Le circuit imprimé porte la lourde responsabilité de la transmission du signal et de la connexion électrique. Le processus de dépôt de cuivre sur les circuits imprimés est comme un maillon clé pour doter le circuit imprimé d'une « vitalité », ce qui a un impact profond sur les performances du circuit imprimé et même de l'ensemble du dispositif électronique.
1, Analyse conceptuelle du dépôt de cuivre sur les circuits imprimés
Le dépôt de cuivre sur les circuits imprimés, également connu sous le nom de cuivrage chimique ou dépôt de cuivre, est un processus qui utilise sa propre réaction d'oxydo--réduction catalytique pour construire une couche de cuivre à la surface du circuit imprimé. Le principe est d'utiliser des agents chimiques spécifiques pour favoriser la réaction de réduction des ions cuivre dans des zones spécifiques du circuit imprimé, déposant et formant ainsi une couche de cuivre.
Au début de la fabrication des circuits imprimés, la plupart des matériaux de substrat, tels que les panneaux en fibre de verre, n'avaient pas eux-mêmes de conductivité. Pour réaliser diverses fonctions des appareils électroniques, les circuits du circuit imprimé doivent pouvoir conduire le courant en douceur. Le processus de dépôt de cuivre pour les cartes de circuits imprimés est apparu, qui peut « faire pousser » des couches de cuivre conductrices sur la surface des substrats isolés, jetant ainsi les bases de la construction ultérieure de réseaux de circuits complexes.
2, processus détaillé de la technologie de dépôt de cuivre
Pré-traitement au début
Nettoyage et décontamination : lors du traitement des substrats des circuits imprimés, la surface peut être contaminée par de l'huile, de la poussière et d'autres impuretés. Ces polluants affecteront sérieusement l'adhérence entre la couche de cuivre et le substrat lors du processus de dépôt de cuivre ultérieur. Par conséquent, il est nécessaire de nettoyer soigneusement le substrat avec des produits et du matériel de nettoyage professionnels pour s'assurer qu'il n'y a pas d'impuretés résiduelles sur la surface.
Traitement de grossissement : Afin d'améliorer l'adhérence entre la couche de cuivre et le substrat, il est nécessaire de rendre rugueuse la surface du substrat nettoyé. Ce processus utilise généralement des méthodes telles que la gravure chimique ou le polissage mécanique pour former de minuscules structures convexes concaves sur la surface du substrat. Ces structures concaves-convexes peuvent augmenter la zone de contact entre le substrat et la couche de cuivre, tout comme la rugosité du mur peut permettre au revêtement de mieux adhérer, permettant ainsi à la couche de cuivre déposée ultérieurement de se lier plus fermement au substrat.
Étape d'activation : L'activation est une étape cruciale dans le processus de dépôt de cuivre. Le substrat ayant subi un traitement de rugosité doit être immergé dans une solution d'activation contenant des ions métalliques spécifiques (tels que les ions palladium). Les ions palladium s'adsorberont sur la surface du substrat et formeront un film mince ayant une activité catalytique. Ce film mince agit comme un « catalyseur » pour les réactions chimiques, favorisant les réactions ultérieures de réduction des ions cuivre se produisant préférentiellement à sa surface, fournissant ainsi un point de départ pour le dépôt de la couche de cuivre.
Processus de placage chimique du cuivre
Configuration de la solution de placage : La solution de placage de cuivre chimique est l’agent principal pour réaliser le processus de dépôt de cuivre. Ses principaux composants comprennent des sels de cuivre (tels que le sulfate de cuivre), des agents réducteurs (tels que le formaldéhyde, l'hypophosphite de sodium, etc.), des agents chélateurs (utilisés pour stabiliser les ions de cuivre dans la solution de placage) et divers additifs (tels que des azurants, des agents nivelants, etc., utilisés pour améliorer la qualité et les performances de la couche de cuivre). Ces composants doivent être configurés dans des proportions précises, et différentes exigences en matière de circuits imprimés et conditions de processus peuvent entraîner des variations dans les formulations des solutions de placage.
Progression de la réaction : Le substrat prétraité est immergé dans une solution de cuivrage chimique pré-préparée. Dans certaines conditions de température et de pH, les ions cuivre présents dans la solution de placage subissent des réactions redox avec des agents réducteurs sous l'action catalytique de sites activés à la surface du substrat. Les ions cuivre obtiennent des électrons et sont réduits en atomes de cuivre métalliques, déposant progressivement une couche de cuivre sur la surface du substrat. Au fur et à mesure que la réaction se poursuit, la couche de cuivre s’épaissit continuellement jusqu’à atteindre la norme d’épaisseur requise.
Procédures de post-traitement
Étapes de nettoyage : après le cuivrage, il restera une solution de placage résiduelle et des sous-produits-générés par la réaction sur la surface du circuit imprimé. Si ces résidus ne sont pas nettoyés à temps, ils peuvent avoir un impact négatif sur les performances du circuit imprimé, comme provoquer de la corrosion et réduire les performances d'isolation. Par conséquent, il est nécessaire de rincer à plusieurs reprises le circuit imprimé avec une grande quantité d'eau pour garantir qu'il n'y a pas de solution de placage résiduelle sur la surface.
Inspection de qualité : Il s’agit d’une partie importante du processus de dépôt de cuivre, qui évalue la qualité de la couche de cuivre grâce à diverses méthodes de test. Par exemple, utiliser un microscope pour observer la morphologie de surface de la couche de cuivre et vérifier les défauts tels que les trous et les fissures ; Utiliser des sondes électroniques et d'autres équipements pour analyser la composition et la pureté des couches de cuivre ; Utilisez des tests de résistance pour vérifier si la conductivité de la couche de cuivre répond aux exigences. Seules les cartes de circuits imprimés ayant passé avec succès des contrôles de qualité stricts peuvent passer aux étapes de traitement ultérieures.
Traitement de passivation : Afin d'améliorer la résistance à la corrosion de la couche de cuivre et de prolonger la durée de vie du circuit imprimé, un traitement de passivation est généralement effectué sur le circuit imprimé cuivré. Le traitement de passivation est la formation d'un film de passivation extrêmement fin sur la surface d'un circuit imprimé, qui peut empêcher l'oxygène externe, l'humidité et d'autres réactions chimiques avec la couche de cuivre, protégeant ainsi la couche de cuivre. Les méthodes de passivation courantes comprennent la passivation chimique et la passivation électrochimique.
3, Le rôle important du processus de dépôt de cuivre
Construire des voies conductrices : La fonction principale du dépôt de cuivre sur les cartes de circuits imprimés est de construire des voies conductrices sur des substrats isolants. Dans les appareils électroniques modernes, divers composants électroniques doivent être interconnectés via des circuits pour assurer la transmission du signal et la coordination fonctionnelle. La couche de cuivre formée par le processus de dépôt de cuivre est comme une « autoroute » qui permet au courant de circuler en douceur sur le circuit imprimé, reliant étroitement divers composants électroniques entre eux pour assurer le fonctionnement normal de l'ensemble du dispositif électronique.
Amélioration des performances de transmission du signal : le cuivre a une bonne conductivité et une faible résistance, ce qui confère à la couche de cuivre formée par le processus de dépôt de cuivre un avantage significatif dans la transmission du signal. Dans les circuits haute-fréquence, la vitesse de transmission et la qualité des signaux sont cruciales. Les couches de cuivre peuvent réduire efficacement les pertes et les distorsions pendant la transmission du signal, garantissant que les signaux peuvent être transmis rapidement et avec précision à divers composants électroniques, améliorant ainsi la vitesse de fonctionnement et la stabilité des performances des appareils électroniques. Par exemple, dans les circuits imprimés des équipements de communication 5G, le processus de dépôt de cuivre-de haute qualité joue un rôle clé pour garantir une transmission stable des signaux à grande vitesse-.
Amélioration de la résistance mécanique du circuit imprimé : en plus de sa fonction conductrice, la couche de cuivre formée par dépôt de cuivre peut également améliorer dans une certaine mesure la résistance mécanique du circuit imprimé. La couche de cuivre est étroitement liée au substrat, ce qui peut améliorer la ténacité globale et la résistance à la flexion du circuit imprimé, le rendant moins sujet à la fracture ou aux dommages lorsqu'il est soumis à des forces externes. Ceci est particulièrement important pour les appareils électroniques qui doivent être utilisés dans des environnements complexes, tels que les circuits imprimés dans l'électronique automobile, les équipements aérospatiaux, etc.
4, Facteurs affectant la qualité du dépôt de cuivre
Composition et stabilité de la solution de placage : Comme mentionné précédemment, la composition de la solution de placage de cuivre autocatalytique est complexe et les exigences de proportion sont strictes. Une concentration excessive ou insuffisante d'ions cuivre dans la solution de placage peut affecter la vitesse de dépôt et la qualité de la couche de cuivre. Une concentration excessive peut entraîner une croissance rapide de la couche de cuivre, entraînant des défauts tels que la rugosité et la porosité ; Si la concentration est trop faible, la vitesse de placage sera trop lente et l'efficacité de la production sera faible. De plus, la teneur et la stabilité des agents réducteurs, des agents complexants et des additifs dans la solution de placage peuvent également avoir un impact significatif sur la qualité de la couche de cuivre. Toute fluctuation ou détérioration d'un composant peut entraîner des modifications dans les performances de la solution de placage, affectant ainsi l'effet de dépôt de cuivre.
Contrôle des paramètres de processus : Un contrôle précis des paramètres de processus tels que la température, la valeur du pH et le temps de réaction est requis pendant le processus de dépôt de cuivre. Une température excessive peut accélérer la vitesse de réaction de la solution de placage, mais elle peut conduire à une cristallisation grossière de la couche de cuivre et à une diminution de la qualité de la surface ; Si la température est trop basse, la vitesse de réaction peut ralentir et même empêcher la réaction de se dérouler normalement. La valeur du pH a un impact significatif sur la stabilité et la réactivité de la solution de placage, et différentes formulations de solutions de placage ont leurs plages de valeurs de pH appropriées. Le temps de réaction est trop court et l'épaisseur de la couche de cuivre est insuffisante pour répondre aux exigences de conductivité et de performances du circuit ; Si le temps de réaction est trop long, la couche de cuivre peut devenir trop épaisse, augmenter les coûts et également entraîner d'autres problèmes de qualité, tels qu'une diminution de l'adhérence entre la couche de cuivre et le substrat.
Matériau du substrat et effet du prétraitement : différents matériaux des substrats des cartes de circuits imprimés ont des caractéristiques de surface et une compatibilité avec les couches de cuivre différentes. Par exemple, les performances des substrats tels que les panneaux en fibre de verre et les panneaux en polyimide lors du dépôt de cuivre varient. Pendant ce temps, la qualité du prétraitement-du substrat affecte directement l'adhérence et la qualité globale de la couche de cuivre. Si le nettoyage n'est pas approfondi, si l'effet rugueux est médiocre ou si l'activation est insuffisante pendant le processus de prétraitement, cela entraînera une faible liaison entre la couche de cuivre et le substrat, entraînant des défauts tels que le délaminage et le cloquage.