Chương 1 THÔNG TIN VỀ DỰ ÁN
1.4. Công nghệ sản xuất, vận hành
Khi tiến hành nâng công suất, chỉ gia tăng khối lượng sản phẩm, quy trình công nghệ sản xuất không thay đổi, cụ thể như sau:
Trong nhà xưởng của các cơ sở sản xuất được chia thành nhiều phòng khác nhau để thực hiện các công đoạn sản xuất, gia công bản mạch in mềm (FPCB).
Chi tiết các công nghệ sản xuất của Dự án được trình bày như sau:
Hình 1. 3. Sơ đồ quy trình sản xuất kèm dòng thải của Nhà máy 2
Thuyết minh công nghệ sản xuất:
Sau tất cả các công đoạn sản xuất, bản mạch đều được kiểm tra ngoại quan xem đạt yêu cầu hay không. Sau đó, sẽ được dán tape để bảo vệ bề mặt bản mạch không bị dính bụi bẩn trong quá trình di chuyển sang công đoạn tiếp theo. Trước khi thực hiện công đoạn tiếp theo, công nhân sẽ bóc lớp tape ra khỏi bề mặt.
✓ Bước 1: Cắt
Nguyên liệu đầu vào được kiểm tra và cắt theo kích thước đã định đối với từng loại bản mạch. Công ty sử dụng phương pháp cắt bằng máy cắt laser.
✓ Bước 2: Khoan
Sau công đoạn cắt, bản mạch sẽ được khoan tạo lỗ (nhằm mục đích thông mạch giữa các lớp trên bảng mạch thông qua lỗ khoan). Sau công đoạn khoan, bản mạch được đưa vào mạ đồng để tạo đường dẫn cho dòng điện.
✓ Bước 3: Mạ đồng
❖ Dây chuyền công nghệ mạ đồng cho sản xuất FPCB của Công ty:
Hiện nay, Công ty có 6 line mạ điện, 4 line mạ hóa:
- Ở công đoạn mạ hóa: Dung dịch H2SO4 61,5% được pha với 361 lít nước cất để tạo ra dung dịch H2SO4 5%. Dung dịch này được dùng để rửa sạch bản mạch.
- Mô tả công nghệ về công đoạn mạ đồng:
✓ Mạ đồng là quá trình mạ 1 lớp đồng theo một tỷ lệ nhất định lên sản phẩm cần mạ (cụ thể ở thể là tấm bản mạch mềm FPCB hay còn gọi là Panel).
Mục đích của mạ đồng trong sản xuất FPCB:
+ Tạo ra lớp dẫn điện trong các lỗ sau công đoạn khoan CNC hoặc khoan bằng Laser.
+ Mạ lớp đồng lên bề mặt nhựa cũng như lớp keo bên trong lỗ (Hole) để liên kết giữa các lớp bị phân tách sau công đoạn khoan CNC.
+ Cỏc lỗ này được mạ một lớp đồng rất mỏng cỡ vài àm tựy từng sản phẩm.
✓ Công đoạn mạ được chia nhỏ thành các công đoạn sau: Deburring, loại bỏ mạt mạ desmear, mạ hóa học, mạ điện đồng. Cụ thể theo các công đoạn sản xuất sau:
Bảng 1. 6. Quy trình công đoạn mạ đồng của Công ty Công đoạn Quy trình Tác dụng
Deburring
1. Mặt chính diện (Bề mặt Brush)
- Là công đoạn loại bỏ bạt rìa cặn tàn dư sau quá trình cắt và khoan.
2. Rửa - Điều chỉnh độ sáng bề mặt để giúp tăng khả năng kết dính mạ bề mặt.
Desmear 1. Sweller Rate 2. Trung hòa
Là công đoạn loại bỏ Smear bên trong lỗ Hole do Drill để dễ dàng trong việc mạ điện bên trong Hole.
Mạ đồng hóa học
1. Cleaner 2. Soft etching 3. Pre-dip 4. Catalyst 5. Accelerate 6. Đồng hóa học
Là công đoạn làm lưu thông dòng điện thông qua mạ hóa học ở lớp không dẫn điện bên trong lỗ Hole.
Mạ điện 1. Mạ điện đồng Là công đoạn mạ đồng sử dụng điện
(là công đoạn quyết định độ dày của lớp mạ)
Công đoạn Deburring: Là công đoạn loại bỏ lớp oxi hóa và cặn dư Drill (burr) và tạo bề mặt sần sùi để làm tăng khả năng kết dính quá trình mạ bề mặt.
Vai trò: Mài ma sát bề mặt mạch in theo sự lăn quay của Brush và loại bỏ khoảng 2~3um đồng trên bề mặt để hình thành bề mặt sần sùi.
Công đoạn Desmear: Là công đoạn loại bỏ chất bẩn như cặn dư Resin hoặc chip Drill bên trong lỗ Hole sau khi Drill… Công đoạn này được phân loại ra làm các công đoạn nhỏ là Sweller, trung hòa giúp loại bỏ cặn Resin trong lỗ.
Nguyên lý Công đoạn Desmear:
Phản ứng tạo oxy hóa do KMnO4 tại hình Solution:
4KMnO4 + 2H2O ---> 4MnO4 + 3O2 + 4KOH (PH > 7, NaOH) 4KMnO4 + 4KOH ---> 4K2MnO4 + O2 + 2H2O ---- (1) 2K2MnO4 + 2H2O ---> 2MnO2 + 4KOH + O2 ---- (2) (1) + (2) thành công thức:
2KMnO4 ---> K2MnO4 + MnO2 + O2
Theo vậy, nếu kết hợp với kết quả công thức trên thì Resin (smear):
-O-CH2-CHOH-CH2-O-+ 6KMnO4 ---> 3K2MnO4 + 3MnO2 + 3CO2 + 3H2O
Mặt khác, chất dư thừa dioxit mangan (K2MnO4) cũng có thể tái sinh oxy theo tính hóa học điện phân.
Phương trình phản ứng hóa học là:
4K2MnO4 + O2 + 2H2O ---> 4KMnO4 + 4KOH
Tức là, trong số dung dịch KMnO4 được tái sinh và KOH được tái sử dụng lại nên sẽ giảm thiểu được hóa chất.
Thông số kỹ thuật máy Desmear:
+ Chiều dài máy: Panel size: min – W250 x L250mm, max - W650 x L700mm;
Panel thickness (Độ dày): 0,034T- 1,6T.
+ Tác dụng: Loại bỏ smear (Smear là nhựa bị mắc lại trên thành lỗ sinh ra bởi phản ứng tổng hợp nhiệt của nhựa trong quá trình khoan CNC).
Công đoạn mạ hóa học:
Do trong quá trình sản xuất, gia công, vận chuyển hoặc bảo quản, trên bề mặt kim loại bị dính bụi, bị oxy hóa, hydroxit, dầu… nên không thể trực tiếp mạ được. Do vậy, cần phải tiến hành công đoạn cleaner hoặc xử lý bề mặt trước để loại bỏ rỉ sét, sau khi làm sạch bề mặt sẽ tiến hành mạ. Tùy thuộc vào độ thích hợp hay không thích hợp của công đoạn xử lý trước khi mạ sẽ ảnh hưởng đến chất lượng mạ sản phẩm.
- Đặc tính của mạ hóa học:
1. Không phụ thuộc vào cấu tạo của chất bị mạ.
2. Ít lỗ Pin Hole và có thể mạ được độ dày bất kỳ.
3. Không chỉ trên bề mặt kim loại mà trên bề mặt phi kim loại cũng có thể mạ được.
- Nguyên lý: Bằng việc khử Ion Cu bằng đồng kim loại sử dụng formalin đã tạo ra được các loại đồng không phân điện là Axit sunfuric, natri hydroxit, formalin, chelate agent, chất phụ gia, đặc biệt là ảnh hưởng mạ hóa học đến 3 chất CuSO4, NaOH, HCHO.
Chelate có 2 loại là EDTA và Potassium Sodium Tartrate (C4H4KNaO6), Potassium Sodium Tartrate dẻo dai hơn so với loại EDTA và thiếu độ mềm dẻo hơn, hoặc có những khuyết điểm như có tính oxy hóa…
- Phản ứng chính:
Cu - EDTA + 2HCHO + 4OH-1 ⇒ Cu + 2HCOO-1 + H+2 + H2O + EDTA Để duy trì tính bền vững của phản ứng tự xúc tác thì cần:
1. Tăng nồng độ Ion đồng 2. Tăng formaldehyde 3. Tăng độ pH nếu cần thiết.
- Phản ứng phụ: Ở nhiệt độ cao và nồng độ cao thì xảy ra phản ứng tự phân giải như sau:
2Cu + HCHO + 5OH- ⇒ Cu2O + HCOO- +3H2
Cu2O + H2O ⇒ Cu + Cu2 + e2 + 2OH-
Công đoạn mạ hóa học bao gồm các công đoạn nhỏ sau:
+ Cleaner:
Thứ nhất, loại bỏ dầu dính trên bề mặt, để tăng độ kết dính lớp kim loại trên bề mặt thì phải làm tăng lực dính của Electroless Cu bằng công đoạn xử lý dự bị.
Thứ hai, để dính Pd trên bề mặt Epoxy ở Catalyst thì cho điện tích âm (-) và điện tích dương (+) trên bề mặt Epoxy cho hiệu quả cao.
+ Acid dip:
Được sử dụng khoảng 10 ~ 20% axit H2SO4 hoặc HCl, mục đích để loại bỏ hoàn toàn tàn cặn dư dính ở sản phẩm trong những công đoạn trước để tăng khả năng kết dính khi mạ. Theo vậy, cleaning hóa học về mặt để loại bỏ lớp oxi hóa.
+ Pre-dip:
Cải thiện độ kết dính của lớp chất xúc tác được kết tủa ở bề mặt bằng xử lý hoạt tính hóa công đoạn tiếp đó sau khi thấm hút trên bề mặt được tạo ra từ công đoạn xử lý ăn mòn chất khử mạnh.
Thông số kỹ thuật máy mạ hóa:
+ Năm sản xuất: 11/2016; Hãng sản xuất: TCF;
+ Chiều dài máy: 32m, Panel thickness (Độ dày) : 0,05 T- 1,2T, Panel size: min - W250 x L1250mm, max - W610 x L1535mm;.
+ Tác dụng: Mạ một lớp đồng mỏng lên bề mặt PNL và bề mặt lớp nhựa và lớp keo bên trong lỗ Hole tạo điều kiện cho quá trình mạ điện sau.
Công đoạn mạ đồng (mạ điện):
Mạ điện là công đoạn dựa theo phương pháp phân giản điện để làm kết tủa lớp kim loại trên về mặt một sản phẩm bằng âm cực ở dung môi muối kim loại làm cho độ
kết dính tốt hơn, dễ dàng trong việc điều chỉnh độ dày, hình dáng cũng đẹp hơn, có thể mạ đa dạng các loại kim loại nên được ứng dụng từ trang trí đến các mục đích đặc biệt khác. Đặc biêt, có ưu điển là có thể dễ dàng tăng được độ dày mong muốn so với mạ hóa học trong quá trình sản xuất FPCB.
Nguyên lý: Cấu tạo cơ bản của dung dịch mạ được làm từ dung môi của axit sulfuric và đồng sunfat.
CuSO4⇒ Cu+2 + SO4-2
H2SO4 ⇒ 2H+ + SO4-2
Phản ứng tại cực âm thì:
Cu+2 + 2e ⇒ Cu(cực âm) 2H+ + 2e ⇒ H2 (sinh ra khí hydro) Tại cực dương thì:
Cu ⇒ Cu+2 + 2e
H2O ⇒ 2H+ + 1/2O2 + 2e (sinh ra khí oxi)
Phản ứng như thế này liên tiếp được thực hiện và được duy trì trạng thái của dung dịch mạ đồng.
Cụ thể quy trình mạ đồng cho các bản mạch FPCB của Công ty như sau:
Công đoạn mạ đồng được thực hiện là đồng nhất đối với các tấm FPCB sử dụng trong phần mềm điện thoại và phần mềm máy tính. Theo độ dày của tấm FPCB, quá trình mạ được phân thành 02 loại là: Mạ tấm FPCB mỏng và mạ tấm FPCB dày, trong đó có sự khác biệt từ công đoạn tẩy gỉ và mạ đồng.
a. Quy trình tẩy gỉ cho tấm FPCB mỏng:
Hình 1. 4. Sơ đồ dây chuyền công nghệ tẩy rỉ FPCB (bản mạch in) mỏng H2SO4 5%, H2O, ORC
- Nước thải chứa thành phần axit đặc - Hơi axit
- Hơi hữu cơ - Tiếng ồn
H2SO4 5%, H2O, ORC
Sấy khô
Chuyển qua công đoạn mạ
Sấy khô
Làm bóng và làm sạch bề mặt axit
Nước thải chứa axit Rửa sạch
- Tiếng ồn;
- Nhiệt dư Sấy khô
- Nước thải chứa axit.
- Hơi hữu cơ - Tiếng ồn - Nhiệt độ;
- Tiếng ồn
- Tiếng ồn;
- Nhiệt dư Rửa sạch
Rửa sạch Tẩy rỉ
Hình thành
Carbon filon lần 2 Tạo liên kết Carbon Tẩy rỉ
Rửa sạch Sấy khô Rửa sạch
Hình thành
Carbon filon lần 1 Nước sạch
HCl Nước sạch
- Tiếng ồn;
- Nhiệt dư Nước sạch
HCl + Nước Nước sạch HCl + Nước
- Nước thải chứa axit - Hơi axit - Tiếng ồn
Thuyết minh dây chuyền công nghệ:
Các tấm FPCB mỏng được đưa vào bể có thể tích 400 lít. Tại đây, nước, axit H2SO4 và các ORC (dung dịch mạ) được sử dụng nhằm tẩy rửa và oxy hóa các tạp chất, bụi bẩn bám dính trên bề mặt.
Sau đó, rửa sạch FPCB bằng nước nhằm giảm lượng hóa chất bám dính tại bể có thể tích 160 lít. Các tấm FPCB sau khi rửa sạch tiếp tục được cho vào bể rửa axit và nước để tẩy gỉ và hình thành Carton Filon lần 1 cách điện hoàn toàn.
Sau công đoạn tạo Carton Filon, tấm FPCB được sấy khô ở nhiệt độ 500C trong một khoảng thời gian nhất định rồi rửa sạch và giảm nhiệt độ bằng nước. Các tấm FPCB tiếp tục đi vào bể axit để hình thành ion giúp các phân tử liên kết chặt chẽ với nhau hơn.
Sau đó, các tấm FPCB được chuyển qua bể nước để rửa sạch 2 mặt lá đồng. Cấp axit và nước hình thành Carton filon cách điện hoàn toàn lần hai.
Tiếp đến, sấy khô FPCB ở nhiệt độ 600C. Để làm sạch và làm bóng bề mặt tấm FPCB, sử dụng axit H2SO4, ORC (dung dịch mạ) kết hợp H2O2, sau đó làm sạch lượng hóa chất bám dính bằng nước.
Kết thúc quá trình tẩy rỉ và oxi hóa tạp chất của tấm FPCB là quá trình sấy khô với nhiệt độ 600C, đảm bảo tấm FPCB khô ráo, không dính bụi bẩn do đã hình thành các Carton filon cách điện hoàn toàn.
Sau công đoạn sấy khô, quá trình tẩy gỉ, các tấm FPCB được chuyển sang công đoạn mạ đồng.
b. Công đoạn tẩy gỉ tấm FPCB dày:
Hình 1. 5. Sơ đồ dây chuyền công nghệ tẩy rỉ FPCB (bảng mạch in) dày Sau khi khoan lỗ, FPCB được kiểm tra bề mặt lỗ khoan xem có đạt chất lượng về độ nhẵn, về kích thước. Các FPCB đạt yêu cầu được chuyển đến công đoạn xử lý bề mặt nhằm gia công cơ học bề mặt để tăng độ nhẵn bóng, giúp cho lớp mạ bám chắc, đẹp và loại bỏ đi một số bụi bẩn. Xử lý bề mặt thực chất là quá trình sử dụng dung dịch ORC để loại bỏ đồng oxi hóa, ăn mòn một phần đồng để tạo độ nhám khi mạ sau này. Sau
công đoạn xử lý bề mặt, FPCB được tẩy rỉ bằng dung dịch axit H2SO4 và rửa sạch bằng nước. Tiếp theo, tấm FPCB được tẩy xút bằng dung dịch NaOH với mục đích trung hòa axit còn dư. Với mục đích xâm thực một phần nhất định của lỗ via trên FPCB, sử dụng dung dịch H2SO4 - H2O2 - H2O. Do chất này có tính oxi hóa rất mạnh nên công đoạn tiếp theo là trung hòa và hạn chế dung dịch xâm thực tấn công vật mạ bằng hỗn hợp Na2CO3 và NaClO3. Các tấm FPCB sẽ tiếp tục đi qua các công đoạn rửa sạch, sấy khô trước khi đưa vào công đoạn hoạt hóa bằng C2H5OH - H2SO4 - H2O. Chất hoạt hóa có tác dụng tạo ra một màng nhũ để dung dịch mạ hóa học có thể bám chắc trên bề mặt trong trường hợp xâm thực không đủ khả năng tạo chân bám chắc cho mạ điện. Cuối cùng, FPCB sau khi xử lý bước đầu được chuyển sang công đoạn mạ đồng điện hóa.
c. Công đoạn mạ đồng cho FPCB
Công đoạn mạ đồng điện hóa được thực hiện giống nhau cho cả hai loại FPCB mỏng và dày. Sơ đồ dây chuyền công nghệ có thể tóm tắt như sau:
Hình 1. 6. Công nghệ mạ đồng cho FPCB Thuyết minh công nghệ mạ đồng FPCB của Công ty:
Sau quá trình tẩy gỉ, các tấm FPCB (mỏng và dày) được chuyển sang công đoạn mạ. Trước tiên, tấm FPCB được rửa sạch bằng HCl và HCHO để làm sạch hai bề mặt lá đồng. Sau đó, các tấm này được cho qua nước sạch để rửa các lớp bám và làm giảm lượng axit. Tiếp theo, tấm FPCB được rửa sạch hết các bụi bám để chuyển sang bể tạo độ dày cho tấm FPCB, giúp cách điện cho tấm FPCB để đưa vào quy trình mạ. Trong
quy trình mạ điện hóa, FPCB được gắn với cực âm catot. Cực dương của nguồn điện sẽ hút các electron trong quá trình ôxi hóa và giải phóng các ion kim loại dương, dưới tác dụng lực tĩnh điện các ion dương này sẽ di chuyển về cực âm, tại đây chúng nhận lại e- trong quá trình ôxi hóa khử hình thành lớp kim loại bám trên bề mặt FPCB. Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện của nguồn và thời gian mạ:
CuSO4 → Cu2+ + SO42-
Cu2+ + 2e- → Cu
Cuối cùng rửa sạch hai bề mặt tấm FPCB bằng H2SO4 rồi chuyển sang sấy khô và ra hàng.
✓ Bước 4: Tạo mạch
Quá trình tiếp theo là công đoạn tạo mạch và kiểm tra chất lượng mạch. Bản mạch được tạo các mạch phục vụ cho việc liên kết các đường mạch trên bản mạch với nhau. Sau khi tạo mạch xong, các sản phẩm được đưa vào công đoạn DES, đây là công đoạn làm sạch bề mặt sản phẩm. Sử dụng H2SO4 và H2O để tẩy rửa viền mạch thừa
✓ Bước 5: AOI (kiểm tra mạch tự động)
Bản mạch được đưa qua máy AOI để kiểm tra các lỗ khoan và đường mạch xem có đảm bảo tiêu chuẩn kỹ thuật điện hay không.
✓ Bước 6: Gắn tấm trợ cứng
Sản phẩm đạt yêu cầu sau khi kiểm tra được chuyển sang công đoạn gắn tấm trợ cứng (STF, SUS, Epoxy, Kapton) vào phần bản mạch để phân định đường dẫn điện của bản mạch (quá trình này được thực hiện thủ công). Thực chất của công đoạn này là dán các tấm film bảo vệ nên bề mặt bảng mạch.
✓ Bước 7: H/P (ép nóng)
Công đoạn ép nóng của Công ty:
+ Chuẩn bị: Công nhân chuẩn bị các phụ kiện, nguyên liệu bao gồm PVC, giấy krap, giấy Pet. Đây đều là các tấm giấy trắng, trong suốt. Tùy vào từng loại bảng mạch, từng model mà phụ kiện và nguyên liệu sẽ được sử dụng khác nhau để phù hợp với điều kiện, kích thước của từng bảng mạch.
+ Ép: Lựa chọn nhiệt độ, lực ép đối với từng loại bảng mạch. Do mỗi loại hàng có điều kiện, tiêu chuẩn khác nhau về nhiệt độ, lực ép khác nhau như ép nóng EMI, Coverlay sẽ ép ở nhiệt độ 150°C, lực ép từ 30-70 tấn; ép nóng Base sẽ từ 150°C-170°C, lực ép thay đổi tăng hay giảm trong suốt thời gian ép để phù hợp với từng bảng mạch điện tử.
Mục đích ép giúp bao phủ lớp keo lên bảng mạch để bảo vệ mạch. Quá trình ép
sẽ phát sinh ra nhiệt độ, mùi, khói.
✓ Bước 8: Gia công Guid (khoan lỗ định vị)
Bản mạch được đem đi khoan lỗ thủ công hoặc tự động tại các vị trí đã được thiết kế trên bảng mạch ban đầu và các lớp được ghép lại với nhau ở công đoạn trước.
✓ Bước 9: Mạ Ni - vàng Quy trình mạ vàng như sau:
Hình 1. 7. Sơ đồ dây chuyền công nghệ mạ Niken – Vàng kèm theo dòng thải Sau khi PCB được làm sạch bề mặt bằng plasma, tấm PCB sẽ được rửa sạch bằng axit và được rửa lại bằng nước tinh khiết (rửa 02 lần). Sau đó, qua quá trình tẩy rỉ các tấm PCB (mỏng và dày) được chuyển sang công đoạn mạ điện. Bản mạch tiếp tục qua công đoạn rửa bằng axit để rửa sạch các lớp bám, qua công đoạn rửa bằng nước tinh khiết (rửa 02 lần) để làm sạch lần nữa và giảm lượng axit, bụi bẩn rồi chuyển qua công