Como componente principal dos produtos eletrônicos, o desempenho e a qualidade da placa de circuito impresso afetam diretamente a estabilidade e a confiabilidade de todo o dispositivo eletrônico. Entre os muitos fatores que afetam o desempenho das placas de circuito impresso, a capacidade antioxidante desempenha um papel crucial.
Os perigos da oxidação da placa de circuito impresso
a placa de circuito impresso é composta principalmente de linhas condutoras, substratos isolantes e vários componentes eletrônicos. No uso diário, as placas de circuito impresso enfrentam vários desafios ambientais, e a oxidação é um problema que não pode ser ignorado. O oxigênio, a umidade e vários poluentes do ar podem reagir quimicamente com os fios metálicos da placa de circuito impresso, causando corrosão, aumento da resistência, transmissão instável do sinal e até mesmo falhas no circuito. Especialmente as peças metálicas, como linhas de folha de cobre e juntas de solda em placas de circuito impresso, são propensas a reagir com o oxigênio do ar, gerando óxidos. Esses óxidos podem aumentar a resistência do circuito, interferir na estabilidade da transmissão do sinal e, em casos graves, causar interrupções no circuito, fazendo com que os dispositivos eletrônicos não funcionem corretamente.
Processo antioxidante
Máscara de solda orgânica
Este é um processo anti-oxidação de placa de circuito impresso comumente usado, que gera uma fina película protetora orgânica na superfície da placa de circuito impresso para isolar o metal do ar, exercendo assim efeitos anti-oxidação. O princípio é baseado na ligação química. Tomando o azol OSP comum como exemplo, o anel imidazol em compostos orgânicos de alquilbenzimidazol pode formar uma ligação de coordenação com os elétrons 3d10 dos átomos de cobre, formando assim complexos de cobre alquilbenzimidazol. Durante o processo de revestimento, a primeira camada é revestida, que adsorve o cobre. Então, a segunda camada de moléculas de revestimento orgânico combina-se com o cobre, e esse processo é repetido até que uma estrutura composta por muitas moléculas de revestimento orgânico seja formada. Finalmente, uma camada protetora com espessura geralmente entre 0,2-0,5 µ m é formada na superfície do cobre. Além disso, devido à atração de van der Waals entre grupos alquil de cadeia longa e à presença de anéis de benzeno, esta película protetora tem boa resistência ao calor e alta temperatura de decomposição. No ambiente de soldagem subsequente de alta temperatura, esta película protetora pode ser fácil e rapidamente removida pelo fluxo, permitindo que a superfície de cobre limpa exposta se ligue à solda derretida em um período muito curto de tempo, formando uma junta de solda firme.
O processo OSP tem custo relativamente baixo e não é complicado, o que o torna adequado para produção em-grande escala. E pode manter uma boa soldabilidade das almofadas de solda, garantindo a qualidade da soldagem. Mas também tem algumas desvantagens, como a camada de película fina que leva a um tempo de armazenamento limitado, e o desempenho antioxidante tende a diminuir com o tempo e com as mudanças ambientais; Não resistente a altas temperaturas, limitado em cenários que exigem vários processos-de alta temperatura; O ambiente de soldagem possui requisitos rígidos e fatores como impurezas e umidade no ambiente podem facilmente afetar seu desempenho e qualidade de soldagem.
ouro de imersão
Este processo envolve a deposição de uma camada de níquel na superfície da placa de circuito impresso, seguida por uma camada de ouro. A camada de níquel pode bloquear a difusão do cobre, enquanto a camada de ouro tem boa resistência à oxidação e condutividade, o que pode melhorar significativamente o desempenho e a confiabilidade da placa de circuito impresso. O processo químico de níquel-ouro está maduro, com oferta suficiente, adequado para soldagem-sem chumbo. Porém, o custo deste processo é relativamente alto e sua superfície não é suficientemente lisa, dificultando a soldagem de componentes de passo fino.
Imersão em prata
O processo de imersão em prata pode formar uma camada uniforme de prata na superfície da placa de circuito impresso, com boa resistência à oxidação e soldabilidade. Não há camada de níquel abaixo da camada de prata, então a prata de imersão não é tão forte fisicamente quanto o níquel/ouro de imersão sem eletrólito. A camada de prata sofrerá um caminho duplo de corrosão quando exposta ao ar. Sob oxidação química, 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O forma uma camada de óxido amarelo; Na corrosão eletroquímica, Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ produz sulfetos pretos. Quando a umidade relativa é superior a 60%, a taxa de corrosão aumenta três vezes; Em ambientes-que contêm enxofre, como embalagens de borracha, pode ocorrer descoloração visível em 24 horas.
imersão em estanho
O processo de imersão em estanho cobre a superfície da placa de circuito impresso com uma camada de estanho, que pode prevenir eficazmente a oxidação. Como todos os materiais de solda são baseados em estanho, a camada de estanho pode combinar com qualquer tipo de solda. No entanto, as placas de circuito impresso tratadas com processos de imersão em estanho no passado eram propensas a problemas de bigode de estanho e, durante o processo de soldagem, os fenômenos de whisker e migração de estanho representavam sérios desafios à confiabilidade. Posteriormente, ao adicionar aditivos orgânicos à solução de imersão de estanho, a estrutura da camada de estanho foi transformada em partículas, superando as-dificuldades mencionadas acima e possuindo boa estabilidade térmica e soldabilidade. O tempo de armazenamento das placas de flandres por imersão é limitado e, se deixadas por muito tempo, formar-se-á óxido de estanho em sua superfície, o que afetará o efeito de soldagem. Portanto, é necessário seguir rigorosamente a ordem de imersão da lata durante a montagem.
Nivelamento de ar quente
Nivelamento por ar quente, também conhecido como nivelamento por solda por ar quente, comumente conhecido como pulverização de estanho. Este processo envolve o revestimento da superfície de uma placa de circuito impresso com solda de estanho-chumbo derretida. Hoje em dia, a solda-sem chumbo é mais comumente usada e, em seguida, o aquecimento do ar comprimido é usado para nivelar a solda, formando uma camada de revestimento que pode resistir efetivamente à oxidação do cobre e fornecer excelente soldabilidade. Durante o ar condicionado quente, a solda interage com o cobre para formar compostos metálicos de cobre e estanho na junção. Este processo é dividido em tipos verticais e horizontais, sendo o tipo horizontal geralmente considerado mais vantajoso devido ao seu revestimento mais uniforme e à capacidade de obter produção automatizada. O processo geral inclui etapas como microgravação, pré-aquecimento, revestimento de fluxo, pulverização de estanho e limpeza. O processo de nivelamento por ar quente é maduro, com custo relativamente baixo e boa soldabilidade, adequado para soldagem-sem chumbo. Mas a sua superfície não é suficientemente lisa, dificultando a soldagem de componentes de passo fino, e o chumbo contendo HASL também enfrenta problemas ambientais.
escurecimento
No processo de fabricação de placas de circuito impresso multi-camadas, o tratamento da superfície interna da folha de cobre é crucial para a qualidade da laminação, e o processo de escurecimento é amplamente utilizado nele. Seu núcleo é formar um filme poroso de óxido de cobre ou óxido cuproso na superfície do cobre por meio de reação de oxidação química. Sob a ação de oxidantes alcalinos, o cobre sofre reações de oxidação, com 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻. Browning não só proporciona boa adesão intercamadas, mas também melhora a molhabilidade da resina durante o processo de laminação. A estrutura porosa da camada de escurecimento aumenta a área superficial da folha de cobre, facilitando a penetração da resina e o preenchimento dos microporos, reduzindo bolhas e vazios durante a laminação, aumentando a força mecânica de mordida e reduzindo o risco de delaminação. No ciclo térmico da placa de circuito impresso, a tensão pode ser distribuída de maneira mais uniforme, reduzindo o risco de delaminação intercamada e melhorando a confiabilidade térmica. Contudo, se não for devidamente controlada, a oxidação excessiva pode tornar a camada de óxido demasiado espessa e quebradiça, reduzindo a resistência da ligação; A oxidação desigual pode levar a forças de ligação inconsistentes e aumentar o risco de delaminação; Se o escurecimento estiver contaminado antes da laminação subsequente, como absorção de umidade ou danos ao filme de óxido, também poderá levar a uma diminuição na resistência da ligação. A espessura da camada de óxido é geralmente controlada entre 0,5-1,5 μm. Antes do escurecimento, um processo de microgravação é usado para remover óxidos e poluentes orgânicos da superfície do cobre. Agentes de microgravação comuns incluem sistemas de persulfato de amônio ou peróxido de hidrogênio de ácido sulfúrico. As soluções de escurecimento são geralmente compostas de oxidantes alcalinos, agentes complexantes e estabilizantes. Ajustando as condições de oxidação, a proporção ideal de CuO/CuO₂O pode ser obtida para equilibrar a força de ligação e a resistência ao calor. A superfície do cobre após o escurecimento é propensa à umidade ou poluição do ar e geralmente requer tratamento antioxidante antes da laminação, como o uso de camadas protetoras orgânicas como benzotriazol ou outros antioxidantes, bem como armazenamento a seco para evitar a absorção de umidade e reduzir o risco de deterioração.
Outras medidas para resistência à oxidação da placa de circuito impresso
Seleção de materiais
A escolha de substratos e materiais metálicos de alta{0}qualidade é crucial no processo de fabricação de placas de circuito impresso. Substratos de alta qualidade têm boas propriedades de isolamento e estabilidade, o que pode bloquear efetivamente a invasão de oxigênio e umidade. Enquanto isso, usando revestimentos metálicos com fortes propriedades antioxidantes, como folheados a ouro, prateados, estanhados, etc., uma película protetora pode ser formada na superfície do circuito metálico para evitar a ocorrência de reações de oxidação. Por exemplo, em alguns-produtos eletrônicos de última geração, uma folha de cobre livre de oxigênio com excelente resistência à oxidação é usada como material-revestido de cobre para aumentar a resistência geral à oxidação da placa de circuito impresso.
controle ambiental
O ambiente razoável de armazenamento e uso é igualmente crucial para a resistência à oxidação da placa de circuito impresso. Durante a produção, armazenamento e transporte de placas de circuito impresso, a temperatura e a umidade do ambiente devem ser rigorosamente controladas para evitar a exposição das placas de circuito impresso a altas temperaturas, alta umidade ou ambientes contendo poluentes. Por exemplo, armazenar placas de circuito impresso em um ambiente com umidade relativa controlada entre 40% -60% e temperatura controlada entre 20 graus -25 graus pode efetivamente diminuir a taxa de oxidação. Ao mesmo tempo, selecione materiais de embalagem apropriados, como sacos à prova de umidade, caixas de espuma, etc., para garantir a integridade e qualidade da placa de circuito impresso. Para placas nuas que ainda não foram montadas, a embalagem a vácuo pode isolar efetivamente o ar e retardar o processo de oxidação.
Otimização do processo de produção
A otimização do processo de produção pode reduzir o tempo de exposição das placas de circuito impresso ao ar durante o processo de fabricação e também diminuir o risco de oxidação. Por exemplo, ao utilizar equipamento automatizado para concluir rapidamente a transição da gravação para a máscara de solda, é possível evitar tempos de espera desnecessários. O uso de soluções antioxidantes para tratar superfícies de cobre durante estágios específicos da fabricação de placas de circuito impresso pode fornecer proteção temporária para a superfície de cobre em um curto período de tempo até o início do próximo processo.