Chụp đồng theo chiều ngang trong sản xuất PCB: Quá trình, lợi ích và ứng dụng công nghiệp

Súng đồng - còn được gọi là điện mạ đồng - là một bước cơ bản trong sản xuất PCB, tạo ra các lớp đồng dẫn điện kết nối các dấu vết, đường dẫn và các thành phần.Trong khi chìm đồng dọc từ lâu đã là tiêu chuẩn, chìm đồng theo chiều ngang đã xuất hiện như một trò chơi thay đổi cho khối lượng lớn, PCB chính xác cao.Phương pháp này mang lại sự đồng nhất không có đối thủ, thông lượng nhanh hơn, và tương thích tốt hơn với các thiết kế PCB tiên tiến như HDI (High-Density Interconnect) và các bảng xếp hạng lớp cao.

Hướng dẫn này giải thích về việc chìm đồng ngang, từ quy trình từng bước đến những lợi thế của nó so với các phương pháp truyền thống.và thực tiễn tốt nhất để đảm bảo kết quả tối ưuCho dù bạn đang sản xuất PCB ô tô, bộ định tuyến trung tâm dữ liệu hoặc thiết bị điện tử tiêu dùng, sự hiểu biết về việc chìm đồng theo chiều ngang sẽ giúp bạn sản xuất các bảng hiệu suất cao đáng tin cậy theo quy mô.

Sự chìm đồng theo chiều ngang là gì?
Horizontal copper sinking is an automated electroplating process that deposits a uniform layer of copper onto PCB surfaces and via walls as the board moves horizontally through a continuous line of plating tanksKhông giống như chìm đồng dọc (nơi PCB được đắm dọc vào các bể lớn),Các hệ thống ngang sử dụng cuộn chính xác và vòi phun để kiểm soát môi trường mạ ốp quan trọng đối với các PCB hiện đại đòi hỏi dung sai độ dày chặt chẽ.

Các mục tiêu chính của việc đắm đồng (phẳng hoặc dọc)
1Chế độ dẫn điện: Tạo các lớp đồng kháng thấp (1,72 × 10−8 Ω · m kháng điện) để truyền tín hiệu và điện.
2.Via Filling: Bảng thông qua tường để kết nối các lớp trong PCB đa lớp.
3.Sự đồng nhất: Đảm bảo độ dày đồng nhất trên PCB (cần thiết cho các thiết kế tần số cao và công suất cao).
4.Adhesion: Đồng liên kết chặt chẽ với chất nền PCB (FR-4, polyimide) để tránh lột trong quá trình lắp ráp hoặc chu trình nhiệt.

Nắm đồng theo chiều ngang xuất sắc trong các mục tiêu này, đặc biệt là cho sản xuất khối lượng lớn và kiến trúc PCB tiên tiến.

Làm thế nào để làm chìm đồng ngang: Tiến trình từng bước
Nắm đồng theo chiều ngang theo một quy trình làm việc theo dõi, theo dõi để đảm bảo mạ đồng đều. Mỗi bước được tối ưu hóa để giảm thiểu các khiếm khuyết (ví dụ: lỗ hổng, điểm mỏng) và tối đa hóa hiệu quả.Dưới đây là một sự phân chia chi tiết:

Giai đoạn 1: Phương pháp xử lý trước ️ Chuẩn bị bề mặt PCB
Làm sạch và kích hoạt đúng cách là điều cần thiết để đảm bảo đồng dính vào PCB và mạ đồng đều:
1- Giảm mỡ.
a.Mục đích: Loại bỏ dầu, dấu vân tay và dư lượng sản xuất gây ra khoảng trống mạ.
b.Quá trình: PCB đi vào một bồn tẩy rửa kiềm nóng (50 ∼60 °C) (pH 10 ∼12) khi di chuyển dọc theo đường ngang. Các con lăn duy trì tốc độ ổn định (1 ∼2 m/phút) để đảm bảo ngâm hoàn toàn.
c. Chất đo lường chính: Mức độ dư lượng < 1μg/in2, được xác minh bằng thử nghiệm vỡ nước (không có hạt nước trên bề mặt PCB).

2. Micro-Etching
a.Mục đích: Tạo bề mặt đồng thô (Ra 0,2 ‰ 0,4 μm) để cải thiện độ dính sơn.
b.Quá trình: PCB đi qua một chất khắc axit nhẹ (axit lưu huỳnh + hydrogen peroxide) trong 30 ∼60 giây.
c. Kiểm soát quan trọng: Tốc độ khắc được duy trì ở mức 1 ‰ 2 μm / phút để tránh khắc quá mức (gây suy yếu chất nền) hoặc khắc quá thấp (giảm độ dính).

3- Thịt chua.
a. Mục đích: Trợ giúp trung hòa các dư lượng kiềm từ việc khử mỡ và kích hoạt bề mặt đồng để mạ.
b.Quá trình: Một bồn tắm axit lưu huỳnh pha loãng (nồng độ 10% đến 20%) loại bỏ các lớp oxit và chuẩn bị bề mặt để lắng đọng đồng.

4- Rửa sạch.
a. Mục đích: Loại bỏ các hóa chất còn lại để ngăn ngừa nhiễm trùng chéo giữa các bể.
b. Quá trình: PCB đi qua các trạm rửa nước 3 ′′ 4 DI (được khử ion hóa), với vòi phun nhắm vào cả hai bên.

Giai đoạn 2: Giảm đồng theo chiều ngang
Đây là giai đoạn lõi, trong đó đồng được điện áp trên PCB thông qua một phản ứng hóa học được kiểm soát:
1- Chuẩn bị tắm.
a. Hóa học: Cỗ chứa chính chứa dung dịch sulfat đồng (6080g/L CuSO4·5H2O), axit lưu huỳnh (180220g/L) và các chất phụ gia (được cân bằng, làm sáng, ức chế):
Đường ngang: Đảm bảo độ dày đồng đều bằng cách giảm sự phát triển đồng ở các điểm cao (ví dụ: các cạnh vết).
Các chất làm sáng: Cải thiện kết thúc bề mặt (cần thiết cho các thành phần sắc nét).
Các chất ức chế: Ngăn chặn sự lắng đọng đồng trên các khu vực không phải mục tiêu (ví dụ như mặt nạ hàn).
b. Điều kiện: Nhiệt độ tắm được kiểm soát ở 20 ̊25 °C; pH được duy trì ở 0,8 ̊1,2 (điều kiện axit tối ưu hóa độ hòa tan đồng).

2- Thiết lập điện áp.
a.Anode: Các giỏ titan chứa các quả cầu đồng tinh khiết cao (99,99% tinh khiết) xếp dọc các bên của bể. Chúng hoạt động như điện cực dương, hòa tan trong bồn để bổ sung các ion đồng.
b.Cathode: Bản thân PCB đóng vai trò là điện cực âm. Các ion đồng (Cu2 +) trong bồn tắm bị thu hút vào PCB, nơi chúng đạt được các electron và lắng đọng dưới dạng đồng rắn (Cu0).
c. Kiểm soát dòng điện: Một nguồn điện DC cung cấp mật độ dòng điện đồng đều (24 A/dm2) trên toàn bộ PCB.Các hệ thống ngang sử dụng phân phối dòng chảy từ cạnh đến cạnh để tránh lớp mỏng ở các cạnh của bảng.

3.Số liệu liên tục
a. Di chuyển: PCB di chuyển ngang qua bể với tốc độ 1 ′ 3 m/min, được hướng dẫn bởi các cuộn chính xác.Tốc độ đường được hiệu chuẩn để đạt được độ dày đồng mục tiêu (thường là 15-30μm cho các lớp tín hiệu), 30-50μm cho các lớp điện).
b. Khơi dậy: Máy phun khí và vòi phun nước khuấy động bồn tắm, đảm bảo dòng điện giải tươi qua bề mặt PCB và vào các đường quan trọng để tránh lỗ hổng trong các đường nhỏ (≤ 0,2 mm).

Giai đoạn 3: Sau khi xử lý
Sau khi mạ, PCB trải qua các bước để tăng độ bền và xác minh chất lượng:
1- Thấm axit.
a. Mục đích: Loại bỏ các lớp oxit hình thành trên bề mặt đồng tươi trong quá trình mạ.
b.Quá trình: Một đắm ngắn (10 ∼ 15 giây) trong axit sulfuric pha loãng (nồng độ 5 ∼ 10%) đảm bảo đồng vẫn có thể hàn.

2.Sửa sạch và sấy khô
a. Rửa: 2 ⁄ 3 lần rửa thêm bằng nước DI để loại bỏ dư lượng bồn rửa.
b. Giấm khô: dao không khí nóng (80-100 °C) thổi nước dư thừa ra khỏi bề mặt PCB, tiếp theo là máy sấy chân không để loại bỏ độ ẩm bị mắc kẹt trong ống dẫn.

3- Đo độ dày
a. Phương pháp: Các cảm biến phát quang tia X (XRF) trực tuyến quét PCB khi nó ra khỏi đường dây, đo độ dày đồng ở 20-30 điểm cho mỗi bảng.
b. Khả năng dung nạp: Việc đắm đồng theo chiều ngang đạt được sự đồng nhất độ độ dày ± 5% ắt hơn nhiều so với các hệ thống dọc (± 15%).

4Kiểm tra trực quan
a.AOI (Kiểm tra quang học tự động): Máy ảnh kiểm tra các khiếm khuyết mạ mạ mạ mạ (hố, vỏ, kết thúc không đồng đều) và đánh dấu các tấm không phù hợp để làm lại hoặc phế liệu.

Chụp đồng theo chiều ngang so với chiều dọc: Phân tích so sánh
Việc đắm đồng theo chiều ngang và dọc phục vụ các nhu cầu sản xuất khác nhau. Bảng dưới đây nhấn mạnh sự khác biệt chính của chúng, giúp các nhà sản xuất chọn phương pháp phù hợp:

Những điểm quan trọng
a.Cầu ngang: Lý tưởng cho sản xuất khối lượng lớn (ví dụ: ô tô, điện tử tiêu dùng) và PCB tiên tiến (HDI, 12 + lớp) nơi sự đồng nhất là rất quan trọng.
b.Vertical: Thích hợp cho các nguyên mẫu khối lượng thấp, lô nhỏ hoặc PCB đơn giản, nơi chi phí trước là ưu tiên.

Lợi ích chính của việc đắm đồng theo chiều ngang cho sản xuất PCB
Ưu điểm chìm đồng theo chiều ngang làm cho nó trở thành sự lựa chọn ưa thích cho các nhà sản xuất PCB hiện đại, đặc biệt là những người mở rộng quy mô đến khối lượng lớn hoặc sản xuất các thiết kế phức tạp:

1. Đơn nhất mạ không có đối thủ
Độ dày đồng đều của đồng là rất quan trọng cho:
a. Các tín hiệu tần số cao: Lớp phủ không đồng đều gây ra sự không phù hợp về trở kháng, dẫn đến mất tín hiệu trong thiết kế 5G (28GHz +) hoặc PCIe 6.0 (64Gbps).Các hệ thống ngang ± 5% độ khoan dung đảm bảo trở kháng nhất quán (± 10% của mục tiêu).
b. Quản lý nhiệt: Ngay cả các lớp đồng cũng phân tán nhiệt đồng đều, ngăn chặn các điểm nóng trong PCB điện (ví dụ: biến tần EV).Một nghiên cứu của IPC cho thấy mạ ngang làm giảm sức đề kháng nhiệt 20% so với. thẳng đứng.
c. Khả năng hàn: bề mặt đồng nhất bằng đồng đảm bảo các khớp hàn đáng tin cậy, giảm các khiếm khuyết lắp ráp (ví dụ: khớp lạnh) 30~40%.

2. Lượng sản xuất cao cho sản xuất hàng loạt
Các đường thẳng ngang xử lý PCB liên tục, không phải theo lô quan trọng đối với các nhà sản xuất cung cấp thị trường khối lượng lớn:
a.Tốc độ: 1 ¢3 mét mỗi phút chuyển thành 10.000+ PCB mỗi ngày cho các tấm có kích thước tiêu chuẩn (18 ¢ x 24 ¢).
b.Scalability: Nhiều đường ngang có thể được kết nối để tạo thành một tế bào sản xuất, xử lý 50k + PCB / ngày cho ô tô hoặc điện tử tiêu dùng.
c. Tiết kiệm lao động: Các đường dây tự động hoàn toàn đòi hỏi ít lao động hơn 50~70% so với các hệ thống dọc, giảm chi phí hoạt động.

3. Tốt hơn thông qua chất lượng mạ
Các đường nhỏ (≤ 0,2 mm) trong PCB HDI dễ bị lỗ hổng trong các hệ thống dọc nhưng chìm ngang giải quyết điều này:
a. Trộn mục tiêu: Các vòi phun hướng chất điện phân vào ống dẫn, đảm bảo đồng lấp đầy toàn bộ lỗ mà không có bong bóng không khí.
b. Phân phối dòng: Việc phân phối dòng từ cạnh sang cạnh ngăn chặn lớp phủ mỏng tại các lỗ, một vấn đề phổ biến trong các bể dọc.
c. Dữ liệu: Các hệ thống ngang đạt được 98% đường không trống so với 80% cho đường dọc quan trọng đối với các thiết kế HDI, nơi đường nối 8 + lớp.

4- Tương thích với thiết kế PCB tiên tiến
Tấm đồng chìm theo chiều ngang hỗ trợ các kiến trúc PCB đòi hỏi khắt khe nhất:
a.PCB HDI: Các thành phần nhịp độ mỏng (0,4 mm BGA) và microvias (0,1 mm) yêu cầu lớp phủ đồng nhất  Hệ thống ngang đáp ứng các tiêu chuẩn IPC-6012 lớp 3 cho HDI đáng tin cậy cao.
b. PCB lớp cao (12 + lớp): Các lớp đồng dày (30 ¢ 50 μm) trong các mặt phẳng điện được mạ đồng đều, tránh hiệu ứng xương chó (các cạnh dày hơn) phổ biến trong các hệ thống dọc.
c. Các tấm lớn: Các đường ngang xử lý các tấm lên đến 24 ′′x 36 ′′, giảm số lượng thay đổi tấm và cải thiện hiệu quả.

5. Giảm các khiếm khuyết và phế liệu
Bằng cách giảm thiểu lỗi của con người và kiểm soát các biến thể quy trình, chìm đồng theo chiều ngang cắt giảm các khiếm khuyết:
a. Tỷ lệ phế liệu: Tỷ lệ phế liệu điển hình là 2 ¢3% so với 8 ¢10% cho các hệ thống dọc, tiết kiệm (50k ¢) 200k mỗi năm cho các nhà sản xuất khối lượng lớn.
b. Giảm công việc tái tạo: Lớp mạ đồng đều làm giảm nhu cầu tái mạ (chi phí (0,50 ‰) 2,00 mỗi PCB), giảm chi phí hơn nữa.

Ứng dụng công nghiệp của thùng đồng chìm ngang
Nắm đồng theo chiều ngang là điều không thể thiếu trong các ngành đòi hỏi PCB có khối lượng lớn và độ tin cậy cao:
1. Điện tử ô tô
a. Trường hợp sử dụng: Các biến tần EV, cảm biến ADAS (Hệ thống hỗ trợ lái xe tiên tiến), hệ thống thông tin giải trí.
b.Why Horizontal: Các nhà sản xuất ô tô (ví dụ: Tesla, Toyota) sản xuất 100k+ PCB mỗi tháng.Tốc độ thông qua và sự đồng nhất của việc chìm ngang đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn AEC-Q200 (sự tin cậy của các thành phần ô tô).
Ví dụ: Một nhà sản xuất EV hàng đầu đã giảm tỷ lệ phế liệu PCB biến tần từ 9% xuống còn 2% sau khi chuyển sang đắm đồng ngang, tiết kiệm 1,2 triệu đô la mỗi năm.

2Điện tử tiêu dùng
a. Trường hợp sử dụng: Điện thoại thông minh, máy tính xách tay, thiết bị đeo (ví dụ: Apple iPhone, Samsung Galaxy).
b. Tại sao ngang: PCB HDI trong điện thoại thông minh đòi hỏi microvias 0,1mm và đồng bằng đồng (1520μm). Hệ thống ngang đáp ứng các thông số kỹ thuật này ở quy mô (50k + PCB / ngày).
c. Lợi ích chính: Cho phép PCB mỏng hơn (0,8 ∼1,2 mm) bằng cách đảm bảo mạ mịn trên các dấu vết mỏng (3/3 mil dấu vết / không gian).

3. Trung tâm dữ liệu
a. Trường hợp sử dụng: Chuyển mạch Ethernet 400G / 800G, bảng chủ máy chủ AI.
b.Why Horizontal: tín hiệu tốc độ cao (800G Ethernet) yêu cầu kiểm soát trở ngại (± 5%).
c. Lợi thế nhiệt: Ngay cả các lớp đồng cũng phân tán nhiệt từ GPU công suất cao, kéo dài tuổi thọ của máy chủ 30%.

4. Tự động hóa công nghiệp
a. Các trường hợp sử dụng: PLC (Điều khiển logic có thể lập trình), động cơ, cảm biến IoT.
b.Tại sao ngang: PCB công nghiệp hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (100 °C +).
Ví dụ: Siemens sử dụng chìm đồng ngang trong PCB PLC của mình, đạt độ tin cậy hoạt động 99,9% trong cài đặt nhà máy.

Thách thức trong việc đắm đồng ngang và giải pháp
Trong khi chìm đồng theo chiều ngang mang lại lợi ích đáng kể, nó đặt ra những thách thức độc đáo được giải quyết bằng các kỹ thuật chuyên môn:
1. Bảo trì hóa chất tắm
Thách thức: Nồng độ đồng, độ pH và mức độ phụ gia thay đổi theo thời gian, làm giảm chất lượng mạ.
Giải pháp: Cài đặt các hệ thống giám sát tự động (ví dụ: các đầu dò hiệu suất, quang phổ UV-Vis) để điều chỉnh hóa học trong thời gian thực.50kg các quả cầu đồng mỗi 10k PCB).

2Chi phí thiết bị và yêu cầu không gian
Thách thức: Các đường thẳng ngang có chi phí (500k) 2M và đòi hỏi 500k 1,000 sq ft không gian sàn ức chế cho các nhà sản xuất nhỏ.
Giải pháp: Đối với các công ty vừa, hợp tác với các nhà sản xuất hợp đồng (CM) chuyên chuyên về đắm đồng theo chiều ngang.thuê thiết bị để giảm chi phí đầu tư trước.

3. Độ dày lớp phủ cạnh
Thách thức: PCB thường có lớp phủ mỏng hơn ở các cạnh (do hiện tại đông đúc), dẫn đến mất tín hiệu.
Giải pháp: Sử dụng các tấm chắn cạnh (các cực trợ giúp dọc theo các cạnh đường) để chuyển hướng dòng điện, đảm bảo độ dày đồng đều trên toàn bộ bảng.

4. Via Hỗn độ hình thành trong Vias nhỏ (< 0.15mm)
Thách thức: Ngay cả khi kích thích, các đường nhỏ có thể giữ không khí, gây ra lỗ.
Giải pháp: Xử lý trước PCB bằng một bước khử khí chân không trước khi mạ để loại bỏ không khí khỏi ống thông. Sử dụng vòi phun dòng chảy cao (10 ¢ 15 L / phút) để ép điện giải vào các lỗ nhỏ.

Thực tiễn tốt nhất cho việc đắm đồng theo chiều ngang
Để tối đa hóa lợi ích của việc đắm đồng ngang, hãy làm theo các hướng dẫn sau:
1Tối ưu hóa tốc độ đường dây: Khớp tốc độ với độ dày mục tiêu (ví dụ: 1,5 m / phút cho đồng 20μm, 2,5 m / phút cho 15μm).
2Sử dụng chất phụ gia chất lượng cao: Đầu tư vào các chất làm mỏng và nén cao cấp (ví dụ, từ Atotech, MacDermid) để cải thiện sự đồng nhất và hoàn thiện.
3Thực hiện kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt:
Đo độ dày đồng ở 20 điểm trên mỗi PCB (XRF).
Sử dụng phân tích cắt ngang để kiểm tra qua các lỗ hổng (≤ 2% diện tích trống cho mỗi IPC-A-600).
Thực hiện các thử nghiệm dính (IPC-TM-650 2.4.1) để đảm bảo đồng không vỏ.
4.Các nhà điều hành tàu: Đảm bảo nhân viên hiểu hóa học bồn tắm, khắc phục sự cố (ví dụ: điều chỉnh pH), và các giao thức an toàn (sử dụng axit).
5Đối tác với các nhà cung cấp có kinh nghiệm: Làm việc với các nhà sản xuất (ví dụ: LT CIRCUIT) cung cấp các dây chuyền chìm đồng ngang sẵn sàng và hỗ trợ kỹ thuật.

Câu hỏi thường gặp
Hỏi: Độ dày đồng tối thiểu có thể đạt được bằng đắm đồng theo chiều ngang là bao nhiêu?
A: Độ dày tối thiểu điển hình là 5 ‰ 10 μm (đối với PCB HDI độ cao mỏng), mặc dù các hệ thống chuyên biệt có thể đạt được 3 ‰ 5 μm cho các thiết kế siêu mỏng.

Hỏi: Có thể sử dụng chìm đồng ngang cho PCB linh hoạt không?
A: Vâng, PCB mềm (phân chất polyimide) đòi hỏi mật độ dòng thấp hơn (1 ¢ 2 A / dm2) để tránh tổn thương nền, nhưng các hệ thống ngang có thể được hiệu chỉnh cho điều này.Sử dụng các cuộn linh hoạt để ngăn ngừa nếp nhăn.

Hỏi: Một dây chuyền chìm đồng ngang cần bảo trì thường xuyên như thế nào?
A: Bảo trì thường xuyên (thay đổi bộ lọc, thay đổi anode) là cần thiết hàng tuần.

Hỏi: Việc đắm đồng theo chiều ngang có tuân thủ các tiêu chuẩn RoHS và REACH không?
Đáp: Có, sử dụng các quả cầu đồng không chì và các chất phụ gia phù hợp với RoHS (không có crôm sáu giá trị, cadmium).

Q: Độ dày tối đa của PCB có thể được xử lý theo chiều ngang là bao nhiêu?
A: Hầu hết các dòng xử lý PCB dày lên đến 3,2mm (tiêu chuẩn cho PCB cứng).

Kết luận
Đồng chìm theo chiều ngang đã cách mạng hóa sản xuất PCB, cho phép các nhà sản xuất đáp ứng nhu cầu của điện tử khối lượng lớn, độ chính xác cao.và tương thích với thiết kế tiên tiến (HDI), PCB lớp cao) làm cho nó trở thành tiêu chuẩn vàng cho các ứng dụng ô tô, tiêu dùng và công nghiệp.

Trong khi chi phí ban đầu cao hơn so với các hệ thống dọc, chìm đồng theo chiều ngang có chi phí đơn vị thấp hơn, giảm các khiếm khuyết,và khả năng mở rộng biện minh cho đầu tư cho các nhà sản xuất nhằm cạnh tranh trên các thị trường hiện đạiBằng cách tuân theo các thực tiễn tốt nhất ối ưu hóa chất tắm, thực hiện kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt và đào tạo nhân viên, các công ty có thể khai thác đầy đủ tiềm năng của công nghệ này.

Khi PCB tiếp tục phát triển (mỏng hơn, dày đặc hơn, nhanh hơn), chìm đồng theo chiều ngang sẽ vẫn là một yếu tố quan trọng, đảm bảo hiệu suất đáng tin cậy trong các thiết bị cung cấp năng lượng cho cuộc sống hàng ngày của chúng ta.