Xi Mạ trong công nghệ sản xuất bo mạch điện tử

[Toan ND]

T muốn tạo nên chủ đề mới để thảo luận, trao đổi thêm thông tin kinh nghiệm về công nghệ xi mạ trong ngành sản xuất bo mạch điện tử (bo mạch in).

T đã học hỏi kinh nghiệm trong ngành này gần 9 năm. Thật sự muốn trao đổi thêm để bổ sung kiến thức cũng như giới thiệu 1 công nghệ hoàn toàn mới trong ngành Electrochemistry cho các bạn có ý định hướng nghiệp theo ngành điện hóa phục vụ trong công nghiệp điện tử.

Có ai quan tâm không vậy! Mình nên tạo nên chủ đề này không?

Cám ơn đã đọc tin và cho ý kiến!

[C.H.V]

Em được đi tham quan nhà máy sản xuất bo mạch FUJITSU do trường tổ chức. Tại đây em cũng được các anh kỹ sư hướng dẫn và chỉ dạy sơ sơ về quá trình mạ kim loại lên bo mạch điện tử.
Sơ lược về FUJITSU Nhật Bản
Tập đoàn được thành lập vào năm 1935 tại Nhật Bản, trụ sở chính ở tại TOKYO, Nhật Bản.
Sản phẩm và dịch vụ của tập đoàn Fujitsu
Linh kiện điện tử gồm có vi mạch, đế bản mạch in ( bo mạch) là một trong những sản phẩm của FUJITSU.
Công ty có thể sản xuất được đế bản mạch in điện tử tối đa 18 lớp, năng lực sản xuất hiện nay khoảng 30 000 m² đế bản mạch in trên một tháng. Hiện nay FCV sử dụng công nghệ láp ráp bản mạch in FMC ( lắp ráp bề mặt ) có khả năng gắn vi chíp rất nhỏ, nhanh, tốc độ gắn là 27 linh kiện trong một giây và có độ chính xác rất cao, năng suất là 3 triệu sản phẩm/tháng.
Tham quan dây chuyền tạo đế bản mạch in của công ty FCV (FUJITSU COMPUTER VIETNAM).
Tạo đường dẫn điện trên bề mặt đế mạch in
Bước đầu tiên là tạo mạch điện trên tấm CCL (copper clad laminate): tấm CCL là tấm gồm có hai bề mặt là hai lớp đồng ở giữa là lớp nhựa cách điện. Họ đem tấm CCL đi đánh bóng bề mặt, chủ yếu là làm sạch bề mặt của nó, dùng acid loãng để rửa lớp oxide đồng có thể có trên bề mặt. Sau đó họ phủ lớp trên và dưới của tấm CCL bằng một lớp phim cảm quang. Phim cảm quang này có đặc tính khi ánh sáng chiếu vào nó sẽ bị chết hay gọi là quá trình polymer hóa (không rõ đây là loại polymer gì), phần ánh sáng không chiếu vào thì không bị chết (không bị polymer hóa). Họ phủ tiếp lên hai mặt của tấm CCL bằng một tấm che khác, tấm che này có tác dụng chắn sáng một phần, và chừa lại những phần mà nơi đó là đường đi của mạch điện trên bản mạch in. Phần nào cần ánh sáng đi qua thì họ để trẳng, phần nào cần che thì họ tô đen.
Sau đó, họ chiếu ánh sáng vào bản mạch. Phần có ánh sáng chiếu vào thì lớp cảm quang bị chết (polymer hóa), phần ánh sáng không chiếu vào thì không chết (vẫn là monomer). Người ta cho tấm này qua dung dịch Na₂CO₃ để rửa bỏ đi phần monomer sẽ lộ ra phần đồng, phần còn lại trên tấm đồng là các đường phủ polymer (polymer bền) bám dính lên bề mặt đồng. Kế tiếp là qua dung dịch acid (HCl+H₂O₂)để hòa tan phần đồng không được phủ. Sau đó cho qua dung dịch để hòa tan phần polymer bền thì ta thu được đường dẫn đồng như mong muốn ( các đường dẫn đồng này ban đầu là bên dưới lớp polymer bền).
Quá trình ép nhiều lớp
Sau khi đã tạo được mạch điện đồng trên bề mặt, họ đem đi ép. Nhưng trước khi ép họ làm nhám bề mặt bằng cách oxi hóa lớp đồng tạo những cái gay trên bề mặt, bề mặt đồng bây giờ là màu đen, để khi ép sẽ kết dính chặt hơn. Sau khi mà tạo được các tấm có đường đi của mạch điện rồi sau đó họ ép nhiều lớp lại với nhau và khoan.

Quy trình ép: ép các lớp lại với nhau tạo thành một đế mạch in, bên dưới mỗi lớp đều có những đường dẫn điện bằng đồng rất mỏng, nên trong một diện tích nhỏ có thể tích hợp được nhiều đường dẫn điện. Người ta xếp các lớp lên với nhau, xen kẽ với những tấm nhựa cách điện, ép nóng các tấm nhựa lót cách điện sẽ chảy ra và kết dính các lớp, các tấm nhựa là nhựa epoxy dạng prepolymer. Quá trình ép được thực hiện trong phòng sạch, để không có bụi dính lên bo, nếu có bụi sẽ gây hư hỏng sản phẩm.
Quá trình khoan xuyên lỗ
Sau khi ép xong thì phải nối điện tất cả các lớp lại với nhau, nên người ta sẽ khoan xuyên qua các lớp. Người ta dùng công nghệ khoan CNC, người ta làm tạo độ tất cả các điểm sau đó họ sẽ khoan xuyên để nối các lớp với nhau. Người công nhân sẽ lắp nhiều mũi khoan vào một giá đỡ, máy được lên chương trình tự nhận diện các mỗi khoan theo vị trí trên giá đỡ, máy tự động lấy mũi khoan và khoan.

Tốc độ quay của máy khoan khoảng 150-200 ngàn vòng/ phút. Sau khi khoan, người công nhân kiểm tra số lượng lỗ khoan bằng mắt thường.

Có 2 loại lỗ: lỗ xuyên qua nhiểu lớp ( nối nhiều lớp với nhau) và lỗ chỉ xuyên một lớp (chỉ nối 2 lớp với nhau). Đối với loại lỗ xuyên qua nhiều lớp thì dùng mũi khoan để khoan, còn lỗ chỉ xuyên qua một lớp và không làm thủng lớp thứ hai, khi ấy người ta sử dụng công nghệ lase để khoan.

(to be continue..)

[C.H.V]

Quá trình mạ xuyên lỗ

Khoan xong thì vẫn chưa nối điện, cần phải mạ xuyên qua các lỗ đê nối điện. Mạ xuyên lỗ là quá trình nối điện giữa các lớp.

Nguyên tắc mạ xuyên lỗ được thực hiện tương tự như nguyên tắc mạ phi kim, tức là tìm cách mạ một lớp kim loại lên trên bề mặt của một vật liệu phi kim (vật liệu không dẫn điện). Cơ chế mạ xuyên lỗ được thực hiện như sau: đầu tiên bề mặt của lỗ khoan được tạo khả năng dẫn điện bằng phương pháp mạ hóa.

http://chemvn.net/chemvn/showthread.php?t=4880&page=2
(Cơ chế tương tự như ở công ty Watson, còn hóa chất thì không nắm được).

Sau đó phôi mạch in sẽ được đưa đi mạ xuyên lỗ theo phương pháp mạ điện.
Quá trình mạ bo mạch trong FCV là quy trình mạ ngang của Đức, tức là bo mạch được đưa đi ngang thay vì mạ nhúng như truyền thống. Bo mạch được để trên một hệ thống băng chuyền gồm các bánh xe quay tại chỗ, đưa bo mạch đi từ bể mạ hóa, rồi đến mạ điện có hệ thống kẹp để dẫn điện cho bo mạch, rồi đi ra khỏi bể mạ. Trong FCV cũng có sử dụng quá trình mạ nhúng cho một vài sản phẩm, do yêu cầu sản phẩm này không quá cao (về độ bóng, độ bằng phẳng của bề mặt..)

Quá trình phủ sơn chống hàn chì

Quá trình phủ sơn chống hàn chì. Các bo mạch thông thường có màu xanh. Lớp màu xanh là lớp sơn để cách điện. Các linh kiện được gắn lên các đường dẫn điện, thường hàn gắn bằng chì. Chỉ hàn ở những chân có đồng, để làm được như vậy thì phải có lớp cách không cho chì hàn ăn ra chỗ khác, người ta sẽ phủ một lớp sơn chống hàn. Cơ chế tương tự như quá trình tạo bề mặt đế mạch in. Quá trình sơn là sơn tĩnh điện, loại sơn là sơn cảm quang, ánh sáng chụp vào nó sẽ bị chết và có chỗ không chết. Sau đó, họ đem đi rửa thì sẽ lộ ra những chân gằn linh kiện, chỗ nào không cần bám chì thì sẽ phủ hoàn toàn.

Quá trình kiểm tra

Kế tiếp là công đoạn kiểm tra. Họ đo tiêu chuẩn kích thước. Ví dụ ổ cứng thì có các lỗ bắt vít, thì sẽ tiến hành kiểm tra số lượng và kích thước lỗ vít. Kiểm tra tiêu chuẩn về tổng trở của bo mạch. Một số hàng có mạ vàng lên bề mặt nên người ta X-ray đo tiêu chuẩn bề dày vàng. Kiểm tra độ cong vênh, bo mạch phải phẳng không được cong vênh. Kiểm tra độ đều (mỏng, dày) lớp mạ bằng cách cắt mẫu và kiểm tra bằng mắt có hỗ trợ kinh lúp.

Quá trình thành phẩm

Cuối cùng là quá trình cắt card, từng bảng mạch nhỏ phù hợp kích thước của thiết bị như máy chụp hình, laptop… và thành sản phẩm.

Các hóa chất được sử dụng trong công ty thường là ít dùng hóa chất cơ bản, mà là các hóa chất đặc biệt từ các nhà cung cấp bên ngoài. Ví dụ hóa chất mạ cũng là một nhà cung cấp riêng từ Đức và họ chỉ cho biết một số thành phần cơ bản, các thành phần chi tiết hơn cũng không thể biết được, hay là phim cảm quang chỉ biết được khi chiếu tia UV sẽ là quá trình polymerization từ monomer thành polymer, nhưng không biết được công thức của nó và cũng do một nhà cung cấp riêng cung cấp (bí mật công nghệ). Nên không thể biết được.

Thân

[Toan ND]

Thanks, C.H.V.

Công nghệ bo mạch hiện nay từ đơn giản như bo 1 mặt (single side), 2 mặt (double sides) và bo nhiều lớp ML (multi layer-boards)

Hiện nay bo một mặt và 2 mặt được ở Việt nam sản xuất chủ yếu cho công nghệ bo điện tử đơn giản như đồ chơi trẻ em, remote tivi, bo mạch điện phục vụ học tập, nghiên cứu thí nghiệm ở các trường học .... nó đơn giản chỉ cần khoan xuyên lỗ tấm CCL, mạ hóa học và mạ điện xuyên lỗ tạo đường mạch điện từ dưới lên trên, xong dán phim cản quang, tạo mạch điện bằng cách ăn mòn đồng (như C.H.V giới thiệu trên) trên bề mặt tạo mạch dẫn điện.

Fujitsu sản xuất bo nhiều lớp dùng cho xuất khẩu. Công nghệ hiện đại hơn rất nhiều. Dùng cho sản xuất bo máy vi tính, đĩa cứng, điện thoại di động, máy quay phim chụp hình cao cấp...

[11HT11]

Mặt cắt ngang bo 8 lớp với lỗ xuyên và lỗ via (khoan laze)

[vaduc]

Với công nghệ ML của mà mọi người giới thiệu thì FCV mạ được bao nhiêu lớp vậy?
Ưu điểm của ML so với mạ 1, 2 lớp là gì? Tại sao lại cần phải mạ nhiều lớp?
ML có hạn chế/ nhược điểm gì vs mạ 1, 2 lớp không? Hạn chế về mặt kỹ thuật, công nghệ, nếu có, của ML là gì? Với công nghệ hiện nay thì ở FCV, và trên thế giới cho phép mạ được đến bao nhiêu lớp...

Một số thắc mắc mong được các anh giải đáp.

Thanks,

V.A.Đ

[C.H.V]

Tập đoàn Fujitsu có thể sản xuất được bo mạch lên đến 35 lớp. Những bo mạch này chủ yếu phục vụ cho các hệ thống mạch điện phức tạp như là: bo mạch của hệ thống điều khiển trên máy bay, phi thuyền không gian...
Còn về mạ, thì anh cũng thấy trên hình 2, là khi đã tạo mạch điện trên tấm CCL rồi thì người ta đem ép, sau đó khoan, mạ xuyên lỗ, tạo dây nối, rồi ép, khoan, tiếp tục mạ, tạo dây nối, rồi ép... cho tới khi đạt đến số lượng lớp cần thiết thì thôi.

thân.

[Toan ND]

Đề nghị Bác V.A.Đ đọc kĩ bài viết trước khi hỏi nha!

C.M.V đã giới thiệu Fujitsu có thể mạ 18 lớp, Theo anh được biết và thấy như đã giới thiệu phần trước, bo mạch 54 lớp có chiều dày khoảng 1cm.

Về ưu nhược địểm của 1, 2 hoặc nhiều lớp không khác gì nhau lắm, vì nhu cầu sử dụng mà người ta cần loại bo nhiều lớp (gắn nhiều linh kiện - và chức năng nhiều hơn, ví dụ: ĐTDĐ thì bo sẽ nhiều lớp hơn so với ĐT bàn). Bo ML giống như 1 toà nhà cao tầng, vì nhiều thiết bị điện sử dụng hơn so với nhà 1 tầng, các đường dây điện sẽ nhiều hơn, mỗi tầng đều phải đi dây điện như nhau. Bo ML cũng vậy, mỗi lớp đều có những mạch điện gần như nhau. Như hình mặt cắt ngang 8 lớp bên trên phóng đại 1000 lần.

Rõ ràng bo nhiều lớp, thì qui trình sản xuất phải hiện đại và khoa học hơn. Bo càng dày mạ trong lỗ càng khó, và mỗi lớp (layer) phải mỏng hơn... để hạn chế bề dày bo (khoa học công nghệ ngày này đòi hỏi mỏng hơn nhưng nhiều chức năng hơn). Vì lí do đó bo mỏng như giấy (50 micron=1 layer) đòi hỏi thiết bị mạ phải nằm ngang, không sử dụng mạ nhúng đứng thông thường, vì không thể kẹp và định vị bo được.

Ngược lại khi bo quá dày, đành phải mạ nhúng đứng thông thường, vì chuyền mạ ngang không thể chạy được các loại bo này vì nó quá dày và cần thời gian mạ rất lâu thì lớp mạ mới đi sau vào lỗ được.

Nói dài thế mong bạn V.A.Đ hiểu được!!!

[bhrocky]

Không biết thành phần dung dịch xi mạ bo mạch gồm những gì, nồng độ là bao nhiêu mấy bạn nhỉ? Nghe nói là ngày nay người ta hay sử dụng thêm vàng để xi mạ bo mạch nhằm tăng độ dẫn phải không?

[Toan ND]

Hiện nay có rất nhiều qui trình mạ cho bo mạch, để tạo mối nối dẫn điện giữa các lớp người ta sử dụng mạ hóa học và mạ điện đồng. Để mạ hoàn thiện bề mặt trước khi lắp rắp rắn linh kiện (assembly) sử dụng phổ biến nhất là mạ vàng niken hóa học (tăng tính bảo vệ đường vi mạch (anti tarnish -protection) và tăng khã năng liên kết với linh kiện điện tử-bonding), sau đó là mạ điện Niken vàng cũng tăng độ bền vi mạch, nhưng giá thành cao gấp 40 lần so với mạ hoá học nickel vàng, nên chỉ dùng cho yêu cầu đặt biệt như các điểm có tính tiếp xúc va chạm như các chân nối linh kiện computer như card màng hình, card âm thanh, đầu nối USB, HDMI ... Ngoài ra còn có mạ bạc, thiết ... nhưng ít phổ biến.

Thành phần mạ thì rất nhiều, có thời gian T sẽ up load lên từ từ.
(to be continue...)
Thanks for reading!