و سرب را شامل نیست و کمی نیز در مرحله پوشش لامینیت متفاوت است .

 

در سالهای اخیر تولید کنندگان مواد آبکاری مدارچاپی روش جدیدی را به بازار عرضه نموده اند. اختلاف اصلی این روش در مقایسه با روش های معمول حذف مس شیمیایی است . با توجه به تکنولوژی های جدید اختلاف این دو روش را بیان مینماییم :در روش جدید از پالادیم بصورت یونیزه استفاده میشود و در صورتی که روش های معمول پالادیم کلوئیدی به کار برده می شود و نیکل شیمیایی نیز جانشین مس شیمیایی گردیده است .در کل مراحل فرآیند به ترتیب ذیل طبقه بندی میگردند :

1- سوراخکاری

2- تمیز کاری و سایش (MICRO ETCH) دیواره سوراخها

3- هادی نمودن داخل سوراخ ها با یک لایه هدایت کننده

4- تقویت پوشش هادی داخل سوراخ ها توسط لایه مس الکترولیز

5- بکار بردن روکش محافظ به نحوی که مدار های اصلی در مقابل محلول مس بری محافظت گردند. بسته به روشی که اعمال خواهد شد. این مرحله را میتوان بین مراحل 3 و 4 نیز اعمال نمود .

6- به دست آوردن مدار اصلی با برداشتن مس های اضافه سطح (ETCHING)

7- عملیات تکمیلی بعدی

2- عملیات آماده سازی دیواره سوراخ ها HOLE WAIL PRETREATMENT

در تولید بور های چند لایه لکه های آغشته و آلوده سطوح دیواره های برد را باید پاک و از بین برد که سطحی که می بایست آبکاری شود نیز با عمل سایش دیواره سوراخ ها آمادگی بهتری برای چسبندگی پیدا نماید .بنابر این برای برد های مدار چاپی (PCB) دورو این عمل با به کار گرفتن روش تمیز کاری و مس بری میکرونی و سایش دیواره ها بکار گرفته می شوند . برای رسیدن به این هدف محلول های زیر را میتوان به کار گرفت :- اسید سولفوریک غلیظ

- اسید کرومیک و اسید سولفوریک

- محلول پرمنگنات

- محلول سایش پلاسما

در تمام فرآیند ها عمل سایش دیواره ها ( ETCH BACK ) وجود دارد ولی مسئله این است که فقط برای تولید برد های چند لایه است که از محلول های خاصی برای عمل سایش دیواره ها استفاده میشود چرا که سبب چسبندگی هر چه بیشتر لایه هادی به درون سوراخ ها گردیده و مطمئن میسازد که ارتباط بین لایه های درونی به خوبی برقرار گردد .کار کردن با اسید سولفوریک غلیظ یکی از روش های سایش دیواره هاست ولی به علت نوع کارکرد مشکل با آن لازم است با آب رقیق تر شود و این نقص آن سبب کاهش سرعت سایش میگردد . به علاوه دیواره ها تا حدی آماس پیدا میکند که آب به زیر دیواره نفوذ نموده و باعث کنده شدن لایه های دیواره در حین عمل قلع کاری (SOLDERING) میشود .از این نظر کارکرد خطرناک و ازنظر محیط زیست مسئله ساز می باشد .روش سایش پلاسما نیز برای برد های مدار چاپی (PCB) که پایه اولیه آنها به غیر از فایبرگلاس بوده باشند از قبیل پلی آمید (POLY AMIDE) همراه با پلی آکریلات (POLY ACRYLATE) و با پلی استر ها (POLY ESTER) بکار گرفته می شود .در سالهای اخیر پرمنگنات بیشتر به کار رفته و بخصوص اگر توسط دستگاه های پاشنده و بصورت افقی مورد استفاده قرار گیرد بسیار مفید تر خواهد بود .مراحل عمل:

- آماس دادن دیواره ها توسط حلالهای آلی اسیدی یا مخلوط اسیدهای معدنی

- سایش دیواره ها (MICRO ETCH) در محلول پرمنگنات

- احیای پرمنگنات و اکسید منگنز دو ظرفیتی جهت خنثی سازی اثرات پرمنگنات و جلوگیری از آلوده نمودن حمامهای دیگر.

در سایش با محلول پرمنگنات حدود 15 میکرون سایش به طرف داخل دیواره ها (ETCH BACK) حاصل گشته و آغشتگی ها را نیز به طور ایده آل زائل میسازد .

[m@ry@71 3,690]

فرآیند های شیمیایی تولید برد مدار چاپی (PCB) – قسمت دوم

 

 

3- عملیات شیمیایی در روشهای مرحله به مرحله و پوشش سطحی :

 

1-3- هادی کردن سوراخ ها با مس شیمیایی :

عملیات آمادگی این فرآیند مراحل زیر را در بر می گیرد :

- تمیز کاری و آماده سازی و حالت دادن (CLEANING / CONDITIONING)

- سایش و مس بری میکرونی MICRO ETCHING

- فعال کننده مقدماتی ACTICATION PRE –DIP

- فعال نمودن ACTIVATION

- تسریع کننده ACCELERATIONعمل تمیز کاری و حالت دادن چندین کار را انجام میدهد و از جمله اینکه برد های سوراخ شده را تمیز نموده و رزین ها را آماس داده و یک پلیمر کاتیونیک تثبیت شده بوجود میآورد که عمل اخیر سطح خوبی را برای چسبیدن پالادیم کلوئیدی آماده میسازد . در قدم بعدی سطح ناهموار یکه توسط محلول سایش میکرونی بوجود میآید برای نسشتن مس جایگاه بسیار خوبی خواهد بود .افزودن آب اکسیژنه به اسید سولفوریک و یا مخلوط اسید سولفوریک و پرو سولفات آمونیوم، از بهترین محلول ها برای مرحله سایش میکرونی میباشد . با عمل غوطه وری در محلول فعال کننده ی مقدماتی از انتقال محلول سایش میکرونی به محلول فعال کننده جلوگیری شده و از بی ثبات شدن آن نیز جلوگیری به عمل میآید .فعال سازی ACTICATING سطح رزین با فرو بردن آن در محلول کلوئیدی پالادیم و احیای بلافاصله آن با قلع دو ظرفیتی یا بورهیدلید BORHYDLIDE انجام می پذیرد . دقت عمل در کار کرد با این محلول مهمترین عملی است که باید انجام گیرد و قصور از آن سبب کم شدن عمر فعال کننده به مقدار قابل ملاحظه ای است ( زیرا این محلول بسیار گران بوده و اگر تثبیت کننده به ان اضافه نگردد باعث از بین رفتن آن شده و در نتیجه اقتصادی نخواهد بود).در محلول های مدرن، پالادیوم کلوئیدی در طی 2 سال به طور خود به خود هیچ گونه آلودگی و کاهش غلظت نخواهد داشت لذا احتیاجی به تعویض محلول نبوده و تخلیه لجن های ایجاد شده کافی می باشد .پس از آن اکسید هیدرات قلع 4 ظرفیتی از سطح پالادیوم های احیا شده، توسط محلول تسریع کننده کاملاً زایل گشته و از ورود آنها به محلول الکترولس جلوگیری به عمل می آید زیرا ورود ترکیبات قلع سبب آلودگی و کاهش طول عمر محلول الکترولس خواهد بود .به دنبال این مرحله به میزان نیم میکرون مس شیمیایی تما سطوح را پوشانده و جهت تقویت آن از یک لایه مس الکترولیز به ضخامت 5 الی 10 میکرون استفاده میشود .این عمل باعث محافظت لایهی هادی درون سوراخ ها در مقابل محلول مس بری میکرونی در مرحله آبکاری الکترولیز بعد از پوشش لامینیت خواهد بود .روش دیگر رسوب در حدود 3 میکرون مس شیمیایی می باشد که دارای دو مزیت است . ابتدا رسوب مس بیشتر درون سوراخ ها ثانیاً چسبندگی بهتر لامینیت . ( در این روش قبل از لامینیت هیچ گونه عمل مس بری میکرونی و یا برس بر روی برد نبایستی انجام شود ) ولی در روشی که از مس شیمیایی با ضخامت 0.5 میکرون استفاده میشود اگر عمل سوراخ کاری به صورت بدی انجام پذیرد میزان عمل سایش و مس بری میکرونی (MICRO ETCHING) بر روی آن انجام می شود نمیتواند سطح خوبی را ایجاد نموده و در نتیجه عمل الکترولس بخوبی و یکنواختی صورت نمی پذیرد .و به دنبال آن آبکاری مس الکترولیز نیز نمیتواند محل هایی را که الکترو لس در آن قرار نگرفته است، پر نماید و سطح را بپوشاند . ولی این مشکل هنگامی که الکترولس مس به ضخامت 3 میکرون درون سوراخ ها را بپوشاند بروز نخواهد کرد .در روش پوشش سطح رسوب دادن مس در خطوط و سوراخ ها بلافاصله بعد از مس شیمیایی انجام میگیرد .امروزه پایه ی ترکیب مس الکترو لیز از اسید سولفوریک است که نوع ترکیب و شرایط کاری آن در جدول داده شده است .حمام مس بایستی دارای خواص زیر باشد :

- پخش و رسوب ایده آل فلز در سطوح و داخل سوراخ ها و یکنواختی ضخامت بین سطح و دیواره ی سوراخ ها که عاملی بسیار مهم است

- خاصیت انبساط طولی مس رسوب نموده تا حد 25%

- وقفه در طول عمل آبکاری نبایستی ایجاد گردد چرا که سبب پایین آمدن کیفیت رسوب میگردد .

- قابلیت آزمایش افزودنی ها و کنترل آن ها

- لایه های پوشش مس با انبساط طولی خوب در هنگام عمل قلع کاری (SOLDERING) در گوشه ها و سوراخ های ترک خوردگی پیدا نمیکنند که ساختمان آن در شکل 14 نشان داده شده است .

- اگر عمل شستشو و تمیز نمودن بعد از عمل ظهور لامینیت (DEVLOPING) درست انجام نشود یعنی آثاری از لامینیت باقی بماند و این ذرات وارد محلول مس الکترولیز گردند سبب ایجاد رسوب های مات و مشجر میگردد که این شکل با کاهش میزان براق کننده نیز بوجود خواهد آمد .

- قدرت یک نواخت کنندگی (LEVELING POWER) نبایستی خیلی بالا باشد چرا که سبب کاهش خمش و نرمی میگردد (DUCTILITY) در شکل 16 چگونگی پخش فلز نشان داده شده است .

3-3- رسوب فلز محافظ با عمل الکترو لیز ELECTROLYTIC DEPOSITE OF METAL RESIST

در این روش از فلز قلع بصورت براق و مات و یا سرب و یا آلیاژ قلع و سرب میتوان استفاده نمود و بسته به اینکه در انتهای فرآیند تولید، از کدام یک از روش های مس و حوض قلع ذوب شده مس و قلع براق و یا مس و قلع و سرب که در روغن داغ ذوب شده باشد ، استفاده شود . مدار های تولید شده با رسوبات براق در موارد بخصوصی کاربرد دارند .یکی از عیب های سرب و آلیاژ قلع و سرب آن است که بعد از مس بری در پد ها(PADS) و لبه خطوط بر آمدگی بوجود می آید .- درصد کمی از تولید کنندگان بردهای مدارچاپی که عمل ذوب آلیاژ قلع و سرب را در روغن داغ انجام میدهند . این توانائی را دارند که آلیاژ فوق پد ها و لبه خطوط را که حالت بر آمدگی پیدا نموده ، بپوشاند ولی از طرفی باعث نازک شدن ضخامت لایه هادی در لبه سوراخ ها میگردد (شکل 17) و همین پدیده بعد از عمل غوطه وری برد در حوض قلع ذوب شده با تکنیک جریان هوای گرم (HOT AIR LEVELING) دیده میشود.و از طرفی در زمان ذوب قلع روی لایه های مس آلیاژی بصورت CU₃SN بوجود میآید که مانع چسبندگی خوب در هنگام عمل قلع کاری (SOLDERING) می شود.این عیب فقط با روش زیررفع می گردد که عبارت است از :

- رسوب 3 میکرون سرب با استفاده از حمام LEAD BATH

- رسوب 8-12 میکرون قلع و سرب بصورت آلیاژ 70% قطع و 30% سرب با استفاده از محلول TIN – LEAD BATH

که بعد از ذوب قلع موجود در این آلیاژ پوششی ضخیم و با کیفیت خوب در لبه های سوراخ ها پدید میآید

در اغلب مواقع قلع، قلع وسرب یا سرب فقط به عنوان فلز مقاوم بکار گرفته می شود و آن لایه ایست که در مرحله مس بری وظیفه محافظت خطوط و مدار های اصلی را بعهده دارد .تصمیم این که کدام یک انتخاب شود بسته به این است که چه نوع بردی مورد نظر است . اگر در فرآیند تولید در مرحله نهایی ذوب آلیاژ مد نظر با شد از حمام قلع و سرب مات به عنوان رسوب محافظ مدار استفاده می شود (لازم به ذکر است که قلع و سرب براق را نمیتوان ذوب نمود).اگر تولید برد با سطح براق مد نظر باشد، قلع براق را رسوب میدهند .اگر فلز سرب فقط به عنوان محافظ مدار مورد نظر باشد ،کلیه روشها را می توان بکار گرفت که در این صورت هزینه رسوب فلز و لایه بری فلز محافظ بعد از مس بری مورد سوال قرار می گیرد .سرب به عنوان فلز محافظ (METAL RESIST) خیلی کم خرج بوده ولی در مقابل خورندگی بسیار حساس است .(به علت نرمی آن)و از طرف دیگر حمام ها با یستی از نقطه نظر اسیدی و یا بازی بودن کاملا با نوع لامینیت مصرفی مطابقت داشته باشد .در سالهای اخیر که حلال های قلیائی لامینیت مورد استفاده قرار گرفتند به این مهم توجه گردیده که نمیتوان هر نوع لامینیتی را در حمام های مختلف مورد استفاده قرار داد . یعنی برای لامینیت های محلول در حلال های قلیایی، الکترولیت اسیدی باید انتخاب شود .هر گونه ذرات باقیمانده لامینیت بعد از عمل ظهور و شستشو سبب آلودگی و آسیب حمام قلع وسرب خواهد شد که نتیجه آن زبری رسوب و بهم خوردن نسبت بین آلیاژ قلع و سرب در حمام و یا عدم رسوب آلیاژ بر روی برد، خواهد بود. حمام های قلع مات حساسیت بخصوصی نسبت به این آلودگی دارند که جدیدا با تحقیقات انجام شده این معایب بطور وسیعی رفع گردیده است.پایه بیشترین حمام های قلع مات و براق اسید سولفوریک می باشد البته به استثنای نوعی که ترکیب قلیایی اسید سولفوریک است .که به علت سهولت نگهداری و مسایل محیط زیستی، حمام قلیایی سولفوریکی جای خود را به حمام اسیدی اسیدفلوئوروبیک داده است .

4- لایه برداری لامینیت : STRIPING OF PLATING RESIST

سابقاً از حلال دی کلراید جهت حل و حذف لامینیت استفاده می شد که این عمل در اینجا مورد بحث نبوده زیرا که امروزه فقط از حلال های قلیایی استفاده می شود .لایه لامینیت در محلول هیدروکسیدپتاسیم (KOH) حل می گردد و گاهی اتفاق می افتد که پوشش مس و یا فلز مقاوم (قلع وسرب) در قسمت پدها و لبه خطوط بخش کوچکی از لامینیت را میپوشاند و بنابراین حذف باقی مانده لامینیت در لبه های خطوط و یا پد ها مشکل می گردد و این مشکل زمانی بیشتر جلوه میکند که بخواهند پوشش لامینیت را با غوطه وری در محلول (KOH) از سطح برد جدا نمایند و از دستگاه های اسپری استفاده ننمایند . بنابر این با افزودن حلال های محلول در آب حتی المقدور رفع این مشکل عملی میگردد .از آنجاییکه لامینیت در این شرایط کاملاً حل می شود بنا براین حلال خیلی سریع به مصرف میرسد به این علت ترجیحاً انجام عمل برداشتن لامینیت را در دو مرحله توصیه مینماییم .در مرحله اول پتاس به صورت غلیظ به کار برده می شود که لامینیت به صورت تکه های بزرگ از برد جدا شده و در قدم بعدی از محلول رقیق تر آن استفاده می شود که لامینیت کاملاً حذف می گردد و این طرز کار مصرف حلال را در حد متعادل نگاه میدارد .بجای هیدروکسید پتاسیم (KOH) از ترکیبات آلی مانند آمین ها نیز می توان استفاده نمود که مزیت آن ها کدر نشدن سطح مس است ولی از نظر تصقیه فاضلاب مسئله ساز میباشد .

5- مس برداری ETCHING

مس برداری اکثراً در ماشین های اسپری افقی انجام می گیرد. محلول مس بری شامل کلر و مس دوظرفیتی و کلرورآمونیم است . چون مصرف و برگشت دوباره آن این روز ها خیلی مشکل می باشد از مس بری اسید سولفوریک مخلوط با آب اکسیژنه استفاده میکنند و مس حل شده در آب اکسیژنه و اسید را میتوان با عمل کریستال کردن بصورت سولفات مس بازیابی نمود. و متعاقباً با عمل الکترولیز مس را بدست آورد و با استفاده از الکترولیز علاوه بر مس، اسیدسولفوریک را هم میتوان بازیافت .6- لایه برداری فلز محافظ : METAL RESIST STRIPPERاین لایه برها (STRIPPERS) بدون جریان الکتریسیته عمل نموده و پایه آنها اسید به همراه عوامل اکسید کننده می باشند که این اسید و اکسید کننده میتوانند از یک نوع نیز باشند. لایه برهای نسبتاً ارزان برای قلع میتوانند محلول های زیر باشند :HCL / CUCL₂ / H₂SNCL_6­ OR NH₄HF₂ / H₂O₂

ولی این عمل با آن ها قدری مشکل بوده و به علاوه بازیافتشان تقریباً غیر ممکن است .

محلول های اسیدی خوب آنهایی هستند که بتوانند قدرت حلالیت بالایی برای قلع و سرب داشته باشند. اکثراً اکسید کننده ها ترکیبات آلی و معدنی هستند . لایه برهای مناسب علاوه براینکه عمل لایه برداری سطح برد و سوراخ ها را به خوبی انجام می دهد،

در ماشین اسپری نیز به خوبی عمل کرده و توانایی آن برای حذف قلع – قلع و سرب – سرب در حدود 30 – 25 میکرون در دقیقه و در درجه حرارت 40 درجه سانتی گراد می باشد. (میزان افزایش لایه برداری قلع بالاتر از سرب می باشد ).

مخزن های لایه برها میتواند تا سقف 50 گرم در لیتر قلع و یا قلع و سرب و نزدیک 100 g/l سرب را جذب نمایند .

[m@ry@71 3,690]

[h=2]فرآیند تولید برد مدار چاپی (PCB) به روش پوشش سطحی (دورو متالیزه)[/h]

 

ابتدا برد خام به اندازه مورد نیاز برش داده می شود و پس از عمل سوراخ کاری ، سطح برد ها جهت زدودن اکسید سطحی و رفع زوائد، برس زده می شود . سپس برد ها را در محلول آماده سازبه مدت 5 دقیقه و در درجه حرارت 55 درجه سانتی گراد غوطه ور می سازند تا سطح رزین آپوکسی داخل سوراخ ها متورم شود و مطمئن سازد که عمل مس رسوبی شیمیایی سطح سوراخ ها در مراحل بعدی به طور ایده ال انجام خواهد گرفت . مرحله بعدی قرار دادن برد ها در محلول پاک کننده با درجه حرارت 80 درجه سانتی گراد و به مدت 10 – 5 دقیقه می باشد .

این محلول که ماده اصلی آن پرمنگنات می باشد ، قادر است تمام آلودگی ها ، لکه ها و زائده های رزین را در داخل سوراخ ها محو نماید (DESMEAR) و سطحی یکنواخت در داخل سوراخ ها ایجاد نماید و باعث چسبندگی مس در داخل سوراخ ها گردد . پس از شستشو جهت حذف هر گونه عامل پرمنگنات در سطح و داخل سوراخ ها آن ها را وارد خنثی کننده نموده و به مدت 5 دقیقه و با درجه حرارت 55 درجه سانتی گراد ، صبر میکنیم تا فعل و انعال خنثی سازی کاملاً صورت پذیرد . حال برد ها را داخل محلول پاک کننده ی قلیایی با درجه حرارت 60 – 70 درجه سانتی گراد می نمایند و پس از 4-6 دقیقه سوراخ ها پذیرای مس در مرحله مس رسوبی شیمیایی را دارا می باشند . پس از شستشوی کامل برد توسط محلول MICRO ETCHدر درجه حرارت 40-50 درجه سانتی گراد و به مدت 2-0.5 دقیقه ، مس برداری میکرونی میگردد .در این مرحله مس آماده می شود که چسبندگی مس شیمیایی بر سطح برد نیز کاملاً ایده آل گردد .پس از شستشو برد وارد محلول فعال کننده ی مقدماتی شده و پس از مدت 2 دقیقه مستقیماً وارد محلول ACTIVATOR با درجه حرارت 30-20 دقیقه درجه سانتی گراد و زمان 5-3 دقیقه میگردد و مجدداٌ پس از شستشو برد ها توسط محلول CONDITIONER که دارای دمایی معادل 30-20 درجه سانتی گراد می باشد در طی زمان 10-8 دقیقه ، کاتالیستی سوراخ ها را می پوشاند که این کاتالیست قادر میسازد که ذرات مس در داخل سوراخ ها توسط محلول مس شیمیایی پذیرفته می شوند . پس از شستشو برد ها را که توسط آویز های مخصوص جهت غوطه وری درون محلول ها نگهداری میشوند وارد محلول مس شیمیایی با درجه حرارت 30-20 درجه سانتی گراد مینمایند و در مدت 20-15 دقیقه ضخامتی معادل 0.4 میکرون از مس تمام سطوح برد را میپوشاند . پس از خروج از وان مس شیمیایی برد ها جهت خنثی سازی وارد محلول 10-5 درصد حجمی اسید سولفوریک نموده ، سپس توسط محلول الکترولیت مس اسیدی در مدت 40 دقیقه ضخامتی معادل 30-20 میکرون مس تمام سطوح و داخل سوراخ ها برد را می پوشاند .پس از این مرحله برد ها شستشو داده شده و جهت محافظت سطحی برای جلوگیری از هر گونه الودگی و اکسیداسیون آنرا وارد محلول ضد لک با درجه حرارت 30-20 درجه سانتی گراد و در مدت 5-2 دقیقه می نمایند . در قدم بعدی لایه حساس به نور ماورای بنفش (لامینیت) تمام خطوط و سطوح سوراخ هایی که مدار اصلی را تشکیل میدهند را می پوشاند و فقط قسمت هایی را که بایستی در مرحله مس بری از بین بروند ، باقی میماند به همین دلیل نیز هست که این فرآیند را پوشش سطحی (TENTING) نامیده اند . بعد از عمل پوشش ، قسمت های مس اضافی سطح برد توسط محلول مس بری برداشته شده و تنها خطوط و سوراخ ها باقی میماند . در مرحله بعدی لایه لامینیت نیز توسط محلول STRIPPER برداشته میشود سپس برد را خشک نموده و وارد مرحله ی چاپ سیلک میگردد .در این مرحله کلیه سطوح برد به غیر از سوراخ ها و سطح بیرونی سوراخ ها ( پد ها) توسط رنگ مقاوم و یا لایه حساس به نور ماورای بنفش (SOLDERMASK) پوشانیده میشود /. سپس برد ها وارد محلول روان ساز FLUX میگردد. و به دنبال آن با غوطه ور ساختن برد ها در آلیاژ قلع و سرب مذاب ، آلیاژ فوق روی پدها و درون سوراخ ها را می پوشاند و پس از خروج از این مخزن سطح برد توسط جریان هوای گرم با فشار بالا و دمای 300 درجه سانتی گراد سوراخ ها ی برد را که از آیاژ قلع و سرب پوشانیده شده ، کاملاً باز می نماید و سبب می گردد که این آلیاژ به طور یک نواخت در دیواره و سطح بیرونی سوراخ ها پخش گردد . البته لازم به ذکر است که تمام موارد ذکر شده در مرحله آلیاژ کاری توسط دستگاهی به نام HOT AIR LVELING انجام میپذیرد . با پایان این مرحله برد پس از برش نهایی و کنترل کیفیت آماده تحویل میباشد .

[m@ry@71 3,690]

فرآیند جدید در صنعت تولید برد مدار چاپی (PCB) به روش نیکل رسوبی شیمیایی

 

شلوتو پوزیت فرآیندی است جدید که در تولید مدار چاپی (PCB) ،شرکت شلوترآلمان عرضه کرده است، که با پروسه های معمولی که مس شیمیایی پایه و اساس آن است متفاوت بوده و تعداد مراحل تولید نیز که در آن برد مدار چاپی (PCB) آماده می شود به مراتب از فرآیند های معمولی کمتر است لذا استفاده از این فرآیند باعث کاهش زمان تولید و افزایش تعداد برد ها می شود .

به کار گیری فرآیند شلوتو پوزیت جهت هادی نمودن سوراخ ها و آبکاری مدار ها بعد از کشیدن لایه لامینیت به صورت چاپ مثبت صورت میگیرد و آن بدین معنی است که فقط در نقاط ضروری فلز رسوب داده شده (دیواره سوراخ ها و مدار ها) و در سایر سطوح این عمل صورت نمی پذیرد .همانطور که در بالا گفته شد در فرآیند شلوتو پوزیت تعداد مراحل تولید کمتر شده و در آن برد خام با پوشش مسی با ضخامت های لازم پایه اولیه تولید میباشد .

مراحل تولید :

1- برش و سوراخ کاری

2- تمیز نمودن دیواره سوراخ ها ( صرفاً این مرحله جهت تولید برد های چند لایه انجام میپذیرد )

3- مرحله آماده سازی توسط محلول SLOTOPOSIT CONDITIONER به مدت 0.5 تا 2 دقیقه در درجه حرارت محیط و بدنبال آن شستشو و خشک کردن .

4- کشیدن لایه محافظ به صورت چاپ مثبت در دو سطح برد (استفاده از لامینیت و یا رنگ های چاپ سیلک)

5- مراحل هادی نمودن سوراخ ها در فرآیند شلوتو پوزیت :

 

1. تمیز نمودن توسط محلول SLOTOPOSIT E-10 به مدت 6-3 دقیقه در درجه حرارت محیط
   
2. شستشو
   
3. مس برداری میکرونی توسط محلول SLOTOPOSIT E-10 به مدت 3-2 دقیقه در درجه حرارت محیط
   
4. شستشو
   
5. حساس نمودن جهت مرحله نیکل رسوبی توسط محلول فعال کننده SLOTOPOSIT A-10 به مدت 4-2.5 دقیقه در درجه حرارت محیط
   
6. شستشو
   
7. احیاء نمودن توسط محلول SLOTOPOSIT R – 10 به مدت 2 دقیقه
   
8. شستشو
   
9. نیکل رسوبی شیمیایی با درجه حرارت 40 درجه سانتیگراد و مدت 15 دقیقه
   
10. شستشو
    
11. غوطه وری در اسید سولفوریک 10-5 درصد حجمی به مدت 0.5 دقیقه و در درجه حرارت محیط .
    

12. آبکاری مس اسیدی توسط محلول های SLOTOCOUP CU 20 , CU 30

13. آبکاری سرب به عنوان لایه محافظ مدار

بقیه مراحل عیناً مانند فرآیند مرحله به مرحله می باشد .

در مرحله زائده برداری (DESMEAR) برد های چند لایه بکار گیری پرمنگنات اسید کرومیک و یا پلاسما بسیار مناسب می باشد .

در مرحله اماده سازی (CONDITIONER) تجربه ها ثابت کرده اند که به کار گیری اسید سولفوریک اقتصادی نیست و در این مرحله آماده سازی توسط گازدر داخل مخزن مخصوص به مدت 2-0.5 دقیقه در درجه حرارت محیط صورت میگیرد و در ادامه برد ها شستشو و خشک میگردند .

بعضی از مراحل که در فوق به آنها اشاره شده است می تواند در داخل سبد هایی مخصوص عمل شود که به سهولت میتوان در یک زمان بر روی تعداد زیادی از برد ها عملیات را انجام داد که این خود مزیتی نسبت به فرآیند های معمولی می باشد . که در آن ها برد ها توسط چنگک تمام مراحل را طی می کنند.

لامینیت و یا رنگ های چاپ سیلک که در این مرحله مورد استفاده قرار می گیرند اغلب به راحتی در محلول های قلیایی غلیظ قابل حل می باشند و به همین خاطر تمام مراحل را با توجه به حلالیت لامینیت طراحی نموده اند .

کلیه عملیات هادی سازی به طور خلاصه به طریقه زیر انجام می پذیرد :

- تمیز نمودن توسط یک محلول اسیدی

- مس برداری میکرونی توسط پرسولفات

- حساس نمودن در محلول پالادیم

- احیاء نمودن

- نیکل رسوبی توسط محلول اسیدی

- غوطه وری در اسید سولفوریک رقیق

- آبکاری مس توسط محلول اسیدی

- آبکاری سرب توسط محلول اسیدی

مرحله تمیز کاری در درجه حرارت محیط و توسط یک محلول اسیدی صورت می پذیرد در فرآیند شلوتو پوزیت مس بری میکرونی در درجه حرارت محیط و با استفاده از پرسولفات آمونیم انجام شده و مزیت ان نسبت به مس بری توسط محلولی که پایه آن آب اکسیژنه میباشد این است که امکان آسیب نرساندن به برد ها را افزایش می دهد .

جهت مرحله حساس سازی از محلول یونیزه پالادیم با غلظت mlg/lit 200 استفاده میکنند . در این مرحله PH محیط را در حدود 2/5 – 2 تنظیم نموده و دمای فعل و انفعال گرمای محیط میباشد و مدت زمان لازم نیز 3 دقیقه می باشد .

اگر کنترل صحیح رعایت گردد تقریباً تعویض آن با یک محلول نو ضرورت ندارد .

مزیت این محلول نسبت به محلول حساس کننده در فرآیند های معمولی (ACTIVATOR 180) این است که افزایش میزان یونهای مس از حد نرمال در این محلول (SLOTOPOSIT A 10) آسیبی بدان وارد نمیسازد .

احیاء یون پالادیوم فلزی توسط محلولی که پایه آن دی میتل آمینو بوران است صورت می گیرد و PH این محلول 5 بوده و در درجه حرارت محیط عمل می کند .

شرایط فعل و انفعال نیکل شیمیایی :

درجه حرارت 40 درجه سانتی گراد

5/5 PH

مدت زمان 15 دقیقه

که با رعایت شرایط فوق 0.5 – 0.2 میکرون نیکل رسوب می نماید .

مرحله بعدی انجام عمل آبکاری مس به عنوان تقویت لایه نیکل و به دنبال آن آبکاری فلز مقاوم انجام می گیرد که هر دو توسط حمام های آبکاری خاصی که از طرف شلوتر ارایه شده انجام می پذیرد.

فرآیند شلوتو پوزیت مزایای چشمگیری در مقایسه با فرآیند های مس رسوبی شیمیایی دارد که به طور فهرست وار عبارتند از :

- تعداد مراحل کمتر فرآیند شلوتو پوزیت نسبت به سایر فرآیند ها .

- هادی نمودن سوراخ ها و متعاقب آن عمل آبکاری صورت گرفته از ایجاد وقفه در عمل جلوگیری می نماید.

- خطر آسیب رسیدن به سوراخ های هادی شده بسیار کم می باشد . (به علت مقاومت بیشتر نیکل)

- حساس کننده بصورت یونیزه می باشد .

- نیکل شیمیایی از نظر مدت زمان کار کرد بسیار با ثبات تر از مس شیمیایی می باشد .

- میزان مصرف محلول مس بری (ETCHING) بسیار کمتر است .

از نظر آلودگی محیط زیست و فاضلاب دارای مزایای زیر می باشد :

- در این فرآیند فقط عوامل کمپلکسهای ضعیف بکار گرفته شده اند.

- حمام های فعال کننده ، احیاء کننده ، نیکل شیمیایی اسیدی ضعیف هستند .

- محلول مس بری (ETCHING) دارای آلودگی و سمومیت کمتری است .

- محلول آلدئیدفرمیک که از نظر محیط زیست مسئله ساز می باشد در این فرآیند بکار گرفته نمیشود .

از نظر کیفیت محصول نهایی دارای ویژگیهای ذیل میباشد :

- پوشش بهتر اپوکسی با فلز

- چسبندگی بهتر و کشیدگی پیدا ننمودن دیواره سوراخ ها

- ایجاد گاز که در اثر پوشش ضعیف فلز هادی صورت میپذیرد ، تقریباً حذف می شود .

- خوردگی زیر خطوط در مرحله مس بری (ETCHING) بسیار کمتر است .

[m@ry@71 3,690]

[h=2]فرآیند تولید برد های مدار چاپی (PCB) با تکنیک مس (دورو متالیزه)[/h]

فرآیند فوق با استفاده از یکی از روش های ما قبل که شرح آن داده شده است قابل انجام می باشد .یا با استفاده از فرآیند مرحله به مرحله که در آن آنچه از خطوط مسی مدار در مقابل محلول مس بری محافظت میکند فلز مقاوم می باشد ( سرب، قلع و سرب) و یا با استفاده از فرآیند پوشش سطحی که در آن مسئولیت محافظت از خطوط در مقابل محلول مس بری را پلیمر حساس به نور ماورای بنفش (لامینیت) به عهده دارد .

اگر فرآیند اول را در نظر بگیریم دقیقاً کل عملیات تا انجام مرحله مس شیمیایی و مرحله دوم مس الکترونیکی شبیه به فرآیند مرحله به مرحله می باشد . پس از اینکه میزان ضخامت مس مورد نیاز توسط حمام مس اسیدی بر روی خطوط و داخل سوراخ ها نشانیده شد برد در محلول 5-10 درصد حجمی اسید سولفوریک غوطه ور شده و سپس توسط حام سرب حدود 4-7 میکرون آبکاری سرب می گردد .پس از شستشو لایه لامینیت توسط محلول STRIPPER برداشته شده و به دنبال آن سطح مس اضافی که پدیدار شده است توسط محلولهای مناسب مس بری برداشته شده و تنها خطوط و داخل سوراخ ها که توسط سرب محافظت شده اند باقی میمانند. در مرحله بعدی نیز فلز سرب نیز توسط محلول STRIPPER LEADبرداشته می شود. سپس شستشو شده و خشک می گردد . به دنبال آن پوشش محافظ SOLDER MASK تمام سطوح به غیر از سوراخ ها را می پوشاند .در ادامه کار برد توسط محلول روانساز FLUX برای مرحله آلیاژ کاری آماده می گردد .پس از آن آلیاژ قلع وسرب یا قلع بدون سرب به روش HOT AIR LEVELING بر سطح داخلی سوراخ ها و قسمت بیرونی آن نشانیده میشود .توجه :در مرحله آبکاری، به جای فلزمحافظ مدار که در بالا به سرب اشاره شد میتوان فلز مقاوم دیگری نظیر آلیاژ قلع و سرب و یا قلع را جایگزین نمود،ولی استفاده از هر یک از موارد ذکر شده بستگی به نوع تولید نهایی دارد . رسوبات فلزی نامبرده همگی مقاوم در مقابل محلولهای مس بری بوده و به راحتی با محلولهایSTRIPPER برداشته می شوند ولی در مواردی که فلز رسوبی محتوی قلع می باشد بایستی حتماً پس از برداشتن لایه فلز محافظ ، توسط محلول ACTIVATOR لایه بسیار نازکی از سطح مس که محتوی ذرات کمی از قلع میباشند برداشته می شود تا خطوط کاملاً عاری از قلع گردد . در این روش (HOT AIR LEVELING – COPPER TECHNIQUE) بدون تغییر دادن مراحل تولید برد مدار چاپی (PCB) به روش مرحله به مرحله و بدون تغییر هیچ یک از لوازم و فقط با افزایش چند مورد به راحتی میتوان به فر آیند فوق دست پیدا نمود .