Na cobreação de placa de circuito impresso, quando o ânodo é solúvel, ele é de cobre fosforoso, e não de cobre puro. O fósforo está ali por um motivo só: formar uma película escura na superfície do ânodo. Sem essa película o ânodo solta partícula no banho, e partícula em placa de circuito impresso vira nódulo na trilha. Este texto explica como a película se forma, por que ela depende do cloreto do banho, qual é o teto de corrente do ânodo solúvel e quando o ânodo insolúvel ganha.
A película escura, e os três ingredientes que ela exige
Segundo a Products Finishing, o fósforo presente no ânodo forma uma película escura à medida que ele se dissolve. Essa película faz duas coisas ao mesmo tempo. Ela impede que partículas finas de cobre se soltem como lodo, e retarda o ataque do ácido sulfúrico ao ânodo durante as paradas de produção.
A película não interrompe o trabalho do ânodo. O cobre continua saindo para o banho com ela formada, e é a partícula sólida que fica retida. Conforme o ânodo encolhe, a película se desprende e desce para o fundo do saco, onde vira o lodo que a manutenção retira.
O ponto que quase nunca aparece nos catálogos é que a película não depende só do ânodo. Ela exige três coisas ao mesmo tempo, e cada uma está na mão de uma pessoa diferente da operação:
| O que precisa existir | De quem depende | O que acontece se faltar |
|---|---|---|
| Fósforo no ânodo | Quem fornece o ânodo | De 0,040% a 0,065%. Sem ele o cobre solta partícula e o ácido ataca o ânodo parado. |
| Cloreto no banho | Quem controla a química do banho | É o cloreto que faz a dissolução do ânodo ser controlada. |
| Corrente passando | A programação da linha | A película se forma enquanto o ânodo se dissolve. Com a linha parada não nasce película nova. |
O trabalho apresentado no IPC APEX Expo de 2018 registra que é o íon cloreto que torna controlada a dissolução do ânodo de cobre fosforoso. Na prática isso liga duas coisas que costumam ser tratadas em separado: o controle de cloreto é do banho, mas o efeito de perdê-lo aparece na superfície do ânodo.
O papel de cada eletrodo dentro do tanque está explicado em ânodo e cátodo na galvanoplastia.
Por que isso pesa mais em placa de circuito impresso
Em peça de acabamento, uma aspereza é retrabalho. Em placa de circuito impresso, o mesmo defeito costuma ser sucata. O trabalho do IPC APEX registra que as impurezas vindas do lodo precisam sair do banho antes da produção, para não virarem nódulos na superfície da placa.
Some-se a isso o furo metalizado, o ponto de pior circulação do banho. É lá que a irregularidade na dissolução do ânodo aparece primeiro. E a exigência só aumentou: furo menor, trilha mais fina e HDI apertaram a conta.
Uma referência útil na hora de conversar com o cliente da placa: uma onça de cobre sobre um pé quadrado equivale a 35,6 µm. O setor de placas fala de espessura em onças, e não em micrômetros.
O teto de corrente do ânodo solúvel
O ânodo de cobre fosforoso trabalha até cerca de 25 A/pé², o equivalente a 2,7 A/dm². Acima disso a superfície forma mais óxido e o ânodo passiva. A corrente então desvia para as regiões ainda ativas, a tensão da célula sobe e a distribuição de cobre na placa piora. Junto vem mais lodo preso no saco, que ainda tapa a área útil do ânodo.
Vale saber esse número antes de discutir marca de ânodo. Se a linha roda acima do teto, trocar de fornecedor não resolve.
Quando o ânodo insolúvel ganha, e o que ele cobra
O ânodo insolúvel é uma tela de titânio com revestimento de óxidos metálicos. Ele não se dissolve. No estudo do IPC APEX Expo, feito por um fabricante de ânodo insolúvel com uma fabricante de placas, a linha passou a operar de 7 a 36 A/pé², sem parada para recarregar cesto, e a produção subiu 12%.
O que ele cobra em troca é a parte que os catálogos abreviam. Como o ânodo deixa de ser a fonte de metal, o cobre passa a ser reposto por dosagem de óxido de cobre em pó, com a concentração medida por instrumento, que comanda o alimentador. É outro equipamento e outro insumo.
| Cobre fosforoso (solúvel) | Titânio revestido (insolúvel) | |
|---|---|---|
| Fonte do cobre do banho | O próprio ânodo, que se dissolve | Óxido de cobre em pó, dosado à parte |
| Geometria ao longo do uso | Muda, e o cesto pede recarga | Constante do começo ao fim |
| Densidade de corrente usual | Até cerca de 25 A/pé² (2,7 A/dm²) | De 7 a 36 A/pé² (0,75 a 3,9 A/dm²) |
| Resíduo no tanque | Lodo, retido no saco do ânodo | Não gera lodo de cobre |
| O que a linha precisa ter | Cesto de titânio e saco de ânodo | Alimentador de óxido de cobre com controle de concentração |
A conclusão honesta é esta. Para linha vertical contínua, de alta densidade de corrente, rodando sem parar, o insolúvel resolve problemas que o cobre fosforoso não resolve. Para banho ácido de batelada, o ânodo solúvel continua sendo o caminho mais simples e mais barato, e não exige equipamento novo na linha. A Qualy Copper fabrica o solúvel.
O que a Qualy Copper fornece para banho ácido de cobre
A liga para banho ácido é a fosforosa, que no catálogo da Qualy é a C124. A composição das duas ligas está na página das ligas C110 e C124. Qual delas usar em cada banho está em ânodo de cobre fosforoso ou eletrolítico.
O material sai em dois formatos. O ânodo de cobre oval, de 300 a 2400 mm na liga fosforosa, é a peça sólida do tanque. A granalha de cobre, de 20 x 40 mm, repõe o banho sem parar a linha para trocar peça. Como escolher entre os dois está em ânodos e granalhas de cobre na galvanoplastia.
Para referência de mercado, o mesmo trabalho do IPC APEX registra que as esferas de cobre usadas no setor de placas têm 99,93% de cobre e cerca de 0,05% de fósforo, que é o meio da faixa citada aqui.
Perguntas frequentes
Qual ânodo usar na cobreação de placa de circuito impresso?
O ânodo de cobre fosforoso, com teor de fósforo entre 0,040% e 0,065%. É a liga usada no banho ácido de cobre, que é o que deposita o cobre na parede do furo e na superfície da placa. Cobre sem fósforo não forma a película que segura a partícula fina, e partícula solta no banho vira nódulo na superfície da placa.
Por que o ânodo para placa de circuito impresso leva fósforo?
Porque o fósforo forma uma película escura na superfície do ânodo à medida que ele se dissolve. Essa película tem duas funções: impede que partículas finas de cobre se soltem como lodo e retarda o ataque do ácido sulfúrico ao ânodo durante as paradas de produção. O teor usual é de 0,040% a 0,065%, segundo a Products Finishing.
O que o cloreto do banho tem a ver com o ânodo?
O cloreto é o que torna controlada a dissolução do ânodo de cobre fosforoso. É por isso que a película depende de três coisas ao mesmo tempo: fósforo no ânodo, cloreto no banho e corrente passando. Faltando uma delas o problema aparece no ânodo, e o operador costuma procurar a causa no retificador.
Até que densidade de corrente o ânodo solúvel de cobre trabalha?
O limite usual é de cerca de 25 A/pé², o equivalente a 2,7 A/dm². Acima disso forma-se mais óxido na superfície e o ânodo passiva. A corrente desvia para as regiões ainda ativas, a tensão da célula sobe e a distribuição de cobre na placa piora. O dado é do trabalho apresentado no IPC APEX Expo de 2018.
Ânodo insolúvel de titânio substitui o de cobre fosforoso?
Depende da linha. O insolúvel mantém a geometria constante e trabalha acima do teto de corrente do cobre, mas ele não é fonte de metal: o cobre precisa ser reposto por dosagem de óxido de cobre, com controle de concentração. Para linha vertical contínua de alta densidade ele compensa. Para banho ácido de batelada, o ânodo solúvel de cobre fosforoso continua sendo o caminho mais simples. A Qualy Copper fabrica o solúvel.