Penenggelaman Tembaga Horizontal dalam Produksi PCB: Proses, Manfaat, dan Aplikasi Industri

Copper sinking juga disebut copper electroplating adalah langkah mendasar dalam pembuatan PCB, menciptakan lapisan tembaga konduktif yang menghubungkan jejak, vias, dan komponen.Sementara vertikal tembaga tenggelam telah lama menjadi standarDengan memindahkan PCB secara horizontal melalui serangkaian tangki plating (bukan mencelupkannya secara vertikal),metode ini memberikan keseragaman yang tak tertandingi, throughput yang lebih cepat, dan kompatibilitas yang lebih baik dengan desain PCB canggih seperti HDI (High-Density Interconnect) dan papan berlapis tinggi.

Panduan ini membongkar misteri pencelupan tembaga horizontal, dari proses langkah demi langkahnya hingga keuntungannya terhadap metode tradisional.dan praktik terbaik untuk memastikan hasil yang optimalApakah Anda memproduksi PCB otomotif, router pusat data, atau elektronik konsumen, memahami penyebaran tembaga horizontal akan membantu Anda memproduksi papan yang handal dan berkinerja tinggi dalam skala besar.

Apa Itu Menenggelamkan Tembaga Horizontal?
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 tanksTidak seperti penyelaman tembaga vertikal (di mana PCB dicelupkan secara vertikal ke dalam tangki besar),sistem horizontal menggunakan rol presisi dan nozzle semprot untuk mengontrol lingkungan plating penting untuk PCB modern yang membutuhkan toleransi ketebalan yang ketat.

Tujuan Utama Penenggelaman Tembaga (Horizontal atau Vertikal)
1Konduktivitas: Buat lapisan tembaga dengan resistensi rendah (1,72 × 10−8 Ω · m resistivitas) untuk transmisi sinyal dan daya.
2.Via Filling: Piring melalui dinding untuk menghubungkan lapisan dalam PCB multi-layer.
3Keseragaman: Memastikan ketebalan tembaga yang konsisten di seluruh PCB (kritis untuk desain frekuensi tinggi dan daya tinggi).
4.Adhesi: Tembaga ikatan erat ke substrat PCB (FR-4, poliamida) untuk menghindari mengelupas selama perakitan atau siklus termal.

Pencelupan tembaga horizontal unggul pada tujuan ini, terutama untuk produksi volume tinggi dan arsitektur PCB canggih.

Bagaimana Cara Menenggelamkan Tembaga Horizontal: Proses Langkah demi Langkah
Pencelupan tembaga horizontal mengikuti alur kerja yang terkontrol dan berurutan untuk memastikan plating seragam.Di bawah ini adalah rincian:

Tahap 1: Pra-pengolahan Menyiapkan permukaan PCB
Pembersihan dan aktivasi yang tepat sangat penting untuk memastikan tembaga menempel pada PCB dan plating seragam:
1. Mengurangi lemak
a.Tujuan: Menghilangkan minyak, sidik jari, dan residu manufaktur yang menyebabkan lubang plating.
Proses: PCB masuk ke dalam bak pembersih alkali yang dipanaskan (50-60 °C) (pH 10-12) saat bergerak di sepanjang garis horizontal. Roller mempertahankan kecepatan yang konsisten (1-2 m/menit) untuk memastikan pencelupan penuh.
c.Metrik utama: Tingkat residu <1μg/in2, diverifikasi melalui uji retak air (tidak ada manik-manik air pada permukaan PCB).

2.Micro-Etching
a.Tujuan: Membuat permukaan tembaga kasar (Ra 0,2 ‰ 0,4 μm) untuk meningkatkan adhesi plating.
Proses: PCB melewati pengukir asam ringan (asam sulfat + hidrogen peroksida) selama 30 ∼60 detik.
c. Kontrol Kritis: Kecepatan etching dipertahankan pada 1 ‰ 2 μm/menit untuk menghindari over-etching (yang melemahkan substrat) atau under-etching (yang mengurangi adhesi).

3. Acid Pickling
a.Tujuannya: Menetralisir residu alkali dari degreasing dan mengaktifkan permukaan tembaga untuk plating.
b.Proses: Mandi asam sulfat yang diencerkan (konsentrasi 10~20%) menghilangkan lapisan oksida dan mempersiapkan permukaan untuk deposisi tembaga.

4.Menggosok
a.Tujuan: Menghilangkan residu bahan kimia untuk mencegah kontaminasi silang antara tangki.
Proses: PCB melewati stasiun pencucian air 3 ¢ 4 DI (deionisasi), dengan nozel semprot yang menargetkan kedua sisi. Konduktivitas pencucian akhir adalah < 5 μS / cm untuk memastikan kebersihan.

Fase 2: Menenggelamkan Tembaga Horizontal
Ini adalah fase inti, di mana tembaga dilektroplasi pada PCB melalui reaksi kimia terkontrol:
1.Pelapisan persiapan mandi
a.Kimia: Tangki utama mengandung larutan tembaga sulfat (60 ¢ 80 g / L CuSO4 · 5H2O), asam sulfat (180 ¢ 220 g / L), dan aditif (leveler, brighteners, suppressors):
Leveler: Memastikan ketebalan yang seragam dengan mengurangi pertumbuhan tembaga di titik tinggi (misalnya, tepi jejak).
Pencerahan: Memperbaiki permukaan (kritis untuk komponen dengan nada halus).
Suppressor: Mencegah deposisi tembaga pada area non-target (misalnya, topeng solder).
Kondisi: Suhu mandi dikendalikan pada 20 ̊25 °C; pH dipertahankan pada 0,8 ̊1,2 (kondisi asam mengoptimalkan kelarutan tembaga).

2.Pasang Elektroplating
a.Anode: Keranjang titanium yang diisi dengan bola tembaga kemurnian tinggi (99,99% murni) mengelilingi sisi tangki.
b.Kathode: PCB itu sendiri bertindak sebagai elektroda negatif. Ion tembaga (Cu2+) di bak ditarik ke PCB, di mana mereka mendapatkan elektron dan disimpan sebagai tembaga padat (Cu0).
c. Kontrol arus: Sumber daya DC memberikan kepadatan arus yang seragam (24 A/dm2) di seluruh PCB.Sistem horisontal menggunakan distribusi arus tepi-ke-tepi untuk menghindari lapisan tipis di tepi papan.

3.Pelapisan Kontinyu
a.Gerakan: PCB bergerak secara horizontal melalui tangki dengan kecepatan 1 ′ 3 m/menit, dipandu oleh rol presisi.Kecepatan garis kalibrasi untuk mencapai ketebalan tembaga target (biasanya 15-30μm untuk lapisan sinyal), 30 ‰ 50 μm untuk lapisan daya).
b. Agitasi: Air sparger dan nozzle semprot menggerakkan bak, memastikan aliran elektrolit segar di atas permukaan PCB dan ke vias yang kritis untuk menghindari kekosongan di vias kecil (≤ 0,2 mm).

Tahap 3: Pasca-pengolahan ️ Pengerjaan akhir dan pemeriksaan kualitas
Setelah plating, PCB mengalami langkah-langkah untuk meningkatkan daya tahan dan memverifikasi kualitas:
1. Acid Dip
a.Tujuan: Menghilangkan lapisan oksida yang terbentuk pada permukaan tembaga segar selama pematangan.
b.Proses: Mencelupkan singkat (10-15 detik) ke dalam asam sulfat encer (konsentrasi 5-10%) memastikan tembaga tetap dapat disolder.

2.Menggosok Akhir & Pengeringan
a.Menggosok: 2 ⁄ 3 pencucian air DI tambahan menghilangkan residu mandi plating.
b. Pengeringan: Pisau udara panas (80-100°C) meniup air berlebih dari permukaan PCB, diikuti oleh pengering vakum untuk menghilangkan kelembaban yang terperangkap dalam vias.

3.Pengukuran ketebalan
a.Metode: In-line X-ray fluorescence (XRF) sensor memindai PCB saat keluar dari jalur, mengukur ketebalan tembaga pada 20 ∼ 30 poin per papan.
b. Toleransi: Menenggelamkan tembaga secara horizontal mencapai ± 5% keseragaman ketebalan yang jauh lebih ketat daripada sistem vertikal (± 15%).

4. Pemeriksaan Visual
a.AOI (Automated Optical Inspection): Kamera memeriksa cacat plating (kosong, mengelupas, akhir yang tidak merata) dan menandai papan yang tidak sesuai untuk pengolahan ulang atau serpihan.

Perbandingan Tembaga yang Merendam Secara Horizontal dan Vertikal
Tabel di bawah ini menyoroti perbedaan utama mereka, membantu produsen memilih metode yang tepat:

Hal-Hal Utama
a.Horizontal: Ideal untuk produksi volume tinggi (misalnya, otomotif, elektronik konsumen) dan PCB canggih (HDI, 12+ lapisan) di mana keseragaman sangat penting.
b.Vertikal: Cocok untuk prototipe bervolume rendah, batch kecil, atau PCB sederhana di mana biaya awal adalah prioritas.

Manfaat Utama Pencelupan Tembaga Horizontal untuk Produksi PCB
Keuntungan penyebaran tembaga horizontal membuatnya menjadi pilihan yang disukai oleh produsen PCB modern, terutama mereka yang skala ke volume besar atau memproduksi desain yang kompleks:

1. Uniformitas Plating yang tak tertandingi
Ketebalan tembaga yang seragam sangat penting untuk:
a.Sinyal Frekuensi Tinggi: Plating yang tidak merata menyebabkan ketidakcocokan impedansi, yang menyebabkan hilangnya sinyal dalam desain 5G (28GHz+) atau PCIe 6.0 (64Gbps).Sistem horisontal ± 5% toleransi memastikan impedansi yang konsisten (± 10% dari target).
b.Manajemen termal: Bahkan lapisan tembaga menyebarkan panas secara merata, mencegah titik panas di PCB daya (misalnya, inverter EV).Sebuah studi oleh IPC menemukan bahwa plating horizontal mengurangi ketahanan termal sebesar 20% dibandingkan. vertikal.
c.Solder: Permukaan tembaga seragam memastikan sendi solder yang dapat diandalkan, mengurangi cacat perakitan (misalnya, sendi dingin) sebesar 30~40%.

2. Produksi Tinggi untuk Produksi Massal
Garis horizontal memproses PCB secara terus menerus, bukan dalam batch. Kritis bagi produsen yang memasok pasar volume tinggi:
a.Kecepatan: 1 ¢3 meter per menit berarti 10.000+ PCB per hari untuk panel ukuran standar (18 ¢ x 24 ¢).
b.Skalabilitas: Beberapa garis horizontal dapat dihubungkan untuk membentuk sel produksi, menangani 50k + PCB / hari untuk otomotif atau elektronik konsumen.
c. Penghematan tenaga kerja: Jalur yang sepenuhnya otomatis membutuhkan tenaga kerja 50~70% lebih sedikit daripada sistem vertikal, mengurangi biaya operasi.

3. Superior Melalui Kualitas Plating
Via kecil (≤ 0,2 mm) dalam HDI PCB rentan terhadap kekosongan dalam sistem vertikal, tetapi tenggelam horizontal mengatasi ini:
a.Pengadukan yang ditargetkan: Nozzle semprot mengarahkan elektrolit ke vias, memastikan tembaga mengisi seluruh lubang tanpa gelembung udara.
Distribusi arus: Pengiriman arus tepi-ke-tepi mencegah plating tipis di melalui bukaan, masalah umum di tangki vertikal.
c. Data: Sistem horizontal mencapai 98% vias bebas kekosongan dibandingkan 80% untuk vertikal yang kritis untuk desain HDI di mana vias menghubungkan 8+ lapisan.

4. Kompatibilitas dengan Desain PCB Lanjutan
Perendaman tembaga horizontal mendukung arsitektur PCB yang paling menuntut:
a.PCB HDI: Komponen pitch halus (0,4 mm BGA) dan microvias (0,1 mm) membutuhkan plating seragam Sistem horizontal memenuhi standar IPC-6012 Kelas 3 untuk HDI keandalan tinggi.
b.PCB Lapisan Tinggi (12+ Lapisan): Lapisan tembaga tebal (30-50μm) di bidang daya dilapisi secara merata, menghindari efek “tulang anjing” (tepi yang lebih tebal) yang umum terjadi pada sistem vertikal.
c. Panel besar: Garis horizontal menangani panel hingga 24×36×, mengurangi jumlah perubahan panel dan meningkatkan efisiensi.

5. Mengurangi Cacat dan Scrap
Dengan meminimalkan kesalahan manusia dan mengendalikan variabel proses, menenggelamkan tembaga horizontal memotong cacat:
a. Tingkat Scrap: Tingkat Scrap yang khas adalah 2 ‰3% vs 8 ‰10% untuk sistem vertikal, menghemat (50k ‰) 200k per tahun untuk produsen volume tinggi.
b. Pengurangan pekerjaan ulang: Plating seragam mengurangi kebutuhan untuk re-plating (yang biaya (0,50 ¢) 2,00 per PCB), lebih menurunkan biaya.

Aplikasi Industri dari Sinking Tembaga Horizontal
Menenggelamkan tembaga secara horizontal sangat penting dalam sektor yang membutuhkan PCB bervolume tinggi dan handal:
1. Elektronik Otomotif
a.Kasus Penggunaan: Inverter EV, sensor ADAS (Advanced Driver Assistance Systems), sistem infotainment.
b.Why Horizontal: Produsen mobil (misalnya, Tesla, Toyota) memproduksi 100k+ PCB bulanan.Percepatan dan keseragaman pencelupan horizontal memastikan kepatuhan terhadap standar AEC-Q200 (keandalan komponen otomotif).
Contoh: Sebuah produsen EV terkemuka mengurangi tingkat sampah PCB inverter dari 9% menjadi 2% setelah beralih ke penyebaran tembaga horizontal, menghemat $ 1,2M per tahun.

2. Elektronik Konsumen
a.Kasus Penggunaan: Smartphone, laptop, wearables (misalnya, Apple iPhone, Samsung Galaxy).
b.Kenapa Horizontal: HDI PCB di smartphone membutuhkan microvias 0,1 mm dan tembaga seragam (15 ¢ 20 μm).
c. Manfaat Utama: Memungkinkan PCB yang lebih tipis (0,8 ∼1,2 mm) dengan memastikan plating rata pada jejak halus (3/3 mil jejak / ruang).

3. Pusat Data
a. Kasus Penggunaan: 400G/800G Ethernet switch, motherboard server AI.
b.Kenapa Horizontal: Sinyal kecepatan tinggi (800G Ethernet) menuntut kontrol impedansi (± 5%). Keseragaman plating horizontal memastikan integritas sinyal, mengurangi kehilangan paket sebesar 15%.
c. Keuntungan termal: Bahkan lapisan tembaga menghilangkan panas dari GPU bertenaga tinggi, memperpanjang umur server sebesar 30%.

4. Otomatisasi Industri
a.Kasus Penggunaan: PLC (Programmable Logic Controllers), drive motor, sensor IoT.
b.Kenapa Horizontal: PCB industri beroperasi di lingkungan yang keras (100 °C+).
Contoh: Siemens menggunakan penyebaran tembaga horizontal di PCB PLC-nya, mencapai keandalan operasi 99,9% dalam pengaturan pabrik.

Tantangan dalam Menenggelamkan Tembaga Horizontal & Solusi
Sementara penyebaran tembaga horizontal menawarkan manfaat yang signifikan, hal ini menimbulkan tantangan unik yang ditangani dengan teknik khusus:
1. Perawatan Kimia Mandi
Tantangan: Konsentrasi tembaga, pH, dan tingkat aditif bergeser dari waktu ke waktu, mengurangi kualitas plating.
Solusi: Menginstal sistem pemantauan otomatis (misalnya, probe titrasi, spektrometer UV-Vis) untuk menyesuaikan kimia secara real time.50 kg bola tembaga per 10k PCB).

2Biaya Peralatan dan Kebutuhan Ruang
Tantangan: Biaya jalur horizontal (500k) 2M dan membutuhkan luas lantai 500 ‰ 1.000 kaki persegi yang sangat mahal bagi produsen kecil.
Solusi: Untuk perusahaan menengah, bermitra dengan produsen kontrak (CM) yang mengkhususkan diri dalam penyebaran tembaga horizontal.menyewa peralatan untuk mengurangi pengeluaran modal awal.

3. Ketebalan Lapisan Tepi
Tantangan: PCB seringkali memiliki pelapis yang lebih tipis di tepi (karena arus yang ramai), yang menyebabkan hilangnya sinyal.
Solusi: Gunakan perisai tepi (anod bantu di sepanjang tepi garis) untuk mengarahkan arus, memastikan ketebalan yang seragam di seluruh papan.

4. Formasi Void Via di Vias Kecil (<0.15mm)
Tantangan: Bahkan dengan digusur, vial kecil dapat menjebak udara, menyebabkan ruang kosong.
Solusi: Pra-mengobati PCB dengan langkah penguras gas vakum sebelum plating untuk menghilangkan udara dari vias.

Praktik Terbaik untuk Menenggelamkan Tembaga Horizontal
Untuk memaksimalkan manfaat menenggelamkan tembaga secara horizontal, ikuti pedoman berikut:
1Optimalkan Kecepatan Garis: Sesuaikan kecepatan dengan ketebalan target (misalnya, 1,5 m/menit untuk tembaga 20μm, 2,5 m/menit untuk 15μm). Kecepatan yang lebih cepat mengurangi ketebalan; kecepatan yang lebih lambat meningkatkan biaya.
2Gunakan Aditif Berkualitas Tinggi: Berinvestasi dalam leveler dan suppressor premium (misalnya, dari Atotech, MacDermid) untuk meningkatkan keseragaman dan akhir.
3Melakukan pemeriksaan kualitas yang ketat:
Mengukur ketebalan tembaga pada 20+ titik per PCB (XRF).
Menggunakan analisis cross-sectional untuk memeriksa melalui ruang kosong (≤2% area ruang kosong per IPC-A-600).
Melakukan tes adhesi (IPC-TM-650 2.4.1) untuk memastikan bahwa tembaga tidak mengelupas.
4Operator kereta api: Pastikan staf memahami kimia mandi, pemecahan masalah (misalnya, memperbaiki pergeseran pH), dan protokol keselamatan (pengendalian asam).
5Mitra dengan Pemasok Berpengalaman: Bekerja dengan produsen (misalnya, LT CIRCUIT) yang menawarkan jalur penyelam tembaga horizontal turnkey dan dukungan teknis.

FAQ
T: Apa ketebalan tembaga minimum yang dapat dicapai dengan menenggelamkan tembaga horizontal?
A: Ketebalan minimum yang khas adalah 5 ‰ 10 μm (untuk PCB HDI pitch halus), meskipun sistem khusus dapat mencapai 3 ‰ 5 μm untuk desain ultra-ipis.

T: Dapatkah penyebaran tembaga horizontal digunakan untuk PCB fleksibel?
A: Ya, PCB fleksibel (substrat poliamida) membutuhkan kepadatan arus yang lebih rendah (1 2 A / dm2) untuk menghindari kerusakan substrat, tetapi sistem horizontal dapat dikalibrasi untuk ini.Gunakan rol yang fleksibel untuk mencegah kerutan.

T: Seberapa sering saluran penyelaman tembaga horizontal membutuhkan pemeliharaan?
A: Pemeliharaan rutin (perubahan filter, penggantian anode) diperlukan setiap minggu.

T: Apakah penyelaman tembaga horizontal sesuai dengan standar RoHS dan REACH?
A: Ya, menggunakan bola tembaga bebas timbal dan aditif yang sesuai dengan RoHS (tidak ada kromium enam nilai, kadmium).

T: Apa ketebalan maksimum PCB yang dapat diproses secara horizontal?
A: Sebagian besar jalur menangani PCB hingga ketebalan 3,2 mm (standar untuk PCB kaku).

Kesimpulan
Tembaga mendatar tenggelam telah merevolusi produksi PCB, memungkinkan produsen untuk memenuhi permintaan volume tinggi, elektronik presisi tinggi.dan kompatibilitas dengan desain canggih (HDI), PCB lapisan tinggi) menjadikannya standar emas untuk aplikasi otomotif, konsumen, dan industri.

Sementara biaya awal lebih tinggi daripada sistem vertikal, menenggelamkan tembaga secara horizontal menghasilkan biaya per unit yang lebih rendah, mengurangi cacat,dan skalabilitas membenarkan investasi bagi produsen yang bertujuan untuk bersaing di pasar modernDengan mengikuti praktik terbaik, mengoptimalkan kimia mandi, menerapkan pemeriksaan kualitas yang ketat, dan melatih staf, perusahaan dapat membuka potensi penuh teknologi ini.

Karena PCB terus berkembang (lebih tipis, lebih padat, lebih cepat), tenggelamnya tembaga horizontal akan tetap menjadi faktor penting, memastikan kinerja yang dapat diandalkan dalam perangkat yang menggerakkan kehidupan sehari-hari kita.