Травление меди при изготовлении печатных плат

Травление меди - один из важных процессов при производстве печатных плат. Можно просто сказать, что влажное травление печатных плат - это процесс контролируемой коррозии. В нормальных условиях коррозия повреждает металлы, но с помощью эффективного процесса механической обработки коррозию можно контролировать, и этот процесс называется травлением. Давайте подробно рассмотрим процесс влажного травления.

Что такое печатная плата? 

Печатная плата (PCB или ПП) механически поддерживает и электрически соединяет электронные компоненты с помощью проводящих дорожек, контактных площадок и других элементов, вытравленных из медных листов, ламинированных на непроводящую подложку. Печатная плата имеет заранее спроектированные медные дорожки на проводящем листе. Предварительно определенные дорожки сокращают количество проводов, тем самым уменьшая количество неисправностей, возникающих из-за ненадежных соединений. Достаточно просто разместить компоненты на печатной плате и припаять их.


Травление меди при изготовлении печатных плат


Что такое травление печатных плат?

Травление печатной платы - это процесс удаления нежелательной меди (Cu) с печатной платы. Когда мы  говорим «нежелательной», это не что иное, как все покрытие, которое не является схемой в соответствии с конструкцией печатной платы. В результате остается желаемая схема платы.

Другими словами, травление похоже на гравирование печатной платы. Если вы можете мыслить как художник, доска - это скала, а гравировка превращает скалу в красивую скульптуру. Во время этого процесса базовая медь или стартовая медь удаляются с платы. Прокатанная и отожженная медь легче стравливается по сравнению с медью с гальваническим покрытием.

Перед травлением готовится макет, чтобы конечный продукт соответствовал требованиям проектировщика. Желаемое инженером изображение схемы переносится на печатную плату с помощью процесса, называемого фотолитографией. Это формирует схему, по которой решается, какая часть меди должна быть удалена с платы.

Существует два разных подхода к травлению внутреннего слоя и внешнего слоя. В процессе травления внешнего слоя лужение действует как резистент травления. Тогда как во внутреннем слое фоторезист представляет собой травильный резист.

Травление меди при изготовлении печатных плат

Методы влажного травления печатных плат

Влажное травление - это тип процесса травления, при котором нежелательный материал растворяется при погружении в химический раствор.

Производители печатных плат обычно используют два метода влажного травления в зависимости от используемых травителей.

  1. Кислотное травление (хлорид железа и хлорид меди).
  2. Щелочное травление (аммиачное)

У обоих этих методов есть свои плюсы и минусы.

Процесс кислотного травления

Кислотный метод используется для стравливания внутренних слоев жесткой печатной платы. В этом методе используются химические растворители, такие как хлорид железа (FeCl 3 ) или хлорид меди (CuCl 2 ). Кислотный метод более точный и дешевый, но трудоемкий по сравнению с щелочным методом. Этот метод реализован для внутренних слоев, поскольку кислота не вступает в реакцию с фоторезистом и не повреждает нужную деталь. К тому же поднутрения в этом методе минимальны.

Поднутрения - это боковая эрозия протравленного материала под защитным слоем олова / свинца. Когда раствор попадает в медь, он атакует медь и оставляет после себя защищенные дорожки. Дорожки защищены покрытием для травления или фоторезистом. На краю дорожки всегда есть некоторое количество меди, удаленной под резистом, это называется поднутрением.

Травление хлоридом меди

Хлорид меди является наиболее широко используемым травителем, поскольку он точно травит более мелкие детали. Процесс хлорида меди также обеспечивает постоянную скорость травления и непрерывную регенерацию при сравнительно более низких затратах.

Максимальная скорость травления в системе хлорида меди достигается при сочетании систем хлорид меди-хлорид натрия-HCl. Эта комбинация дает максимальную скорость травления 60 секунд для 30 г меди при 55 °С. Следовательно, этот тип травления используется для травления внутренних слоев тонких линий.

Примечание. Использование газообразного хлора требует соответствующей вентиляции, хранения резервуаров и баллонов, а также оборудования для обнаружения утечек. Кроме того, для этого требуются протоколы действий в чрезвычайных ситуациях, средства индивидуальной защиты, обученные операторы и одобрение пожарной службы.

Травление хлоридом железа

Травитель с хлоридом железа имеет ограниченное применение в промышленности из-за дорогостоящей утилизации содержащего медь травителя. Однако хлорид железа является привлекательным средством для травления распылением из-за его простоты использования, удерживающей способности для меди и возможности использования в нечастых периодических применениях. Хлорид железа можно использовать с трафаретными красками, фоторезистами и золотыми узорами, но его нельзя использовать с оловянными или оловянными / свинцовыми резистами.

Обычно раствор хлорида железа растворяют в воде с концентрацией от 28 до 42% по весу. HCl (до 5%) также смешивают с этим раствором, чтобы предотвратить образование нерастворимых осадков гидроксида трехвалентного железа.

Обычно используемый удельный вес хлорида железа составляет 36 Be, или приблизительно 4,0 фунта / галлон FeCl 3 . Содержание кислоты (HCL) будет в пределах от 1,5 до 2% для коммерческих целей. 

Щелочной процесс травления

Щелочной метод используется для стравливания внешних слоев печатной платы. Здесь используются химические вещества: хлорид меди (CuCl 2 , 2H 2 O) + гидрохлорид (HCl) + пероксид водорода (H 2 O 2 ) + вода (H 2 O). Щелочной метод - это быстрый процесс, к тому же он немного дорогостоящий. Необходимо неукоснительно соблюдать параметры этого процесса, поскольку растворитель может повредить плиту, если она находится в контакте в течение более длительного периода. Процесс должен хорошо контролироваться.

Весь процесс осуществляется в конвейерной распылительной камере высокого давления, где печатная плата подвергается воздействию свежей струи травителя. При щелочном травлении печатной платы следует учитывать важные параметры. Это скорость движения панели, химическое распыление и количество удаляемой меди. Это гарантирует, что процесс травления будет равномерным с прямыми боковыми стенками.

Во время процесса травления точка, в которой завершается травление нежелательной меди, называется точкой излома. Обычно это достигается в середине распылительной камеры. Например, предположим, что длина распылительной камеры составляет 2 метра, точка останова будет достигнута, когда доска достигнет средней точки, т.е. 1 метр.


Травление меди при изготовлении печатных плат


Параметры, определяющие качество травителей

В идеальном случае скорость травления зависит от времени травления, и состав травителя будет постоянным. Но в реальных случаях состав травителя постоянно меняется. Таким образом, для обеспечения качества мы должны контролировать некоторые параметры. Следующие параметры используются для оценки качества травителя для бесперебойной работы процесса:

  • Шкала Боме
  • Температура
  • Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП)
  • Химические добавки (Свободная кислота)
  • pH

Боме (Bé)

Боме - это молярная концентрация травителя, которая зависит от удельного веса травителя. 

Чем выше значение Bé, тем выше будет молярность травителя, следовательно, скорость травления раствора. Более низкое значение Bé даст низкую скорость травления с плохим разрешением линии, а более высокое травление приведет к низкой скорости травления. Поднутрение также уменьшается с увеличением значения Боме.

Температура

Как правило, при высоких температурах скорость травления для любых травителей будет выше. Но выбор температуры травления зависит от используемой травильной машины. В большинстве травильных машин используются пластмассовые детали, потому что все металлы реагируют по отношению к травителям. Следовательно, температура травления не может быть слишком высокой. Максимально допустимый диапазон температур травления составляет 50-55 ° C

Так как кислотные ванны для травления работают с агрессивными веществами, нагревательные элементы для них должны иметь защитные колбы из некоррозионного материала и точный контроль температуры при помощи термопары. Обычно для кислотных ванн применяются специальные погружные нагреватели с оболочками из кислотостойких металлов или сухие керамические ТЭНы в колбах из кварца.

Окислительно-восстановительный потенциал (ОВП)

Измерение ОВП указывает на активность травителя. Это мера относительной проводимости травителя, выраженная в милливольтах. ОВП показывает соотношение между ионами двухвалентной меди и ионами двухвалентного железа или ионами трехвалентного железа и ионами двухвалентного железа. По мере протравливания меди состояние травителя меняется с медно-трехвалентного на медно-двухвалентное. Чем выше значение ОВП, тем более эффективным будет травитель, в то время как низкие значения ОВП указывают на медленное и неэффективное травление.

Производители будут поддерживать ОВП на высоком постоянном уровне для достижения постоянной скорости травления металла. Значение ОВП зависит от содержания свободной кислоты и температуры травителя. Добавление в травитель свободной кислоты и окислителя дает свободный хлор. Это возвращает ионы меди к форме меди. 

Добавление химических добавок (свободная кислота)

Химические добавки используются в промышленных травителях для увеличения скорости травления. HCl является обычно используемой добавкой для травителей CuCl 2 и FeCl 3 . HCl является источником хлора для образования хлоридов металлов вместо гидроксидов, что увеличивает способность травителя удерживать растворенные металлы. Добавки очень важны для непрерывного процесса травления. Они добавляются перед первым использованием травителя или при регенерации. Значение pH раствора оценивается для проверки кислотности раствора.

Значение pH

Значение pH - очень важный параметр в процессе травления, особенно при  травлении щелочным аммиаком. Он находится в диапазоне от 7,9 до 8,1 для надежного щелочного травления. Низкий уровень pH ниже 8 может быть вызван низким содержанием аммиака, чрезмерной вентиляцией, нагреванием и т. Д. В таких случаях pH можно повысить, добавив безводный аммиак. Более высокое значение pH выше 8,8 также вызывает низкую скорость травления. Это может быть вызвано недостаточной вентиляцией, повышенным содержанием меди или водой в травителе. 


Травление меди при изготовлении печатных плат


После процесса травления конечный продукт будет иметь электрическую схему в соответствии со спецификациями разработчика. Вскоре после того, как травление будет завершено, плата будет подвергнута дальнейшей обработке для зачистки. Процесс зачистки удаляет гальваническое олово или олово / свинец или фоторезист с поверхности платы.

Компания ТЭН 24 занимается изготовлением нагревательных элементов для различного оборудования. В частности, мы изготавливаем керамические сухие ТЭНы и кислотостойкие трубчатые нагреватели для кислотных ванн для травления. Также мы можем предложить вам современные нано-нагреватели с кислотостойкой колбой.





Возврат к списку


Задать вопрос

Логотип ТЭН 24
Для того, чтобы купить нагреватели или задать вопрос специалисту заполните форму или просто позвоните по телефонам