En tant que composant essentiel des produits électroniques, les performances et la qualité des circuits imprimés affectent directement la stabilité et la fiabilité de l'ensemble du dispositif électronique. Parmi les nombreux facteurs qui affectent les performances des circuits imprimés, la capacité antioxydante joue un rôle crucial.
Les dangers de l’oxydation des circuits imprimés
le circuit imprimé est principalement composé de lignes conductrices, de substrats isolants et de divers composants électroniques. Dans leur utilisation quotidienne, les circuits imprimés sont confrontés à divers défis environnementaux, et l'oxydation est un problème qui ne peut être ignoré. L'oxygène, l'humidité et divers polluants présents dans l'air peuvent réagir chimiquement avec les fils métalliques du circuit imprimé, provoquant de la corrosion, une résistance accrue, une transmission de signal instable et même des pannes de circuit. En particulier, les pièces métalliques telles que les lignes de feuilles de cuivre et les joints de soudure sur les cartes de circuits imprimés sont susceptibles de réagir avec l'oxygène de l'air, générant des oxydes. Ces oxydes peuvent augmenter la résistance du circuit, interférer avec la stabilité de la transmission du signal et, dans les cas graves, provoquer des coupures de circuit, entraînant un dysfonctionnement des appareils électroniques.
Processus antioxydant
Masque de soudure bio
Il s'agit d'un processus d'anti-oxydation-des cartes de circuits imprimés couramment utilisé, qui génère un mince film protecteur organique sur la surface de la carte de circuits imprimés pour isoler le métal de l'air, exerçant ainsi des effets anti-anti-oxydation. Le principe est basé sur la liaison chimique. En prenant l'exemple de l'azole OSP commun, le cycle imidazole des composés organiques alkylbenzimidazole peut former une liaison de coordination avec les 3d10 électrons des atomes de cuivre, formant ainsi des complexes de cuivre alkylbenzimidazole. Pendant le processus de revêtement, la première couche est d'abord recouverte, ce qui absorbe le cuivre. Ensuite, la deuxième couche de molécules de revêtement organiques se combine avec le cuivre, et ce processus est répété jusqu'à ce qu'une structure composée de nombreuses molécules de revêtement organiques soit formée. Enfin, une couche protectrice d'une épaisseur généralement comprise entre 0,2-0,5 µm est formée sur la surface du cuivre. De plus, en raison de l'attraction de Van der Waals entre les groupes alkyles à longue chaîne - et de la présence de cycles benzéniques, ce film protecteur présente une bonne résistance à la chaleur et une température de décomposition élevée. Dans l'environnement de soudage à haute température qui s'ensuit, ce film protecteur peut être facilement et rapidement éliminé par le flux, permettant à la surface de cuivre propre et exposée de se lier à la soudure fondue en très peu de temps, formant ainsi un joint de soudure ferme.
Le processus OSP est relativement peu coûteux et n'est pas compliqué, ce qui le rend adapté à la production à grande échelle. Et il peut maintenir une bonne soudabilité des plots de soudure, garantissant ainsi la qualité du soudage. Mais il présente également certains inconvénients, tels que la couche mince qui conduit à une durée de stockage limitée, et les performances antioxydantes sont susceptibles de diminuer avec le temps et les changements environnementaux ; Non résistant aux températures élevées, limité dans les scénarios nécessitant plusieurs processus à haute -température ; L'environnement de soudage a des exigences strictes et des facteurs tels que les impuretés et l'humidité de l'environnement peuvent facilement affecter ses performances et la qualité du soudage.
or par immersion
Ce procédé consiste à déposer une couche de nickel sur la surface du circuit imprimé, suivie d'une couche d'or. La couche de nickel peut bloquer la diffusion du cuivre, tandis que la couche d'or a une bonne résistance à l'oxydation et une bonne conductivité, ce qui peut améliorer considérablement les performances et la fiabilité des circuits imprimés. Le processus de placage chimique du nickel-or est mature, avec un approvisionnement suffisant, adapté au brasage sans plomb-. Cependant, le coût de ce procédé est relativement élevé et sa surface n'est pas suffisamment lisse, ce qui rend difficile le soudage de composants à pas fin.
Immersion dans l'argent
Le processus d'argent par immersion peut former une couche d'argent uniforme sur la surface du circuit imprimé, avec une bonne résistance à l'oxydation et une bonne soudabilité. Il n’y a pas de couche de nickel sous la couche d’argent, donc l’argent par immersion n’est pas aussi résistant physiquement que le nickelage autocatalytique/l’or par immersion. La couche d'argent subira une double voie de corrosion lorsqu'elle sera exposée à l'air. Sous oxydation chimique, 4Ag+O ₂ → 2Ag ₂ O forme une couche d'oxyde jaune ; Dans la corrosion électrochimique, Ag+H ₂ S → Ag ₂ S+H ₂ produit des sulfures noirs. Lorsque l’humidité relative est supérieure à 60 %, le taux de corrosion augmente de trois fois ; Dans les environnements contenant du soufre, tels que les emballages en caoutchouc, une décoloration visible peut survenir dans les 24 heures.
trempage dans l'étain
Le processus d'étain par immersion recouvre la surface du circuit imprimé d'une couche d'étain, ce qui peut empêcher efficacement l'oxydation. Étant donné que tous les matériaux de soudure sont à base d’étain, la couche d’étain peut correspondre à tout type de soudure. Cependant, les cartes de circuits imprimés traitées par des procédés de trempage dans l'étain dans le passé étaient sujettes à des problèmes de barbes d'étain, et pendant le processus de brasage, les phénomènes de barbes d'étain et de migration d'étain posaient de sérieux problèmes de fiabilité. Plus tard, en ajoutant des additifs organiques à la solution d'immersion d'étain, la structure de la couche d'étain a été transformée en particules, surmontant les difficultés mentionnées ci-dessus et possédant une bonne stabilité thermique et soudabilité. La durée de stockage des plaques de fer blanc par immersion est limitée et si elles sont laissées trop longtemps, de l'oxyde d'étain se formera à leur surface, ce qui affectera l'effet de soudage. Par conséquent, il est nécessaire de suivre strictement l’ordre d’immersion de l’étain lors du montage.
Nivellement à air chaud
Nivellement à air chaud, également connu sous le nom de nivellement de soudure à air chaud, communément appelé pulvérisation d'étain. Ce processus consiste à recouvrir la surface d’une carte de circuit imprimé avec de la soudure étain-plomb fondue. De nos jours, la soudure sans plomb-est plus couramment utilisée, puis de l'air comprimé chauffé est utilisé pour niveler la soudure, formant ainsi une couche de revêtement capable de résister efficacement à l'oxydation du cuivre et d'offrir une excellente soudabilité. Lors d'une climatisation chaude, la soudure interagit avec le cuivre pour former des composés métalliques cuivre-étain à la jonction. Ce processus est divisé en types verticaux et horizontaux, le type horizontal étant généralement considéré comme plus avantageux en raison de son revêtement plus uniforme et de sa capacité à réaliser une production automatisée. Le processus général comprend des étapes telles que la microgravure, le préchauffage, le revêtement de flux, la pulvérisation d'étain et le nettoyage. Le processus de nivellement à l'air chaud est mature, avec un coût relativement faible et une bonne soudabilité, adapté au brasage sans plomb-. Mais sa surface n'est pas assez lisse, ce qui rend difficile le soudage de composants à pas fin, et le HASL contenant du plomb est également confronté à des problèmes environnementaux.
brunissement
Dans le processus de fabrication des cartes de circuits imprimés multi-couches, le traitement de la surface interne de la feuille de cuivre est crucial pour la qualité du laminage, et le processus de brunissement y est largement utilisé. Son noyau consiste à former un film poreux d'oxyde de cuivre ou d'oxyde cuivreux à la surface du cuivre par réaction d'oxydation chimique. Sous l'action d'oxydants alcalins, le cuivre subit des réactions d'oxydation, avec 2Cu+4OH ⁻+O ₂ → 2CuO+2H ₂ O, Cu+2OH ⁻ → Cu ₂ O+H ₂ O+2e ⁻. Le brunissement assure non seulement une bonne adhérence intercouche, mais améliore également la mouillabilité de la résine pendant le processus de stratification. La structure poreuse de la couche de brunissement augmente la surface de la feuille de cuivre, facilitant la pénétration de la résine et le remplissage des micropores, réduisant les bulles et les vides pendant le laminage, améliorant la force de morsure mécanique et réduisant le risque de délaminage. Dans le cycle thermique des cartes de circuits imprimés, les contraintes peuvent être réparties plus uniformément, réduisant ainsi le risque de délaminage entre les couches et améliorant la fiabilité thermique. Cependant, si elle n’est pas correctement contrôlée, une oxydation excessive peut rendre la couche d’oxyde trop épaisse et cassante, réduisant ainsi la force de liaison ; Une oxydation inégale peut conduire à des forces de liaison incohérentes et augmenter le risque de délaminage ; Si le brunissement est contaminé avant le laminage ultérieur, par exemple par absorption d'humidité ou endommagement du film d'oxyde, cela peut également entraîner une diminution de la force de liaison. L'épaisseur de la couche d'oxyde est généralement contrôlée entre 0,5 et 1,5 µm. Avant le brunissement, un processus de micro-gravure est utilisé pour éliminer les oxydes et les polluants organiques de la surface du cuivre. Les agents de microgravure courants comprennent le persulfate d'ammonium ou les systèmes de peroxyde d'hydrogène à l'acide sulfurique. Les solutions de brunissement sont généralement composées d'oxydants alcalins, d'agents complexants et de stabilisants. En ajustant les conditions d'oxydation, le rapport CuO/CuO₂ O optimal peut être obtenu pour équilibrer la force de liaison et la résistance à la chaleur. La surface du cuivre après brunissement est sujette à l'humidité ou à la pollution de l'air et nécessite généralement un traitement antioxydant avant le laminage, par exemple en utilisant des couches protectrices organiques telles que le benzotriazole ou d'autres antioxydants, ainsi qu'un stockage à sec pour éviter l'absorption d'humidité et réduire le risque de détérioration.
Autres mesures pour la résistance à l'oxydation des circuits imprimés
Sélection des matériaux
Le choix de substrats et de matériaux métalliques-de haute qualité est crucial dans le processus de fabrication des cartes de circuits imprimés. Les substrats de haute qualité ont de bonnes propriétés d'isolation et de stabilité, ce qui peut bloquer efficacement l'invasion de l'oxygène et de l'humidité. Parallèlement, en utilisant des revêtements métalliques dotés de fortes propriétés antioxydantes, tels que le placage à l'or, le placage à l'argent, le placage à l'étain, etc., un film protecteur peut être formé sur la surface du circuit métallique pour empêcher les réactions d'oxydation de se produire. Par exemple, dans certains produits électroniques haut de gamme, une feuille de cuivre sans oxygène avec une excellente résistance à l'oxydation est utilisée comme matériau de revêtement en cuivre pour améliorer la résistance globale à l'oxydation de la carte de circuit imprimé.
contrôle environnemental
Un environnement de stockage et d'utilisation raisonnable est également crucial pour la résistance à l'oxydation des circuits imprimés. Pendant la production, le stockage et le transport des cartes de circuits imprimés, la température et l'humidité de l'environnement doivent être strictement contrôlées pour éviter d'exposer les cartes de circuits imprimés à des températures élevées, à une humidité élevée ou à des environnements contenant des polluants. Par exemple, le stockage des cartes de circuits imprimés dans un environnement avec une humidité relative contrôlée entre 40 % -60 % et une température contrôlée entre 20 degrés et 25 degrés peut effectivement ralentir le taux d'oxydation. Dans le même temps, sélectionnez des matériaux d'emballage appropriés, tels que des sacs résistants à l'humidité, des boîtes en mousse, etc., pour garantir l'intégrité et la qualité des circuits imprimés. Pour les planches nues qui ne sont pas encore assemblées, l’emballage sous vide peut isoler efficacement l’air et retarder le processus d’oxydation.
Optimisation du processus de production
L'optimisation du processus de production peut réduire le temps d'exposition des cartes de circuits imprimés à l'air pendant le processus de fabrication et également réduire le risque d'oxydation. Par exemple, en utilisant un équipement automatisé pour effectuer rapidement la transition de la gravure au masque de soudure, des temps d'attente inutiles peuvent être évités. L'utilisation de solutions antioxydantes pour traiter les surfaces en cuivre pendant des étapes spécifiques de la fabrication des cartes de circuits imprimés peut fournir une protection temporaire à la surface du cuivre dans un court laps de temps jusqu'au début du processus suivant.