Міднення друкованих плат: процес, товщина, контроль якості

Покриття міддю – це електрохімічний процес, під час якого мідь наноситься на друковану плату для формування провідних доріжок, заповнення стінок просвердлених отворів та нарощування товщини міді для забезпечення струмопровідної здатності. Це один із найважливіших етапів у виготовленні друкованих плат, оскільки він створює електричний зв'язок між шарами та визначає силу струму, яку може безпечно пропускати готова плата.

Що таке міднення у виробництві друкованих плат?

Друкована плата спочатку складається з мідного шару — ізоляційного осердя з тонким шаром мідної фольги, приклеєним до кожного боку. Ця фольга сама по собі не може з'єднати один шар з іншим, і часто вона занадто тонка, щоб проводити необхідний струм. Міднення вирішує обидві проблеми шляхом хімічного та електричного вирощування додаткової міді саме там, де вона потрібна.

Цей процес служить одночасно трьом цілям. Він металізує внутрішню частину кожного просвердленого отвору, щоб сигнали та живлення могли проходити між шарами, зміцнює поверхневу мідь для досягнення заданої щільності та створює структури, які пізніше після травлення стають доріжками та контактними площадками. Оскільки кожне міжшарове з'єднання в багатошаровій платі залежить від цього, якість покриття невіддільна від надійності плати.

Хімічна проти електролітичного міднення

Міднення друкованих плат спирається на два різні хімічні процеси, які працюють послідовно. Перший — це безструмове покриття, яке передбачає нанесення надтонкого шару міді за допомогою виключно хімічної реакції — без зовнішнього струму. Його завдання — зробити непровідні стінки отворів провідними, щоб міг працювати наступний етап. Другий — це електролітичне покриття, яке використовує електричний струм для швидкого нанесення основної маси міді до необхідної товщини.

Жоден з етапів не можна пропустити. Без шару хімічного зародка перфоровані стінки з епоксидної смоли та скла не приймали б електролітичну мідь. Без електролітичного етапу покриття було б занадто тонким, щоб проводити струм або витримувати циклічні зміни температури.

Процес міднення крок за кроком

Хоча обладнання різниться в різних виробників, основна послідовність нанесення покриття на перфоровану дошку є однаковою. Кожен крок готує поверхню до наступного, а пропуск або поспішне виконання будь-якого з них пізніше проявляється у вигляді пустот, тонких стінок або поганої адгезії.

Виробники обирають між покриттям панелі (покриття всієї панелі, а потім травленням) та покриттям малюнка (покриття лише малюнка схеми). Вибір впливає на розподіл міді та можливості тонкої лінії, і це одне з багатьох рішень процесу, яке може... виробник багатошарових плат відповідає дизайну.

Процес відбувається в чіткій послідовності. Після свердління стінки отворів непровідні, тому тонкий шар хімічної міді хімічно осаджується для їх засіву. Потім панель переходить на електролітичне покриття, де струм нарощує мідь до повної товщини по всій поверхні та крізь отвори. Залежно від конструкції, цех використовує покриття панелі для рівномірного покриття всього матеріалу або візерункове покриття, щоб додавати мідь лише там, де це необхідно для схеми. Жорсткий контроль хімічного складу ванни, щільності струму та часу забезпечує однорідність міді від поверхні до найменших отворів.

Покриття наскрізних отворів та перехідних отворів

Найважливішою функцією міднення є формування наскрізних отворів (PTH) та переходних отворів, що з'єднують шари. Після свердління отвір залишається лише голим каналом крізь ізоляційний матеріал. Покриття міддю покриває стінку, щоб доріжка на верхньому шарі могла електрично з'єднатися з доріжкою на нижньому або будь-якому внутрішньому шарі.

Завдання полягає в досягненні рівномірного покриття глибоко всередині вузького отвору. Співвідношення товщини плати до діаметра отвору — співвідношення сторін — робить деякі отвори набагато складнішими для рівномірного покриття, ніж інші. Отвори з високим співвідношенням сторін можуть мати тонкі плями або пустоти посередині, якщо хімічний склад та струм належним чином не контролюються.

Типи гальванічних з'єднань

• Гальванічний наскрізний отвір (PTH): отвір з покриттям для з'єднання зовнішнього та внутрішнього шарів, також використовується для наскрізних виводів компонентів.
• Сліпий через: з'єднує зовнішній шар з одним або кількома внутрішніми шарами, не проходячи через усю плату.
• Похований через: з'єднує лише внутрішні шари, герметично упаковані всередині стеку.
• Заповнені та закриті перехідні отвори: пласкі покриті та заповнені, часто потрібні для контактних майданчиків під деталями з дрібним кроком на Гнучка конструкція HDI.

Вага, товщина та важке мідне покриття міді

Товщина міді на друкованій платі традиційно виражається як вага: вага міді, розподіленої по одному квадратному футу. Одна унція міді дорівнює приблизно 35 мікрометрам товщини. Більшість сигнальних плат використовують одну або дві унції міді, тоді як силові та сильнострумові конструкції використовують набагато більше.

Важча мідь проводить більше струму та розподіляє більше тепла, тому вона поширена в збірки силової електронікиЦе також вимагає більшого інтервалу та скоригованого травлення, оскільки товста мідь більше підрізається під час травлення — ще одна причина, чому вагу міді слід фіксувати на ранніх етапах проектування.

Дефекти покриття та контроль якості

Оскільки покриття є електрохімічним процесом, невеликі відхилення в процесі можуть створювати дефекти, які невидимі з поверхні, але є фатальними під час експлуатації. Тому контроль якості зосереджений на вимірюванні того, що неможливо побачити невидимим оком, зазвичай за допомогою аналізу мікрошліфів тестового зразка, нанесеного разом із виробничою панеллю.

Поширені дефекти покриття

• Пустоти: щілини в стінці гальванічного отвору, що порушують міжшарове з'єднання.
• Тонке покриття: недостатня товщина стінки, що руйнується під дією термоциклування.
• Вузлики та шорсткість: надлишкові відкладення, що впливають на посадку та паяльність.
• Погана адгезія: покриття, що відділяється від основної міді або стінки отвору.

Виявлення цих проблем – це саме те, для чого призначене тестування та перевірка купонів, і це частково пояснює, чому ретельне огляд технологічності передсерійного виробництва виправдовується: такі особливості, як крихітні отвори в товстих дошках, позначаються до того, як вони призведуть до пошкоджень покриття. Надійне покриття є основою всього, що відбувається далі. складання друкованої плати нижче за течією, оскільки плата зі слабкими переходними отворами може пройти початкове тестування та вийти з ладу в польових умовах.

Як покриття впливає на вартість та надійність

Вибір покриття впливає як на ціну, так і на термін служби. Товстіша мідь, заповнені перехідні отвори, високі співвідношення сторін та жорсткіші допуски на товщину – все це збільшує час процесу та вартість, але також впливає на струмову ємність, теплові характеристики та довговічність. Правильний баланс повністю залежить від продукту.

Для простої споживчої плати стандартного покриття товщиною в одну унцію цілком достатньо. Для промислового контролера, який має витримувати роки термоциклування, міцне покриття міжперехідних отворів і, можливо, важча мідь варті своєї ціни — ті ж міркування, що й у виборі матеріалів. виготовлення промислових плат керуванняВисокочастотні конструкції на матеріалах, подібних до тих, що використовуються в Плати Rogers RO4350B додають власні міркування щодо покриття та поверхні, а гнучкі конструкції вимагають хімічних реакцій покриття, налаштованих для тонкої міді, що використовується в процес виготовлення гнучкої друкованої плати.

Правильне покриття з першого разу

• Вкажіть вагу міді для внутрішнього та зовнішнього шарів чітко вкажіть у ваших примітках до виготовлення.
• Дивитися співвідношення сторін — дуже маленькі отвори в товстих дошках найважче добре загерметизувати.
• Визначити за допомогою лікування (покриття, заповнення, покриття) там, де цього вимагають деталі з дрібним кроком.
• Запит даних купона коли надійність є критично важливою, тому товщина покриття документується.

Узгодження цих деталей з одним постачальником, який займається як виготовленням, так і складанням — модель єдиного партнер з виробництва електроніки — забезпечує відповідність вимог до міді, починаючи з проектних файлів, аж до готової, протестованої плати.

Поширені запитання

Чому у виготовленні друкованих плат існує два етапи міднення?

Перший, безструмовий, крок наноситься тонка провідна затравка, щоб непровідні стінки отвору могли приймати мідь. Другий, електролітичний крок, використовує струм для нарощування об'єму міді до необхідної товщини. Потрібні обидва елементи: затравка дозволяє наносити покриття, а електролітичний осад забезпечує струмопровідність та міцність переходного отвору.

Що означає вага міді на друкованій платі?

Вага міді — це товщина міді, виражена в унціях на квадратний фут. Одна унція становить приблизно 35 мікрометрів. Таким чином, плата вагою дві унції має приблизно вдвічі більшу товщину міді, ніж плата вагою в одну унцію, і може пропускати більший струм.

Що таке наскрізний отвір з гальванічним покриттям?

Гальванічний наскрізний отвір – це просвердлений отвір, стінки якого покриті міддю, що електрично з'єднує доріжки на різних шарах. Це базова структура, яка робить можливим монтаж багатошарових плат та компонентів через наскрізні отвори.

Що викликає порожнечі в покритті та чому вони є проблемою?

Порожнечі – це проміжки в гальванізованій міді всередині отвору, зазвичай спричинені неповним знебарвленням, поганим очищенням або нестабільним хімічним складом гальванічного покриття. Вони небезпечні, оскільки порушують або послаблюють міжшарове з'єднання та можуть зруйнуватися під термічним навантаженням, пов'язаним з паянням або використанням у польових умовах.

Якої товщини має бути мідь у переходному отворі?

Галузева практика та рекомендації IPC визначають мінімальну середню товщину стінки залежно від класу плити, з суворішими вимогами до високонадійної роботи. Точну цифру слід узгодити з виробником та перевірити на випробувальному зразку для критичних плит.

Чи варто товсте мідне покриття додаткових витрат?

Для конструкцій з високим струмом, потужністю або теплоємністю, так — важча мідь проводить більше струму та краще розподіляє тепло, підвищуючи надійність. Для сигнальних плат з низьким енергоспоживанням стандартної міді зазвичай достатньо, і вона є більш економічною.

Чи може той самий завод покрити плату металом та зібрати її?

Так. Виробник, що надає повний спектр послуг, виготовляє та покриває голу плату, потім збирає та тестує її. Зберігання обох етапів під одним дахом полегшує контроль якості міді та вирішення будь-яких проблем, що виникають під час складання.

Яка різниця між електролітичним та безелектролійним мідненням?

Хімічний процес нанесення покриття – це хімічний процес, під час якого тонкий шар провідної міді на непровідні стінки отворів наноситься без використання електричного струму. Потім електролітичний процес нанесення покриття використовує струм для нарощування цієї міді до повної товщини. Платі потрібні обидва процеси: хімічний для початку та електролітичний для завершення.

Яка товщина мідного покриття в готовій друкованій платі?

Поверхнева мідь зазвичай визначається в унціях, причому 1 унція (близько 35 мкм) є найпоширенішою та найважчою вагою, що використовується для плат живлення. Наскрізні отвори з покриттям зазвичай містять близько 20–25 мкм міді на стінці для надійного з'єднання.

Чому міднення важливе для надійності друкованих плат?

Покриття утворює провідні циліндри всередині просвердлених отворів, які з'єднують шари, тому його товщина та однорідність безпосередньо впливають на те, чи витримають ці з'єднання термоциклування та складання. Тонке або нерівномірне покриття є поширеною причиною відкритих або переривчастих переходних отворів.