Содержимое:
Введение
1 Типы травления
1.1 1. Кислотное травление
1.2 2. Щелочное травление
2 Параметры, влияющие на процесс травления
2.1 Температура
2.2 Удельный вес (Боме)
2,3 рН
2.4 Концентрация химических добавок
2.5 Окислительно-восстановительный потенциал
3 Процесс травления печатной платы для изготовления платы
4 Заключительных мысли о травлении печатной платы
Введение
Одним из наиболее важных аспектов производства печатных плат является процесс травления, который по существу включает контролируемую коррозию. Когда коррозия происходит в нормальных условиях, металлы повреждаются. Однако процесс механической обработки, известный как травление, обеспечивает контроль над коррозией для эффективного удаления меди с печатной платы. Любая медь, не относящаяся к схеме, оставшаяся на печатной плате, будет стерта с платы в процессе травления, создавая окончательный рисунок схемы.
Во многих отношениях гравировка печатной платы аналогична долблению камня. До того, как произойдет процесс травления, печатная плата похожа на камень с несколько однородным дизайном. Когда вы высекаете камень, может появиться очень специфический рисунок или узор. То же самое верно, когда процесс травления происходит с печатной платой. Имейте в виду, что единственный способ добиться успеха в процессе травления — сначала подготовить макет или дизайн, который будет иметь печатная плата после удаления основной меди. Изображение, которое хочет дизайнер, будет перенесено на печатную плату с помощью процесса, известного как фотолитография.
Процесс травления печатной платы может быть настолько простым или сложным, насколько вам нужно. Процесс травления можно выполнять дома или в лаборатории, если вы производите лишь небольшое количество печатных плат. Выполняя этот процесс в меньшем масштабе, вы можете существенно снизить производственные затраты. С другой стороны, травление требует помещения печатной платы в химические вещества, чтобы избавиться от нежелательной меди. Эти химические вещества могут быть опасными, и избавиться от них непросто. Воду можно использовать в процессе травления для смывания химического раствора или как часть раствора. В следующем руководстве подробно рассматривается травление печатных плат и важность этого процесса при создании печатных плат.
Значение травления печатной платы
Травление печатных плат является важным этапом в производстве печатных плат. Это позволяет точно создавать проводящие пути, обеспечивая правильное соединение компонентов. Процесс травления отвечает за определение дорожек, которые передают электрические сигналы между компонентами, обеспечивая основу для функциональности конечного электронного продукта. Поскольку сложность электроники продолжает расти, точность и аккуратность травления печатных плат становятся все более важными.
Процесс травления: шаг за шагом
Процесс травления печатной платы состоит из нескольких этапов, каждый из которых влияет на конечный результат. Вот разбивка типичного процесса травления:
Подготовка подложки: Первый шаг включает в себя подготовку подложки, обычно из стекловолокна с медным покрытием. На поверхность меди наносится слой светочувствительного материала, известного как фоторезист. Этот материал защитит области, которые должны оставаться неповрежденными во время травления.
Экспозиция: фотомаска, прозрачная пленка с желаемым рисунком схемы, выравнивается и помещается на подложку, покрытую фоторезистом. Затем сборка подвергается воздействию УФ-излучения. Участки фоторезиста, подвергающиеся воздействию света, затвердевают, а покрытые участки остаются мягкими.
Проявление: открытая плата погружается в раствор для проявки. Этот раствор растворяет мягкий фоторезист, обнажая медную поверхность под ним. Затвердевший фоторезист действует как защитный барьер во время последующего процесса травления.
Травление: плата погружается в раствор для травления, содержащий химические вещества, растворяющие медь. Обычно используемые травители включают хлорид железа или персульфат аммония. Травитель воздействует на открытую медь, постепенно разрушая нежелательные медные следы. Затвердевший фоторезист предотвращает воздействие травителя на защищаемые участки.
Промывка и зачистка: после того, как желаемые медные дорожки протравлены до нужной глубины, плату вынимают из травителя и тщательно промывают, чтобы удалить все оставшиеся химикаты. Затем затвердевший фоторезист снимается, оставляя оголенные медные следы.
Осмотр и контроль качества: после травления и зачистки плата подвергается тщательной проверке, чтобы убедиться, что следы четко определены и нет дефектов. Любые дефекты устраняются, прежде чем переходить к следующим этапам производства.
Передовые методы и соображения
За прошедшие годы различные технологические достижения привели к разработке более сложных методов травления. Некоторые из этих методов включают лазерное травление, плазменное травление и химическое фрезерование. Эти методы обеспечивают большую точность, меньшее количество отходов и повышенную гибкость при проектировании схем.
Важно отметить, что травление печатной платы связано с работой с опасными химическими веществами и отходами. В результате производители должны придерживаться строгих экологических норм и протоколов безопасности, чтобы свести к минимуму воздействие как на здоровье человека, так и на окружающую среду.
Виды травления
Существует два основных типа травления, которые можно использовать при изготовлении промышленных печатных плат. Доступные типы травления включают кислотное травление и щелочное травление.
1. Кислотное травление
Кислотное травление — это высокоэффективный процесс, который включает удаление меди из любых внутренних слоев печатных плат FR-4. Кислотное травление используется с этими типами плат из-за того, насколько точным может быть травление. Кислота в растворе не вступает в реакцию с фоторезистом, а это означает, что на металле не будет такой большой подрезки. Единственным недостатком этого типа травления является то, что процесс кислотного травления занимает больше времени, чем щелочное травление и другие методы.
2. Щелочное травление
Щелочное травление может применяться к самым внешним слоям печатной платы. Поскольку щелочное травление может быть завершено быстрее, чем кислотное травление, вам не нужно беспокоиться о однородности оставшейся поврежденной меди. Из-за состава щелочной раствор считается более активным, чем кислый, а это означает, что необходим тщательный контроль для обеспечения точности процесса травления.
Оба типа процессов травления доказали свою эффективность, поскольку можно выполнить значительный объем травления при низких эксплуатационных расходах. Кислотное и щелочное травление также можно использовать со многими различными металлами.
Параметры, влияющие на процесс травления
Полученная скорость травления зависит от состава травильного раствора, а также от времени травления. Имейте в виду, что состав травителя почти постоянно меняется, что может затруднить определение скорости травления. Обеспечение качества процесса травления может происходить путем контроля определенных параметров, основными из которых являются:
- Температура
- Удельный вес (Боме)
- pH
- Концентрация химических добавок
- Окислительно-восстановительный потенциал
Температура
При контроле температуры раствора имейте в виду, что большинство травильных машин будут состоять из пластиковых деталей, так как металлические части вступают в реакцию с травителями. Если ваш травильный станок оснащен пластиковыми деталями, температура не должна быть слишком высокой. В этой ситуации идеальный температурный диапазон составляет около 50-55°С по Цельсию.
Удельный вес (Боме)
Что касается удельного веса (baume), то он коррелирует с концентрацией травителя. Более высокое значение Baume обычно соответствует более высокой скорости травления. Если смотреть конкретно на pH раствора, этот параметр особенно важен для щелочного травления. Эффективное щелочное травление может быть выполнено, когда раствор имеет значение pH в диапазоне 7,9-8,1.
рН
Если pH раствора меньше 8,0, возможно, pH уменьшился из-за слишком интенсивной вентиляции или низкого содержания аммиака. Имейте в виду, что скорость травления также может быть низкой, если pH выше 8,8. Эта проблема может возникнуть, если вода просочилась в травитель или в нем содержится слишком много меди. Что касается кислотного травления, любое увеличение значений pH может привести к получению неверных показаний.
Мониторинг pH с помощью pH метра или электрода в гальванических растворах может быть затруднен, так как агрессивные растворы могут повредить электроды, не предназначенные для гальваники. Дифференциальный рН-электрод Sensorex предназначен для работы в большинстве случаев гальванического покрытия.
Концентрация химической добавки
Химические добавки могут использоваться для эффективного повышения скорости травления. Наиболее часто используемой добавкой является соляная кислота, которая способна усилить способность травителя схватывать растворенные металлы. Когда промышленное или производственное предприятие требует непрерывного травления, необходимы химические добавки. Несмотря на то, что добавки усложняют травление, скорость травления неизменно увеличивается.
Окислительно-восстановительный потенциал
Пятый и последний параметр включает окислительно-восстановительный потенциал, который показывает, насколько активен травитель. ОВП прямо указывает, как ионы меди связаны с ионами меди и как ионы трехвалентного железа связаны с ионами двухвалентного железа. Пока медь травится, травитель переходит в состояние меди/железа из исходного состояния меди/железа.
Если вы получите высокое значение ОВП, вы можете быть уверены, что скорость травления также высока. Низкие значения ОВП указывают на неэффективность травителя. Значение ОВП раствора можно определить по температуре травителя, а также по наличию свободной кислоты. В травитель можно ввести окислитель и свободную кислоту, в результате чего ионы меди вернутся в форму меди. Измерить уровень окислительно-восстановительного потенциала можно с помощью ОВП метра.
Процессы травления печатных плат для изготовления платы
Процесс травления используется при изготовлении печатной платы. Во-первых, затвердевший фоторезист, который остается на внутренних слоях платы, защитит переходные отверстия, дорожки и другие части схемы. Остатки фоторезиста будут счищены, в результате чего останется голая медь. Затем эти слои будут полностью протравлены, чтобы убедиться, что вся оголенная медь удалена. Таким образом, останется только окончательная схема. Тот же шаг будет происходить с внутренними слоями печатной платы, пока медь не будет удалена из каждого слоя платы.
Следующий шаг в этом процессе включает в себя ламинирование каждого внутреннего слоя листами стекловолокна, покрытыми эпоксидной смолой. После завершения ламинирования в плите просверливаются сквозные отверстия. Затем нижний и верхний слои платы будут покрыты фоторезистом, после чего можно использовать лазер или ультрафиолетовый свет для экспонирования фоторезиста. Когда это происходит, каждый аспект фоторезиста будет эффективно затвердевать, за исключением рисунков схем. После того, как фоторезист будет смыт со схемы, обнажится медная фольга.
Медная фольга на поверхностях платы будет полностью гальванически покрыта гораздо более толстым слоем меди. После того, как процесс меднения завершен, схема снова покрывается тонким слоем олова, который будет действовать как защитный слой для меди, пока продолжается заключительный этап процесса травления.
В этот момент затвердевший фоторезист смывается, а медная фольга стравливается. Таким образом, останется только медная схема со слоем защитного олова. Когда жесть окончательно удалена, плата может пройти последний этап обработки.
Заключительные мысли о травлении печатной платы
Травление — сложный и очень важный процесс, необходимый для изготовления печатных плат. Хотя травление может происходить практически в любых условиях, сам процесс может быть несколько сложным, если вы никогда раньше не имели дело с травлением. Несмотря на то, что щелочное травление является самым быстрым типом травления, которое вы можете использовать, процесс кислотного травления не должен занимать слишком много времени. Когда вы помещаете печатную плату в кислый раствор, медные дорожки могут быть полностью протравлены всего за 20 минут.
Когда дело доходит до изготовления печатной платы, травление является неотъемлемой частью создания необработанной печатной платы. Хотя необходимо будет выполнить несколько дополнительных процессов, прежде чем плата будет полностью изготовлена и завершена, процесс травления, по сути, подготавливает печатную плату к заключительным этапам изготовления.
