PCB は、電子信号の接続と伝送、および PCB の電気めっき銅プロセスにおいて重要な役割を果たし、システムのコアリンクとして機能します。プリント基板の製造プロセス、回路基板の性能と品質に決定的な役割を果たします。スマートフォンから高性能コンピュータ、自動車エレクトロニクスから航空宇宙機器に至るまで、ほぼすべての電子機器のプリント基板は銅電気めっき技術に依存しています。-
1、電気銅めっきの原理
銅の PCB 電気めっきは、ファラデーの法則に基づいた典型的な電気化学プロセスです。電気めっき浴では、PCB が陰極として使用され、銅陽極が銅イオンを含む電解液に浸されます。直流電圧がカソードとアノードの間に印加されると、電流が電解質を通過し、一連の電気化学反応が引き起こされます。
陽極反応: 銅陽極では酸化反応が起こり、銅原子が 2 つの電子を失い、銅イオンとなって電解液に入ります。反応式は Cu-2e ⁻ → Cu ² ⁺ です。
陰極反応: PCB の表面では、銅イオンが電子を獲得し、銅原子に還元され、PCB 表面に堆積します。反応式は Cu ² ⁺+2e ⁻ → Cu です。
電流密度、電気めっき時間、電解液組成などのパラメータを制御することにより、銅の堆積速度とコーティングの厚さを正確に制御できます。
２、処理の流れ
(1) 前処理
洗浄：まず、PCB基板を徹底的に洗浄して、表面の油汚れ、ほこり、酸化物などの不純物を除去します。一般的な洗浄方法には、アルカリ洗浄、酸性洗浄、超音波洗浄などがあります。アルカリ洗浄は油や有機汚染物質を効果的に除去できますが、酸洗浄は主に酸化物の除去に使用されます。超音波洗浄は、超音波のキャビテーション効果により基板表面の微細な隙間や穴を徹底的に洗浄します。洗浄された基材の表面には明らかな不純物がなく、均一な金属光沢が見られます。
微小腐食: 微小腐食の目的は、PCB 表面に微小な粗面を形成し、その後の電気めっき銅層と基板の間の密着性を高めることです。通常、基板の処理には過硫酸塩や硫酸過酸化水素などのマイクロエッチャントを含む溶液が使用されます。マイクロエッチングプロセス中に、マイクロエッチング剤が銅表面と化学反応を起こし、非常に薄い銅の層を溶解し、小さな凹凸構造を形成します。微細腐食の程度は厳密に制御する必要があり、基板を過度に腐食させずに良好な密着性を確保するには、一般的な微細腐食量は 0.5 ～ 1.5 μ m に制御されます。
予備浸漬: 予備浸漬は、洗浄およびマイクロエッチングされた PCB を特定の成分を含む予備浸漬溶液に浸漬するプロセスであり、基板表面に活性物質の層を吸着させ、その後の活性化プロセスに備えることができます。予備浸漬溶液の組成は通常、活性化溶液の組成と似ていますが、濃度が低くなります。その主な機能は、活性化前に基板が再度酸化されるのを防ぎ、活性化効果を向上させることです。予備浸漬時間は一般に短く、通常は数秒から数十秒の範囲です。
活性化: 活性化は前処理プロセスの重要なステップであり、PCB の表面に触媒活性金属粒子 (通常はパラジウム粒子) の層を吸着することを目的としています。{0}}これらのパラジウム粒子は、その後の化学銅メッキまたは電気メッキの触媒中心として機能し、銅イオンの還元と析出を促進します。一般的に用いられる活性化法としては、コロイドパラジウム活性化法とイオン性パラジウム活性化法が挙げられます。コロイド状パラジウム活性化溶液は、パラジウム塩、スズ塩、キレート剤で構成されています。活性化プロセス中に、コロイド状パラジウム粒子が PCB の表面に吸着されます。イオンパラジウム賦活法とは、イオン交換によりパラジウムイオンを基板表面に吸着させ、還元剤により金属パラジウムに還元する方法です。活性化時間や温度などのパラメータは、活性化溶液の種類やPCBの材質に応じて正確に制御し、均一で緻密な活性化層を確保する必要があります。
(2) 化学銅めっき
ガラス繊維強化プラスチックなどの非導電性材料で作られた一部の PCB 基板の場合、銅を電気めっきする前に化学銅めっきを行って基板表面に薄い導電性銅層を形成し、その後の電気めっき銅への導電経路を提供する必要があります。{0}
化学銅めっきの原理: 化学銅めっきは自己触媒酸化還元反応です。-触媒活性のある表面では、銅イオンが還元剤の作用により金属銅に還元され、基材表面に堆積します。主な反応式は次のとおりです: Cu ² ⁺+2HCHO+4OH ⁻ → Cu+2HCOO ⁻+2H ₂ O+H ₂ ↑。この反応では、銅イオンはパラジウム中心の触媒作用下で電子を得ることで銅原子に還元され、同時にホルムアルデヒドは酸化されてギ酸イオンとなります。
化学銅めっきプロセス: まず、活性化された PCB を、銅塩、錯化剤、還元剤、その他の添加剤を含む化学銅めっき溶液に浸漬します。めっき液の温度は通常 40 ～ 50 度に制御され、pH 値は約 12 ～ 13 に維持されます。無電解銅めっきの工程では、めっき液を均一にし、反応を十分に進めるために、めっき液を適切に撹拌する必要があります。無電解銅めっきの時間は必要な銅層の厚さに依存し、一般に0.2～0.5μmの厚さの銅層が得られます。化学銅めっきの後、PCB を洗浄して、表面に残っているめっき液や不純物を除去する必要があります。
(3) 電気銅メッキ
全面電気めっき銅: 一次銅とも呼ばれる全面電気めっき銅は、主に、銅層の厚さを増し、導電性と機械的強度を向上させ、後続のエッチングやその他のプロセスから化学銅めっき層を保護するために、化学銅めっきが行われた PCB の表面全体に銅の層を電気めっきするために使用されます。フルプレート銅電気めっきでは、通常、酸性硫酸銅めっき液が使用されます。硫酸銅含有量は一般に 150 ～ 250 g/L、硫酸含有量は 50 ～ 200 g/L であり、適切な量の塩化物イオンと添加剤が配合されています。電気めっきプロセスでは、PCB が陰極として使用され、めっき液中の銅イオンを補うために通常、リン銅ボールが陽極として使用されます。電流密度は一般に 1 ～ 2A/dm 2 に制御され、電気めっき時間は必要な銅層の厚さに依存し、通常は銅層の厚さを 5 ～ 20 μ m に増やします。基板全体に銅を電気めっきするプロセスでは、めっき液から不純物や粒子を除去し、コーティングの品質を確保するために、めっき液を継続的にろ過する必要があります。
グラフィック電気めっき銅: 二次銅としても知られるグラフィック電気めっき銅は、基板全体に銅を電気めっきし、グラフィックを転写した後、PCB 上の必要な回路グラフィック部品を選択的に電気めっきし、回路の電流容量と信号伝送性能の要件を満たすために銅層をさらに厚くします。グラフィック電気めっき銅のめっき溶液の組成とプロセスパラメータは、全面銅電気めっきのものと似ていますが、特定のグラフィック領域のみが電気めっきされるため、電気めっきが必要ない部分を覆うマスク材料が必要です。電気めっきプロセス中は、パターンの各部分のコーティングの厚さが一定になるように、電流分布の均一性に特別な注意を払う必要があります。銅によるグラフィック電気めっき後の銅層の厚さは一般に 20 ～ 50 μ m に達する可能性があり、具体的な厚さは PCB の設計要件によって異なります。
(4) 後処理
洗浄：銅を電気メッキした後、最初にPCBを徹底的に洗浄して、表面に残っているメッキ溶液と不純物を除去する必要があります。洗浄には通常、多段階の向流リンス方法が採用されています。最初にきれいな水ですすぎ、次に脱イオン水ですすいで、PCB 表面に化学薬品が残らないようにします。洗浄された PCB 表面は清潔で汚れがなく、pH 値が中性に近い必要があります。
不動態化: 電気めっき銅層の耐食性を向上させるために、通常は不動態化処理が必要です。パッシベーションとは、銅層の表面に非常に薄い不動態膜を形成することで、酸素や水分と銅との化学反応を防ぎ、銅層の耐用年数を延ばすことができます。一般的に使用される不動態化方法には、化学的不動態化と電気化学的不動態化が含まれます。化学的不動態化では一般に、クロム酸塩、リン酸塩、または有機不動態化剤を含む溶液を使用してプリント回路基板を処理します。電気化学的不動態化は、特定の電解液に特定の電圧を印加して銅層の表面に酸化反応を引き起こし、不動態膜を形成するプロセスです。不動態化処理後、銅層の表面は虹や黄金色などの均一な不動態膜の色を呈します。
乾燥: 洗浄および不動態化された PCB は、表面の水分を除去するために乾燥する必要があります。乾燥方法には熱風乾燥、真空乾燥などがあります。熱風乾燥は一般的に使用される方法で、基板を一定温度の熱風環境に置き、水分を急速に蒸発させます。乾燥プロセス中は、過度の温度によって引き起こされるPCBの変形や銅層の酸化を避けるために、温度制御に注意を払う必要があります。乾燥した PCB は、さらなる湿気や汚染を避けるために適切に保管する必要があります。