Poziome osadzanie miedzi w produkcji PCB: Proces, korzyści i zastosowania w przemyśle

Wykorzystanie miedzi w procesie podgrzewania (zwanego również elektroplatyzowaniem miedzi) jest podstawowym krokiem w produkcji PCB, tworząc przewodzące warstwy miedzi łączące ślady, przewody i komponenty.Podczas gdy pionowe zatonięcie miedzi było od dawna standardem, poziome zanurzanie miedzi stało się przełomowym rozwiązaniem dla PCB o dużej objętości i wysokiej precyzji.Ta metoda zapewnia niezrównaną jednolitość, szybsza przepustowość i lepsza kompatybilność z zaawansowanymi projektami PCB, takimi jak HDI (High-Density Interconnect) i płyty o dużej liczbie warstw.

Niniejszy przewodnik demystifikuje poziome zatopianie miedzi, od jego stopniowego procesu do jego zalet w stosunku do tradycyjnych metod.i najlepszych praktyk w celu zapewnienia optymalnych wynikówNiezależnie od tego, czy produkujesz płyty PCB dla samochodów, routery do centrów danych, czy elektronikę użytkową, zrozumienie poziomego zatonięcia miedzi pomoże ci wyprodukować niezawodne, wydajne płyty w skali.

Czym jest poziome zatonięcie miedzi?
Horizontal copper sinking is an automated electroplating process that deposits a uniform layer of copper onto PCB surfaces and via walls as the board moves horizontally through a continuous line of plating tanksW przeciwieństwie do pionowego zanurzania miedzi (gdzie PCB są zanurzane pionowo w dużych zbiornikach),Systemy poziome wykorzystują precyzyjne walory i dysze rozpylające w celu kontrolowania środowiska powlekania, co jest kluczowe dla nowoczesnych płyt PCB wymagających ograniczonych tolerancji grubości.

Główne cele zanurzania miedzi (horyzontalnie lub pionowo)
1Przewodność: Stwórz warstwy miedzi o niskim oporze (opór 1,72 × 10−8 Ω·m) do przesyłu sygnału i mocy.
2.Przez wypełnianie: Płytka przez ściany do łączenia warstw w wielowarstwowych płyt PCB.
3.Jednorodność: Zapewnienie jednolitej grubości miedzi w całym PCB (krytyczne dla konstrukcji o wysokiej częstotliwości i mocy).
4. Przyczepność: miedź ściśle wiąże się z podłożem PCB (FR-4, poliamid), aby uniknąć łuszczenia podczas montażu lub cyklu termicznego.

Horyzontalne zanurzanie miedzi doskonale spełnia te cele, zwłaszcza w przypadku produkcji dużych objętości i zaawansowanych architektur PCB.

Jak funkcjonuje poziome zanurzanie miedzi: krok po kroku
Horyzontalne zatapianie miedzi następuje zgodnie z kontrolowanym, sekwencyjnym przepływem pracy w celu zapewnienia jednolitego pokrycia.Poniżej znajduje się szczegółowy podział:

Faza 1: Przedobór Przygotowanie powierzchni PCB
Właściwe czyszczenie i aktywacja są niezbędne do zapewnienia, że miedź przylega do PCB, a pokrycie jest jednolite:
1- Odtłuszczanie.
a.Celem: usunięcie olejów, odcisków palców i pozostałości wytwórczych powodujących próżnia w placowaniu.
b.Proces: PCB wchodzą w podgrzewaną (50-60°C) kąpiel alkaliczną oczyszczającą (pH 10-12) podczas poruszania się wzdłuż linii poziomej. Rolki utrzymują stałą prędkość (1-2 m/min) w celu zapewnienia pełnego zanurzenia.
c. Kluczowe wskaźniki: poziomy pozostałości < 1 μg/in2, zweryfikowane w wyniku badania rozbicia wody (bez zawarcia wody na powierzchni PCB).

2- Mikro-gratuz.
a.Celem: tworzenie szorstkiej powierzchni miedzi (Ra 0,2 ‰ 0,4 μm) w celu poprawy przyczepności pokrycia.
b.Proces: PCB przechodzą przez łagodny etant kwasowy (kwas siarkowy + nadtlenek wodoru) przez 30 do 60 sekund.
c. Kontrola krytyczna: Prędkość grafikacji utrzymywana jest na poziomie 1 ‰ 2 μm/min w celu uniknięcia nadmiernej grafikacji (co osłabia podłoże) lub niedostatecznej grafikacji (co zmniejsza przyczepność).

3- Oczyszczanie kwasem.
a.Cele: Neutralizować pozostałości alkaliczne z odtłuszczania i aktywować powierzchnię miedzianą do pokrycia.
b.Proces: kąpiel rozcieńczoną kwasem siarkowym (w stężeniu 10~20%) usuwa warstwy tlenków i przygotowuje powierzchnię do osadzenia miedzi.

4.Płukanie
a.Celem: wyeliminowanie pozostałych substancji chemicznych w celu zapobiegania zanieczyszczeniu krzyżowym pomiędzy zbiornikami.
b.Proces: PCB przechodzą przez stacje płukania wodą 3 ‰ 4 DI (dejonizowane), z dyszami rozpylającymi skierowanymi na obie strony.

Faza 2: Horyzontalne zatonięcie miedzi
Jest to faza rdzenia, w której miedź jest elektroplacowana na PCB poprzez kontrolowaną reakcję chemiczną:
1.Pracowanie kąpieli
a.Chemika: Zbiornik główny zawiera roztwór siarczanu miedzianego (6080 g/l CuSO4·5H2O), kwas siarkowy (180220 g/l) oraz dodatki (niwelery, oświetleniowe, tłumiące):
Wyraźniki: zapewnienie jednolitej grubości poprzez zmniejszenie wzrostu miedzi w wysokich miejscach (np. na krawędziach śladów).
Błyszczące: poprawiają wykończenie powierzchni (krytyczne dla elementów o cienkiej ostrości).
Spuściarki: zapobiegają odkładowi miedzi na obszarach niebędących przedmiotem badania (np. maski lutowej).
b. Warunki: temperatura kąpieli jest kontrolowana w temperaturze 20°C do 25°C; pH utrzymywane jest na poziomie 0,8°C do 1,2°C (warunki kwasowe optymalizują rozpuszczalność miedzi).

2.Prawa elektroplastyczna
a.Anody: Kosze z tytanu wypełnione kulkami miedzi o wysokiej czystości (99,99% czystości) wyłożone są na bokach zbiornika.
b.Katody: sam PCB działa jako elektroda ujemna. Jony miedzi (Cu2+) w wannie są przyciągane do PCB, gdzie zyskują elektrony i odkładają się jako stała miedź (Cu0).
c. Kontrola prądu: zasilacz prądu stałego zapewnia jednolitą gęstość prądu (24 A/dm2) w całym układzie PCB.Systemy poziome wykorzystują rozkład prądu od krawędzi do krawędzi, aby uniknąć cienkiego pokrycia krawędzi płyty.

3.Przeciągłe pokrycie
a.Ruch: PCB poruszają się poziomo przez zbiornik z prędkością 1 ′ 3 m/min, kierowane przez precyzyjne walory.Prędkość linii jest kalibrowana tak, aby osiągnąć docelową grubość miedzi (zwykle 15-30 μm dla warstw sygnału), 30 ‰ 50 μm w przypadku warstw mocy).
b.Rozbudzanie: Spryskiwacze powietrza i dysze spryskowe poruszają kąpiel, zapewniając przepływ świeżych elektrolitów przez powierzchnię PCB i w przewody, co jest niezbędne do uniknięcia pustek w małych przewodach (≤ 0,2 mm).

Faza 3: Poobróbka
Po naklejeniu PCB poddawane są działaniom w celu zwiększenia trwałości i weryfikacji jakości:
1.Kwasna Dip
a.Celem: Usunięcie warstw tlenku, które powstają na świeżej powierzchni miedzi podczas pokrywania.
b.Proces: Krótkie (10-15 sekund) zanurzenie w rozcieńczonym kwasie siarkowym (w stężeniu 5-10%) zapewnia, że miedź pozostaje podlegająca spawaniu.

2.Ostatnie płukanie i suszenie
a.Płukanie: dodatkowe 2 do 3 płukania wodą DI usuwają pozostałości z kąpieli.
b. Suszenie: Noże z gorącym powietrzem (80-100°C) oddychają nadmiarem wody z powierzchni PCB, a następnie suszarka próżniowa usuwa wilgoć uwięzioną w przewodzie.

3.Pomiar grubości
a.Metoda: czujniki fluorescencji rentgenowskiej (XRF) w linii skanowują płytę PCB w momencie wyjścia z linii, mierząc grubość miedzi w zakresie 20-30 punktów na tablicę.
b. Tolerancja: poziome zanurzanie miedzi osiąga jednolitość grubości ± 5% ≈ znacznie szczuplejsze niż w układach pionowych (± 15%).

4.Wizualna kontrola
a.AOI (Automatyczna inspekcja optyczna): Kamery sprawdzają wady powlekania (pustki, łuszczenie, nierównomierne wykończenie) i oznaczają płyty niezgodne z wymogami do ponownej obróbki lub złomu.

Horyzontalne i pionowe zatonięcie miedzi: analiza porównawcza
W poniższej tabeli podkreślono ich główne różnice, które pomagają producentom wybrać właściwą metodę:

Kluczowe wnioski
a.Horyzontalny: Idealny do produkcji dużych ilości (np. w branży motoryzacyjnej, elektroniki użytkowej) i zaawansowanych płyt PCB (HDI, 12+ warstw), w których jednolitość jest kluczowa.
b.Wersjalna: nadaje się do prototypów o niskiej objętości, małych partii lub prostych PCB, w których priorytetem są wstępne koszty.

Główne korzyści z poziomego zanurzania miedzi w produkcji PCB
Zalety poziomego zatapiania miedzi sprawiają, że jest to preferowany wybór dla nowoczesnych producentów płyt PCB, zwłaszcza tych, którzy skalowują do dużych objętości lub produkują złożone wzory:

1. Bezkonkurencyjna jednolitość pokrycia
Jednolita grubość miedzi ma kluczowe znaczenie dla:
a.Sygnały o wysokiej częstotliwości: Nierównomierne pokrycie powoduje niezgodności impedancji, co prowadzi do utraty sygnału w konstrukcjach 5G (28GHz+) lub PCIe 6.0 (64Gbps).Układy poziome ± 5% tolerancji zapewniają stałą impedancję (± 10% docelowej).
b. Zarządzanie cieplne: nawet warstwy miedzi równomiernie rozpraszają ciepło, zapobiegając występowaniu punktów gorących w PCB zasilania (np. Inwertery elektryczne).Badanie przeprowadzone przez IPC wykazało, że pokrycie poziome zmniejsza odporność termiczną o 20% w porównaniu z. pionowo.
c.Słodzalność: jednolite powierzchnie miedziane zapewniają niezawodne złącza lutowe, zmniejszając wady montażu (np. złącza zimne) o 30-40%.

2Wysoka przepustowość do masowej produkcji
Linie poziome przetwarzają PCB w sposób ciągły, a nie w partiach, co jest krytyczne dla producentów dostarczających duże ilości na rynki:
a.Szybkość: 1 ‰3 metrów na minutę przekłada się na 10 000+ PCB dziennie dla paneli o standardowej wielkości (18 ‰ x 24 ‰).
b.Skalabilność: Wiele poziomych linii może być połączonych w celu utworzenia “komórki produkcyjnej”, która obsługuje ponad 50 tys. PCB/dzień dla samochodów lub elektroniki użytkowej.
c.Oszczędności pracy: w pełni zautomatyzowane linie wymagają o 50~70% mniej pracy niż systemy pionowe, co zmniejsza koszty operacyjne.

3. Wyższa jakość poprzez pokrycie
Małe przewody (≤ 0,2 mm) w PCB HDI są podatne na próżnia w układach pionowych, ale poziome zatonięcie rozwiązuje ten problem:
a. ukierunkowane mieszanie: dysze rozpylające kierują elektrolit do przewodów, zapewniając, że miedź wypełnia całe otworzenie bez pęcherzyków powietrza.
b.Dystrybucja prądu: Przekazywanie prądu od krawędzi do krawędzi uniemożliwia cienkie pokrycie przez otwory, co jest częstym problemem w zbiornikach pionowych.
c. Dane: Układy poziome osiągają 98% przewodów bez pustki w porównaniu z 80% w przypadku pionowych, które są kluczowe dla projektów HDI, w których przewodów łączy 8+ warstw.

4Kompatybilność z zaawansowanymi projektami PCB
Horyzontalne zanurzanie miedzi obsługuje najbardziej wymagające architektury PCB:
a.PCB HDI: składniki o cienkiej rozdzielczości (0,4 mm BGA) i mikrovia (0,1 mm) wymagają jednolitego nakładania ̇ systemy poziome spełniają normy IPC-6012 klasy 3 dla HDI o wysokiej niezawodności.
b.PCB o wysokiej warstwie (12+ warstw): Gęste warstwy miedzi (30-50μm) w płaszczyznach mocy są pokryte równomiernie, unikając efektu "kości psa" (gęstsze krawędzie), który jest powszechny w układach pionowych.
c. Duże panele: poziome linie obsługują panele o wymiarach do 24 x 36 ̊, zmniejszając liczbę zmian panele i zwiększając wydajność.

5Zmniejszenie wad i złomu
Poprzez minimalizowanie błędów ludzkich i kontrolowanie zmiennych procesu, poziome zatapianie miedzi obniża wady:
a.Wskaźniki zużycia złomu: Typowe wskaźniki zużycia złomu wynoszą 2 ‰3% w porównaniu z 8 ‰10% w przypadku systemów pionowych, co pozwala zaoszczędzić (50 ‰) 200 ‰ rocznie producentom dużych ilości.
b.Zmniejszenie przebudowy: jednolite pokrycie zmniejsza konieczność ponownego pokrycia (co kosztuje (0,50 ‰) 2,00 za PCB), co dodatkowo obniża koszty.

Przemysłowe zastosowania poziomego zanurzania miedzi
Horyzontalne zanurzanie miedzi jest niezbędne w sektorach wymagających dużych ilości PCB o wysokiej niezawodności:
1. Elektronika motoryzacyjna
a.Rozmiary zastosowania: Inwertory EV, czujniki ADAS (Advanced Driver Assistance Systems), systemy informacyjno-rozrywkowe.
b.Why Horizontal: Producenci samochodów (np. Tesla, Toyota) produkują miesięcznie ponad 100 tys. PCB.Przepustowość i jednolitość poziomego tonia zapewniają zgodność z normami AEC-Q200 (niezawodność części samochodowych).
Przykład: wiodący producent pojazdów elektrycznych zmniejszył wskaźnik złomu z inwerterów z 9% do 2% po przejściu na poziome zatopianie miedzi, oszczędzając 1,2 mln USD rocznie.

2Elektronika użytkowa
a.Rozmiary zastosowania: smartfony, laptopy, urządzenia do noszenia (np. Apple iPhone, Samsung Galaxy).
b.Dlaczego poziome: PCB HDI w smartfonach wymagają 0,1 mm mikrovia i równomiernego miedzi (15 ‰ 20 μm).
c.Kluczowa korzyść: umożliwia cienkie PCB (0,8-1,2 mm) poprzez zapewnienie równomiernego pokrycia drobnych śladów (3/3 mil śladów/przestrzeń).

3Centrum danych
a. przypadki zastosowania: przełączniki Ethernet 400G/800G, płyty główne serwerów sztucznej inteligencji.
b.Why Horizontal: sygnały dużych prędkości (800G Ethernet) wymagają kontroli impedancji (± 5%).
c. Zalety termiczne: nawet warstwy miedzi rozpraszają ciepło z wysokiej mocy procesorów graficznych, wydłużając żywotność serwera o 30%.

4. Automatyka przemysłowa
a. przypadki zastosowania: PLC (programowalne sterowniki logiczne), napędy silnikowe, czujniki IoT.
b.Dlaczego poziome: PCB przemysłowe działają w trudnych warunkach środowiskowych (100°C+).
Przykład: Siemens wykorzystuje w swoich PCB PLC poziome zanurzanie miedzi, osiągając niezawodność operacyjną 99,9% w ustawieniach fabrycznych.

Wyzwania w zakresie poziomego zanurzania miedzi i rozwiązania
Podczas gdy poziome zanurzanie miedzi przynosi znaczne korzyści, stwarza ono wyjątkowe wyzwania, które są rozwiązywane za pomocą specjalistycznych technik:
1. utrzymanie łazienki chemicznej
Wyzwanie: Z biegiem czasu stężenie miedzi, jej pH i poziom dodatków zmieniają się, zmniejszając jakość pokrycia.
Rozwiązanie: zainstalowanie zautomatyzowanych systemów monitorowania (np. sondy do titrowania, spektrometry UV-Vis) w celu regulowania chemicznej w czasie rzeczywistym.50 kg kul miedzianych na 10k PCB).

2Koszty wyposażenia i zapotrzebowanie na miejsce
Wyzwanie: Linie poziome kosztują (500 tys. zł) 2 mln zł i wymagają powierzchni 500 tys. stóp kwadratowych, co jest dla małych producentów nieprawidłowe.
Rozwiązanie: W przypadku średnich przedsiębiorstw współpracuj z producentami kontraktowymi (CM) specjalizującymi się w poziomym zanurzaniu miedzi.wynajem sprzętu w celu zmniejszenia wstępnych wydatków kapitałowych.

3. Grubość pokrycia krawędzi
Wyzwanie: PCB często mają cieńsze pokrycie na krawędziach (ze względu na przepełnienie prądu), co prowadzi do utraty sygnału.
Rozwiązanie: do przekierowywania prądu użyć osłon krawędzi (anod pomocniczych wzdłuż krawędzi linii), zapewniając jednolitą grubość w całej płytce.

4. Formacja próżni w małych przejściach (< 0,15 mm)
Wyzwanie: Nawet gdy się je porusza, niewielkie przewody mogą zatrzymać powietrze, powodując pustki.
Rozwiązanie: przed pokryciem PCB przedobchodz się z odgazowaniem próżniowym w celu usunięcia powietrza z przewodów.

Najlepsze praktyki w zakresie poziomego zanurzania miedzi
Aby uzyskać maksymalne korzyści z poziomego zatopiania miedzi, należy zastosować następujące wskazówki:
1.Optymalizacja prędkości linii: dopasowanie prędkości do docelowej grubości (np. 1,5 m/min dla miedzi 20μm, 2,5 m/min dla miedzi 15μm).
2.Używanie wysokiej jakości dodatków: Inwestowanie w najwyższej klasy wyrównywacze i tłumiące (np. z Atotech, MacDermid) w celu poprawy jednolitości i wykończenia.
3Wdrożyć rygorystyczne kontrole jakości:
Mierzyć grubość miedzi w 20+ punktach na PCB (XRF).
W celu sprawdzenia przepustowości (≤ 2% powierzchni pustki na IPC-A-600) należy zastosować analizę przekroju poprzecznego.
Przeprowadzenie badań przyczepności (IPC-TM-650 2.4.1) w celu zapewnienia, aby miedź nie łuszczała się.
4.Operatorzy pociągów: Upewnij się, że personel rozumie chemię kąpieli, rozwiązywanie problemów (np. korygowanie odchyleń pH) oraz protokoły bezpieczeństwa (porządzanie kwasem).
5.Partnerstwo z doświadczonymi dostawcami: współpraca z producentami (np. LT CIRCUIT), którzy oferują kluczowe poziome linie zatapiania miedzi i wsparcie techniczne.

Częste pytania
P: Jaka jest minimalna grubość miedzi osiągalna przy poziomym zatapianiu miedzi?
Odpowiedź: Typowa minimalna grubość wynosi 5 ‰ 10 μm (w przypadku płyt HDI o cienkiej rozdzielczości), chociaż specjalistyczne systemy mogą osiągnąć 3 ‰ 5 μm w przypadku ultracienkiej konstrukcji.

P: Czy można stosować poziome zanurzanie miedzi w przypadku płyt PCB elastycznych?
Odpowiedź: Tak, PCB elastyczne (substraty poliamidów) wymagają niższej gęstości prądu (1 2 A / dm2) w celu uniknięcia uszkodzenia podłoża, ale systemy poziome mogą być do tego skalibrowane.Użyj elastycznych rolków, aby zapobiec zwichnięciu.

P: Jak często horyzontalny przewód miedziany wymaga konserwacji?
Odpowiedź: Rutynowa konserwacja (zmiana filtra, wymiana anody) jest potrzebna co tydzień.

P: Czy poziome zanurzanie miedzi jest zgodne z normami RoHS i REACH?
Odpowiedź: Tak, używamy bezłowiowych kul miedzianych i dodatków zgodnych z przepisami RoHS (bez sześciowartościowego chromu, kadmu).

P: Jaka jest maksymalna grubość płytek PCB, które mogą być przetwarzane poziomo?
Odpowiedź: Większość linii obsługuje płyty PCB o grubości do 3,2 mm (standard dla sztywnych płyt PCB).

Wniosek
Horyzontalne zanurzanie miedzi zrewolucjonizowało produkcję płyt PCB, umożliwiając producentom spełnienie wymagań wysokiej wielkości, wysokiej precyzji elektroniki.i kompatybilność z zaawansowanymi projektami (HDI), PCB wysokiej warstwy) czynią go złotym standardem dla zastosowań motoryzacyjnych, konsumenckich i przemysłowych.

Podczas gdy koszty wstępne są wyższe niż w przypadku systemów pionowych, poziome zatopianie miedzi powoduje niższe koszty jednostkowe, mniejsze wady,W związku z powyższym Komisja uznaje, że istnieje wiele możliwości, które mogą uzasadniać inwestycje producentów dążących do konkurowania na nowoczesnych rynkach.. Wykonywanie najlepszych praktyk ‒ optymalizacja chemii kąpieli, wdrażanie rygorystycznych kontroli jakości oraz szkolenie personelu ‒ umożliwia przedsiębiorstwom wykorzystanie pełnego potencjału tej technologii.

W miarę jak PCB będą się rozwijać (cieńsze, gęstsze, szybsze), poziome zanurzanie miedzi pozostanie kluczowym czynnikiem zapewniającym niezawodną wydajność urządzeń zasilających nasze codzienne życie.