Mi a galvanizálás?
A gyártási folyamatban a galvanizálás a rajzolatfelvitel után következő lépés.
A rajzolatfelvitel során a rézréteg negatív képét visszük fel a panelekre száraz reziszt fólia segítségével. Ezután rezet galvanizálunk a furatokba és a vezetőkre. A folyamat célja, hogy legalább 20 um rézréteg kerüljön a vezetőkre és a furatokba.
A galvanizálási folyamat végén egy vékony ónréteget is leválasztunk. Az ón maszként fog szolgálni a maratás során és a rajzolatot fogja védeni.
Galvanizálás előtti lépések
A galvanizálási folyamat megkezdése előtt szimulációt futtatunk, hogy meghatározzuk a homogén rézréteg eléréséhez szükséges áramsűrűséget és ciklusidőt. A szimulációhoz használt szoftver neve Smartplate, amelyet a belgiumi Elsyca fejlesztett ki.
A PCB Visualizer használata és a rendelési folyamat során hasonló ellenőrzésre van lehetőség a galvanizálást illetően az egyedi PCB esetében. Az eredményről azonnali visszacsatolás érhető el PCB Checker DFM szekciójában.
Minden egyes nyomtatott áramköri lapra vagy vevői panelra kiszámításra kerül a galvanizálási mutató és megjelenítünk egy grafikus képet is, amely kiemeli a lapon azokat a területeket, amelyeknél fennáll a galvanizálási folyamat során az alul- vagy felülgalvanizálás kockázata. A cél az, hogy a galvanizálási mutató a lehető legközelebb legyen 1-hez, ami a tökéletesen kiegyensúlyozott rézeloszlást jelenti.
A folyamat lényege
A galvanizálás megkezdéséhez először a gyártási paneleket a galván szerszámokra rögzítjük, amikre maximum 4 panel kerülhet. A galván szerszám a megfelelő elektromos kapcsolatot biztosítja, a gyártási panelek pedig katódként működnek a folyamatban. A panelek különböző kádakon haladnak végig, amelyek mindegyike más-más funkcióval rendelkezik, úgymint tisztítás, mikromaratás, réz- és ón galvanizálás, öblítés és szárítás.
A réz galvanizálással kerül a gyártási panel szabadon hagyott réz felületére. Továbbá köszönhetően a rajzolatfelvitelt megelőzően a furatokba leválasztott szénrétegnek, a fémezett furatokat is ki tudjuk alakítani.
A réz galvanizáláshoz kétféle áramforrást használhatunk:
- Egyenáram (DC = Direct Current)
- Impulzus galvanizálás (PP = Pulse Plating)
Ez a két módszer eltérő hatással van a réz eloszlására a panelen. Nézzük meg ezeket részletesebben.
Galvanizálás egyenáramú egyenirányítókkal
A folyamatot három különböző paraméterrel tudjuk befolyásolni:
- A nyomtatott áramköri lapok rézfelülete, mind a felső, mind az alsó oldalon.
- A galvanizálási idő.
- Az áramsűrűség (A/dm2).
A galvanizálási idő és az áramsűrűség változtatható. Különböző ciklusidejű galvánprogramok állnak rendelkezésre. Minél hosszabb a galvanizálási idő és minél kisebb az áramsűrűség, annál egyenletesebb lesz a rézleválás a paneleken
Másrészről azonban a ciklusidő megváltoztatása két különböző futás között nagymértékben negatívan befolyásolja a kapacitást.
Az egyenáramú módszerrel folytonos áram van bekapcsolva az anódák és a panelek között. Így állandó áramot kapunk, az ionok mindig az anódáktól a panelek felé mozognak.
Amennyiben a panelen lévő nyomtatott áramköri lapok kialakítása kiegyensúlyozatlan vagy egyenetlen rézeloszlású, akkor a kevesebb rézzel rendelkező rajzolati területeken nagyobb rézleválás lesz, míg a több rézzel rendelkező rajzolati területeken kisebb lesz a rézleválás.
Ahhoz, hogy a galvanizálás során egyenletes rézleválást érjünk el, olyan panelekre van szükségünk, amelyek galvanizálási mutatója a lehető legközelebb van az 1-hez. A galvanizálási mutató jelzi a réz eloszlását a kialakításban, mind a PCB felső, mind az alsó oldalán.
Impulzus galvanizálási eljárás
Impulzus galvanizálásnál 6 különböző lépést határozhatunk meg egy galvanizálási cikluson belül, és beállíthatjuk a fordított áramot. A következő példa bemutatja miről is van szó.
A teljes galvanizálási idő, azaz a panelek rézfürdőben töltött teljes ideje 100%.
Ez a 100% felosztható 6 különböző hosszúságú időzónára.
Tehát az első dolog, amit meg kell határoznunk, az a különböző zónák ideje.
Ezután a zónákon belül beállíthatjuk az előremenő áram amplitúdóját és idejét, valamint a hátramenő áram amplitúdóját és idejét.
Milliszekundum pontossággal.
Mit történik pontosan?
A panelek (amelyek a katódok) a rézfürdőben vannak, és amikor a pozitív áramot bekapcsoljuk, rézleválás történik a rézfelületen.
A kiegyensúlyozatlan rézeloszlás miatt vannak helyek, ahol nagyobb a leválás, jellemzően ezek azok a helyek, ahol kevesebb réz van a rajzolatban. Ennek ellensúlyozására a cikluson belül időszakosan negatív áramot kapcsolunk be.
Így egy nagyon rövid időre a paneljeink anódokká válnak, és a felhalmozódott ionok ismét eltávolodnak a paneltől.
Ezzel az eljárással egyenletesebb rézeloszlást érünk el a végterméken. Másrészről azonban egy ilyen impulzusos egyenirányító költsége 10-szer több, mint a hagyományos egyenáramú egyenirányítóké.
A galvanizálás befejeződött
Megtörtént a panelek galvanizálása DC vagy PP technológiával.
Ezt követően minden technológiai panelen ellenőrizzük a rézvastagságot, amihez örvényáramú szondát használunk. Ez egy roncsolásmentes mérőeszköz.
A folyamat ellenőrzéséhez, valamint a pontosabb és részletesebb információk megszerzéséhez keresztmetszeti vizsgálatokat végzünk, ami a szondás méréssel ellentétben már roncsolásos eljárás és több időt vesz igénybe. Mélyebb betekintést nyújt azonban a folyamatokba.
A DC és a PP technológia galvanizálási eredményeit ugyanazon áramkör esetében keresztmetszeti vizsgálattal összehasonlítva elmondható, hogy a DC esetében a rézleválás nem egyenletes. A galvánréz vastagabb a furatokban és a vezetők felületén a ritkább rajzolat esetében és sokkal vékonyabb a telifóliás részeken.
A PP csiszolati képein azonban a galvánréz eloszlása homogénebb volt. Több tapasztalatot kell szereznünk a PP technológiával a galvanizálási paraméterek finomhangolásához, de bízunk abban, hogy a jövőben garantálni tudjuk a jobb galvanizálási eredményeket az alacsonyabb galvanizálási mutatóval rendelkező lapok esetében. A cél azonban továbbra is az egyenletes rézeloszlású nyomtatott áramköri lapok tervezése kell, hogy maradjon.