نمای کلی

آبکاری قلع شیمیایی، که اغلب به آن قلع‌کاری غوطه‌وری گفته می‌شود، یک پوشش سطحی است که برای بسته‌بندی SMT و چیپ استفاده می‌شود. این روش با استفاده از واکنش شیمیایی لایه‌ای از فلز قلع را روی مس رسوب می‌دهد. این روش برای بردهای با چگالی بالا و دقت بالا مناسب است. همچنین برای ردهای ظریف، پدهای باریک و PCBهای با گام کوچک مناسب است. این پوشش یک فرآیند سبز است که می‌تواند جایگزین آبکاری آلیاژ سرب-قلع شود. لایه قلع رسوب‌شده دارای ساختار بلوری ریز، ظاهر نقره‌ای-سفید، سطح صاف، قابلیت لحیم‌پذیری خوب و عملکرد پایدار است.

اصل آبکاری شیمیایی قلع، تغییر پتانسیل شیمیایی یون‌های مس است تا یون‌های استانوس در حمام واکنش جابجایی را انجام دهند. فلز قلع کاهش‌یافته بر سطح مس رسوب می‌کند و لایه‌ای از قلع را تشکیل می‌دهد. کمپلکس‌های فلزی که بر سطح قلع غوطه‌ور جذب می‌شوند، به کاتالیز کاهش یون قلع کمک می‌کنند. این امر واکنش کاهش را ادامه می‌دهد و تضمین می‌کند که لایه قلع به ضخامت مورد نیاز برسد.

کارکردهای اصلی

1. از ردهای مسی محافظت کنید
   غوطه‌وری در قلع، لایه‌ای از قلع روی ردهای مسی ایجاد می‌کند. این لایه از اکسید شدن و خوردگی مس جلوگیری می‌کند و به افزایش عمر برد مدار چاپی کمک می‌کند.

2. کیفیت لحیم‌کاری را بهبود بخشید
   لایه قلع شرایط لحیم‌کاری خوبی فراهم می‌کند. اتصالات لحیم‌شده قوی‌تر و قابل‌اعتمادتر می‌شوند. این امر عملکرد و قابلیت اطمینان برد را افزایش می‌دهد.

3. بهبود خواص الکتریکی
   قصد می‌تواند عملکرد الکتریکی را بهبود بخشد. این می‌تواند مقاومت را کاهش دهد و در برخی موارد به افزایش ظرفیت خازنی و القایی کمک کند. این امر باعث می‌شود مدارها با کارایی بیشتری کار کنند.

4. افزایش مقاومت در برابر سایش
   قلع مقاومت خوبی در برابر سایش دارد. آن از برد در برابر آسیب‌های ناشی از محیط خارجی محافظت می‌کند.

سناریوهای کاربرد

غوطه‌وری قلع هزینهٔ کمی دارد و کار با آن ساده است. نتایج روشنی ارائه می‌دهد. در الکترونیک‌هایی که نسبت به هزینه حساس هستند و به عملکرد لحیم‌کاری مناسبی نیاز دارند، به‌طور گسترده استفاده می‌شود. غوطه‌وری قلع همچنین در مواردی که نیاز به عملکرد زیست‌محیطی بهتر است، کاربرد دارد. در مقایسه با غوطه‌وری طلا، غوطه‌وری قلع در بسیاری از موارد دوستدار محیط‌زیست‌تر است.

تفاوت بین قلع‌پاشی PCB و قلع‌کاری شیمیایی (غوطه‌وری)

• قوطی اسپری (تسطیح لحیم‌کاری با هوای گرم PCB از طریق اسپری) هزینه‌اش کمی کمتر است. این روش قلع را تنها روی پدها اسپری می‌کند.

• قلع شیمیایی (غوطه‌وری در قلع) با روش‌های شیمیایی قلع را روی نواحی پد رسوب می‌دهد و مس سطحی را نیز در بر می‌گیرد. این روش از یک لایه نازک قلع، معمولاً ۱۰–۳۰ میکرومتر، استفاده می‌کند که عمدتاً برای جلوگیری از اکسیداسیون و بهبود تر شدن لحیم در SMT به‌کار می‌رود. هدف آن مشابه آبکاری طلای غوطه‌وری یا پوشش سطحی ارگانیک (OSP) است. SMT نیازمند قلع‌کاری برد است.

• قوطی اسپری از روش‌های فیزیکی برای پاشش لایه‌ای از قلع استفاده می‌کند. ضخامت آن معمولاً ۵۰–۱۵۰ میکرومتر است که نسبتاً ضخیم است. برای SMT نیازی به قلع‌کاری اضافی نیست. لحیم‌کاری قطعات با لحیم مذاب کافی است.

• ترکیب‌ها متفاوت هستند. قلع شیمیایی از نمک‌های قلع در محلول اسیدی حاوی قلع استفاده می‌کند. قوطی اسپری معمولاً از آلیاژهای قلع با ترکیبات سرب‌دار یا بدون سرب استفاده می‌کند (قلع خالص به دلیل نقطه ذوب بالا استفاده نمی‌شود).

• قلع شیمیایی, که به آن تین‌کاری غوطه‌وری نیز گفته می‌شود، یک عملیات سطحی برای محافظت از پد است، مشابه OSP، طلاکاری غوطه‌وری و نقره‌کاری غوطه‌وری. این عملیات عمدتاً از ورق مسی سطحی در محل‌های پد محافظت می‌کند.

• روکش‌کاری الکتروپلیت قلع (پوشش قلع) فرایندی است که در کارخانه‌های PCB در جریان مراحل دو-مس استفاده می‌شود. این پوشش از مسیرها و سوراخ‌های پرشده با قلع قبل از حکاکی محافظت می‌کند. پس از حکاکی، قلع محافظ برداشته شده و تولید به چاپ ماسک لحیم منتقل می‌شود. پوشش قلع در کارخانه‌های مونتاژ SMT دیده نمی‌شود.

جریان فرآیند

یادداشت‌های فرایند

1. پاک‌سازی و چربی‌زدایی اسیدی / تمیزکاری سوراخ
   GZ-2061 و GZ-2062 آلودگی‌های آلی، اثر انگشت و اکسیدهای مس را از پدها و سوراخ‌های عبوری پاک می‌کنند. آن‌ها سطح مسی را برای قلع‌کاری غوطه‌وری آماده می‌کنند. مواد مصرفی: GZ-2061 / GZ-2062.

2. فعال‌سازی
   GZ-2066 از حمام قلع‌کاری غوطه‌وری بعدی محافظت می‌کند. این ماده آلودگی را کاهش داده و عمر حمام را افزایش می‌دهد. مادهٔ مورد استفاده: GZ-2066.

3. پیش‌لایه‌نشانی
   پیش‌روکش‌کاری لایه نازکی از قلع را روی پایه مسی قبل از غوطه‌وری در قلع اعمال می‌کند. این کار به دستیابی به ظاهر نهایی خوب و لایه متراکم قلع کمک می‌کند. مواد مصرفی: GZ-2069.

4. حمام قلع
   قوطی قلع غوطه‌وری می‌تواند جایگزین قوطی اسپری شود. این روش با جابجایی قلع را روی مس رسوب می‌دهد. قابلیت لحیم‌پذیری بیش از شش ماه باقی می‌ماند. مواد مصرفی: GZ-2069.

ویژگی‌های محصول

پس از آبکاری غوطه‌وری در قلع، بردها ظاهری مناسب و لایه‌ای یکنواخت، متراکم از قلع با چسبندگی قوی پیدا می‌کنند. ضخامت معمول ۰٫۸–۱٫۲ میکرومتر است. لایه قلع هیچ ویسکر یا کریستال شاخه‌ای نشان نمی‌دهد.

الزامات تجهیزات و مواد مخزن

کنترل فرآیند

۱. راه‌اندازی حمام (تهیه محلول)

۲. شرایط عملیاتی

۳. قوانین تکمیل و تعویض حمام

۴. شرایط نگهداری

• GZ-2001، GZ-2002، GZ-2004: از تابش مستقیم نور خورشید اجتناب کنید. مدت نگهداری: دو سال. دمای نگهداری: از ۵- تا ۴۰ درجه سانتی‌گراد.

• GZ-2003: در دمای ۳ تا ۳۰ درجه سانتی‌گراد نگهداری شود.

۵. تصفیه فاضلاب

• پسماند مخزن تمیز: با اسید خنثی‌سازی کرده سپس طبق مقررات زیست‌محیطی تخلیه کنید.

• پسماند مخزن سوراخ‌دار: با اسید خنثی‌سازی کرده سپس طبق مقررات دفع کنید.

• پسماند مخزن فعال‌سازی: خنثی‌سازی سپس طبق مقررات تخلیه شود.

• پسماند تانک قلع‌کاری غوطه‌وری: با قلیا خنثی کرده سپس طبق مقررات دفع کنید.

• پسماند میکرواتچ: بازیابی سولفات مس با الکترواصاف‌سازی و بازکریستالی‌سازی. سپس با قلیا خنثی کرده و طبق مقررات دفع کنید.

روش‌های تجزیهٔ مواد شیمیایی

۱. H₂SO₄ در حمام حکاکی ریز

مواد شیمیایی

1. محلول استاندارد NaOH [c(NaOH)=1 مول بر لیتر]

2. 0.1% شاخص متیل نارنجی

مراحل

1. ۵ میلی‌لیتر از محلول تانک را به یک بشر مخروطی ۲۵۰ میلی‌لیتری منتقل کنید.

2. ۵۰ میلی‌لیتر آب خالص و ۲–۵ قطره متیل نارنجی اضافه کنید.

3. با محلول NaOH (۱ مول بر لیتر) تیتراسیون کنید تا رنگ از قرمز به زرد تغییر کند. حجم V را ثبت کنید.

محاسبه
H₂SO₄ (mL/L) = 5.43 × c × V
c = غلظت واقعی NaOH (مول بر لیتر)
V = حجم محلول NaOH مصرف‌شده (میلی‌لیتر)

افزودن
H₂SO₄ (میلی‌لیتر) = (مقدار تنظیم‌شده – مقدار تجزیه‌شده) × حجم مخزن (لیتر)

۲. SPS در حمام حکاکی ریز

مواد شیمیایی

1. محلول استاندارد تیوسولفات سدیم [c(Na₂S₂O₃)=0.1 مول بر لیتر]

2. شاخص نشاسته 1%

3. کی‌آی

4. ۲۰۱TP3T H₂SO₄

مراحل

1. ۲ میلی‌لیتر از محلول تانک را در یک بشر ۲۵۰ میلی‌لیتری بردارید.

2. ۵۰ میلی‌لیتر آب خالص، ۵ میلی‌لیتر H₂SO₄ غلظت ۲۰۱TP3T و ۲ گرم KI اضافه کنید و به مدت ۲۰ دقیقه در تاریکی نگهداری کنید.

3. با Na₂S₂O₃ تا رنگ زرد روشن تیتراسیون کنید. چند قطره معرف نشاسته اضافه کنید.

4. به تیتراسیون تا بی‌رنگ شدن ادامه دهید. حجم V را ثبت کنید.

محاسبه
SPS (گرم بر لیتر) = ۶۰ × c × V

افزودن
مجموع SPS (گرم) برای افزودن = (مقدار هدف – مقدار تحلیل‌شده) × حجم مخزن (لیتر)

۳. Cu²⁺ در حمام خوردگی ریز

مواد شیمیایی

1. محلول استاندارد EDTA-2Na [c=0.05 مول بر لیتر]

2. بافر آمونیاک-آمونیم کلراید با پی‌اچ ۱۰

3. 0.1% شاخص PAN

مراحل

1. ۱ میلی‌لیتر محلول تانک را به یک بشر ۲۵۰ میلی‌لیتری منتقل کنید.

2. ۱۰۰ میلی‌لیتر آب خالص، ۲۰ میلی‌لیتر بافر با pH برابر ۱۰ و ۵ قطره PAN اضافه کنید.

3. با EDTA-2Na تا رنگ سبز چمنی تیتراسیون کنید. حجم V را ثبت کنید.

محاسبه
Cu²⁺ (گرم بر لیتر) = ۶۳٫۵ × c × V

محدوده کنترل: Cu²⁺ < ۳۰ گرم بر لیتر

۴. H₂SO₄ در پاک‌کننده / عامل سوراخ‌کاری

همانند آزمون میکرو-خراش H₂SO₄. محدوده کنترلی: ۴۰–۵۰ میلی‌لیتر در لیتر.

۵. معادل اسیدی در فعال‌سازی

مواد شیمیایی: استاندارد NaOH ۰٫۱ مول بر لیتر، نشانگر سبز بروموفنول ۰٫۱۱TP3T
روش۵ میلی‌لیتر نمونه بردارید، ۱۵۰ میلی‌لیتر آب خالص و نشانگر اضافه کنید و با NaOH ۰٫۱ مول در لیتر تا نقطه پایانی آبی تیتراسیون کنید.
محاسبهاسید معادل = 0.02 × V. دامنه کنترل: 0.1–0.2 N.

تحلیل حمام قلع غوطه‌وری

۱. آنالیز معادل اسید

مواد شیمیایی: NaOH ۱ مول بر لیتر، نشانگر فنولفتالئین ۰٫۱۱TP3T
روش۲ میلی‌لیتر نمونه بردارید، ۱۰۰ میلی‌لیتر آب خالص و معرف اضافه کنید، با NaOH تیتراسیون کنید تا بی‌رنگ به قرمز تبدیل شود. V را ثبت کنید.
محاسبه: معادل اسید = ۰٫۵ × c × V.

۲. تحلیل محتوای قلع

مواد شیمیاییEDTA-2Na 0.05 مول بر لیتر، نشانگر نارنجی دی‌متیل‌فنول (مخلوط ۱۰۰ میلی‌گرم نارنجی دی‌متیل‌فنول با ۱۰ گرم KNO₃)، بافر استات با پی‌اچ ۴٫۵.
روش۵ میلی‌لیتر نمونه بردارید، ۲۵ میلی‌لیتر بافر با pH برابر ۴٫۵ و ۱۰۰ میلی‌لیتر آب خالص اضافه کنید. مخلوط کنید و حدود ۵۰ میلی‌گرم معرف اضافه کنید. با EDTA-2Na تیتراسیون کنید تا رنگ از صورتی به زرد تغییر کند. V را ثبت کنید.
محاسبه: Sn (g/L) = 24 × c × V.

۳. Cu²⁺ در حمام قلع غوطه‌وری

همان روش EDTA فوق. کنترل Cu²⁺: از فرمول Cu²⁺ (g/L) = 63.5 × c × V استفاده کنید.

کنترل کیفیت

ضخامت قوطی به روش توزینی

1. یک برد دو رویه مسی به ابعاد ۵ × ۵ سانتی‌متر مربع بدون سوراخ بردارید. در دمای ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۵ دقیقه بپزید. به مدت ۱۵ دقیقه خنک کنید. وزن دقیق آن را اندازه بگیرید = W1.

2. پس از چربی‌زدایی و میکرو-اتش، در دمای ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۵ دقیقه بپزید. سپس به مدت ۱۵ دقیقه خنک کنید. وزن = W2.

3. پس از غوطه‌وری در قلع، در دمای ۱۲۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۱۵ دقیقه بپزید. سپس به مدت ۱۵ دقیقه خنک کنید. وزن = W3.

4. ضخامت میکرو-ایتچ (میکرون) = ۲۲٫۴۲ × (W1 – W2).

5. ضخامت قلع‌کاری (میکرومتر) = ۳۸۶٫۱۳ × (W3 – W2).

جایی که W1 = وزن قبل از میکرو-ایتچ (گرم)
W2 = وزن پس از میکرو-اتچ (گرم)
W3 = وزن پس از آبکاری قلع (گرم)
۲۲٫۴۲ و ۳۸۶٫۱۳ ضرایب تبدیل هستند.

یادداشت‌های ویژه

1. از روش وزنی یا اشعه ایکس برای اندازه‌گیری ضخامت قلع استفاده کنید. ضخامت را بین ۰٫۸ تا ۱٫۲ میکرومتر نگه دارید تا قابلیت لحیم‌پذیری و عمر نگهداری تضمین شود.

2. قبل از چاپ ماسک لحیم، سطح مس را با فرآیندی زبر آماده کرده و از جوهر باکیفیت برای ماسک لحیم استفاده کنید. این کار تضمین می‌کند که ماسک لحیم در برابر مواد شیمیایی غوطه‌وری قلع مقاوم باشد.

عیب‌یابی و راه‌حل‌ها

• مشکل: ضخامت قلع خیلی کم است

  • علت احتمالی ۱: دمای تانک بیش از حد پایین است.

    • راه‌حل: هیتر را بررسی کنید. قبل از آبکاری بردها، مطمئن شوید دما در محدوده فرآیند قرار دارد.

  • علت احتمالی ۲: اسیدیته تانک بیش از حد بالا است.

    • راه‌حل: برای تنظیم اسیدیته، آب خالص اضافه کنید.

  • علت احتمالی ۳: میزان قلع کم است.

    • راه‌حل: GZ-2069-B را اضافه کنید تا سطح قلع افزایش یابد.

  • علت احتمالی ۴: نرخ میکرو-حفر کم است.

    • راه‌حل: نرخ میکرو-حفر را در محدوده فرآیند افزایش دهید.

• مشکل: تیره شدن سطح قلع

  • علت احتمالی ۱: فیلتراسیون ضعیف مخزن.

    • راه‌حل: سیستم فیلتر را بررسی کنید. فیلتر را تعویض کنید. در دمای ۴۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۲–۴ ساعت فیلتر کنید.

  • علت احتمالی ۲: اسیدیته تانک بیش از حد بالا است.

    • راه‌حل: برای تنظیم اسیدیته، آب خالص اضافه کنید.

  • علت احتمالی ۳: سرعت میکرو-ایتچ خیلی کم است.

    • راه‌حل: سطح H₂SO₄، Na₂S₂O₈ و Cu²⁺ را در میکرو-ایتچ بررسی کنید. آن‌ها را در محدودهٔ طبیعی نگه دارید.

  • علت احتمالی ۴: آبکشی پس از آبکاری قلع تمیز نیست.

    • راه‌حل: شست‌وشو را بهبود دهید یا مخزن شست‌وشو را تعویض کنید.

• مشکل: رنگ قلع نامنظم

  • علت احتمالی ۱: چگالی مخصوص مخزن بیش از حد بالا است.

    • راه‌حل: محلول را رقیق کرده و تجزیه و تحلیل کنید.

  • علت احتمالی ۲: سرعت میکرو-ایتچ خیلی کم است.

    • راه‌حل: بررسی میکرو-اچ H₂SO₄، Na₂S₂O₈، Cu²⁺.

  • علت احتمالی ۳: آلودگی در وان قلع‌کاری پیش از صفحه یا وان غوطه‌وری.

    • راه‌حل: تعویض حمام قلع‌کاری پیش از صفحه یا حمام غوطه‌وری قلع.

  • علت احتمالی ۴: سطح مس غیرعادی است.

    • راه‌حل: سطح مس را تمیز کنید.

• مشکل: قابلیت لحیم‌پذیری ضعیف

  • علت احتمالی ۱: Cu²⁺ در مخزن قلع بیش از حد بالا است.

    • راه‌حل: محلول وان حمام را تعویض کنید.

  • علت احتمالی ۲: آبکشی پس از آبکاری قلع تمیز نیست.

    • راه‌حل: شست‌وشو را بهبود دهید یا مخزن شست‌وشو را تعویض کنید.

  • علت احتمالی ۳: آلودگی در حین خشک‌کردن با هوا.

    • راه‌حل: قسمت خشک‌کن و دمنده را تمیز کنید.