Печатные платы

	Площадь поверх-
Толщина отдельных	ности слоя МПП,
слоев диэлектрика		дм’
в МПП, мм
<3	3—6	6-10	>10
<0.25	2	4	8	10
> 0,25	—	2	4	8

Фиксирующие и технологические отверстия получают сверлением, а при крупносерийном производстве — штамповкой. Процесс сверления предполагает весьма высокие требования к точности расположения отверстий, так как от этого зависит совпадение контакт ных площадок н других элементов проводящего рисунка в платах всех типов. В связи с этим предельные отклонения расстояний между центрами просверленных отверстий должны быть следующие: ±0,05 мм при расстоянии до 180 мм, ±0,08 мм прн расстоянии от 180 до 360 мм и ±0,1 мм при расстоянии свыше 360 мм.

В многослойных платах предельные отклонения не должны превышать ±0,03 мм. Эти требования могут быть соблюдены, если в сверлильных станках биение сверла не превышает 0,02 мм, а отклонение от перпендикулярности оси шпинделя к базовой поверхности стола составляет не более 0,01 мм. Сверление производят на коор-динатно-расточном или настольных сверлильных станках типов С-106, С-155 или 2М 103П.

В первом случае используют твердосплавные сверла по ГОСТ 17274—71 и ГОСТ 17275—71, а заготовки плат укладывают пакетом толщиной до 4,5 мм, подкладывая под нижнюю заготовку лист гетинакса толщиной 0,8—1,5 мм. При сверлении тонких диэлектриков (менее 0,5 мм), триацетатной пленки, прокладочной стеклоткани и других материалов гетинаксовая прокладка устанавливается с обеих сторон.

При сверлении на настольных сверлильных станках применяют твердосплавные сверла по ГОСТ 4010—77. Частота вращения шпинделя 1000—1900 об/мин. Сверление производят через кондуктор, также укладывая заготовки плат пакетом до 4,5 мм. После сверления отверстия обрабатывают развертками по ГОСТ 16086—70 или ГОСТ 1672—71.

Защитные покрытия проводящего рисунка на платах должны выполнять в основном две функции: защиту проводников при вытравливании меди, т. е. роль металлорезиста, и пайку выводов радиоэлементов [6, 9].

В качестве металлорезиста могут быть использованы различные сплавы олова, серебро, золото, однако при пайке на волне расплавленного припоя хорошую растекаемость припоя с применением канифольных флюсов обеспечивает только сплав олово—свинец, соответствующий эвтектическому сплаву ПОС-60.

Другие сплавы олова и чистое олово для покрытия печатных плат непригодны не только из-за быстрой потери способности к пайке на волне припоя, ио и вследствие склонности покрытий к иглообра-зованию после длительного хранения и практической невозможности их оплавления.

Особую ненадежность плат при длительном хранении и монтаж-но-сборочных операциях создает введенное в практику некоторых предприятий покрытие олово—кобальт и олово—висмут с содержанием легирующих присадок в количестве 0,005—0,05 %. В условиях серийного производства эти присадки исчезают из покрытия и на проводниках получается по существу покрытие из чистого олова, которое, как хорошо известно, быстро теряет способность к пайке, подвержено разрушению при низких температурах и росту очень прочных, пронизывающих любые материалы игольчатых кристаллов («вискеры», «усы»). Даже при наличии указанных присадок на отдельных предприятиях, применивших покрытия олово—кобальт и олово—висмут, имели место случаи иглообразования, а плохая способность к пайке вынудила предприятие применить дополнительное лужение сплавом Розе, что ведет к чрезвычайно нерациональному расходу олова и других ценных металлов (висмут). Серебро, применявшееся для этой же цели на отдельных предприятиях, в настоящее время исключено из производственной практики как драгоценный металл и как металл, способный к миграции в диэлектрик, что приводит к снижению электроизоляционных свойств печатных плат.

Олово легко образует электролитические сплавы со свинцом, в которых соотношение олова и свинца зависит от состава электролита и режимов электроосаждения.

Концентрация солей олова и свинца в электролите определяет и соотношение металлов в осадке, однако при одном и том же составе электролита имеет место значительный разброс в составе сплава в зависимости от содержания поверхностно-активных веществ. Так, например, при снижении содержания олова в сплаве в электролит добавляют столярный клей, вследствие чего возрастает содержание олова. Это явление обусловлено тем, что некоторые поверхностно-активные вещества, увеличивая катодную поляризацию более электроположительного металла, т. е. свинца, снижают скорость его осаждения по сравнению с осаждением олова, в результате чего увеличивается содержание олова в сплаве.Это имеет большое значение при нанесении покрытия на печатные платы, так как условия осаждения сплава олово—свинец в отверстии и на прьводнике значительно отличаются. Вследствие большого различия в плотности тока сплав олово—свинец на проводнике более богат оловом, чем сплав в отверстии. В результате этого смачиваемость припоем стенок отверстий и контактных площадок различна, что отрицательно влияет на качество пайки, осуществляемой иа волне припоя. С целью обеспечения хорошей растекаемости припоя следует применять также электролиты, которые позволяют получать одинаковый по составу сплав в большом диапазоне рабочей плотности тока. Стабильный по всей плате состав сплава необходим также и для того, чтобы обеспечить качественное выполнение операции оплавления.

В производстве печатных плат получили распространение фторборатиые электролиты, обеспечивающие осаждение сплава, содержащего 60 % олова. Состав приведен в табл. 17.

Таблица 17. Электролиты для получения олово-свинцового покрытия

Компоненты и режим работы	Номер раствора
1	2
Фторборат олова (в пересчете на металл)	50—60	14—18
Фторборат свинца (в пересчете на металл)	25—40	7—9
Борфтористоводородная кислота (свободная)	40-75	250—280
Борная кислота	25—30	20—30
Пептон или мездровый клей	3-5	4—6
Гидрохинон	1,0	0,8—1,0
Температура, °С	18—25	18—25
Катодная плотность тока, А/дм2	1-2	1—2

Скорость осаждения сплава при плотности тока 2 А/дм2 — 1 мкм/мии.

Электролит 1 (ГОСТ 23770—79) широко применяется в гальванотехнике для покрытия металлических деталей. Неоднородность состава сплава иа отдельных участках печатных плат колеблется в пределах 40—60 % по олову, поэтому сплав плохо оплавляется и при моитажио-сборочных операциях возникает необходимость горячего облуживаиия плат припоем ПОС-60.

Электролит 2 рекомендован отраслевой нормативно-технической документацией для покрытия печатных плат. Значительное увеличение содержания борфтористоводородиой кислоты по отношению к солям олова и свинца обеспечивает достаточно однородный состав сплава

прн различных плотностях тока в пределах 0,5—2,0 А/дм2. Однако повышенное содержание HBF4 обусловливает более агрессивное воздействие электролита на фоторезисты, а фоторезист на основе поливинилового спирта слабо устойчив в нем, что приводит к так называемым пробоям в процессе ианесения гальванического покрытия. Корректирование электролита по основным компонентам производится по данным химического анализа не реже двух раз в месяц; корректирование электролита по добавочным компонентам (пептон, клен и др.) — па основе данных табл. 17, определяющей причины тех или иных неполадок, связанных с присутствием ПАВ.

По мере накопления органических примесей производится периодическая очистка электролита от них посредством обработки активированным углем с последующей фильтрацией. В результате подобной обработки теряются органические добавки, введенные в электролит при его приготовлении, поэтому необходимо эти добавки вводить в полном объеме в соответствии с заданным составом (табл. 18).

С целью замены дорогостоящей борфтористоводородной кислоты иа более дешевый материал на ряде предприятий применяют кремие-фторидпые электролиты, полученные на основе кремнефтористо-

Таблица 18. Основные неполадки при покрытии сплавом олово—свинец

Характер неполадок

Возможные причины

Ухудшение способности к панке Шероховатость покрытия («набросив) Осаждение «подгорелых» покрытии, склонность к дендритообразоваиию Плохая рассеивающая способность Недостаточное количество олова в сплаве Полосчатость покрытия

Изменение состава сплава; накопление в электролите меди более 0,05 г/л Накопление механических примесей Пониженное содержание HBF«; недостаток клея или другого ПАВ Недостаток свободной HBF<, недостаток выравнивающих добавок Пониженное содержание олова в электролите, недостаток клея или другого аналогичного ПАВ, избыточное количестио свинца в электролите, интенсивное перемешивание, пониженная катодная плотность тока Накопление органических примесей вследствие выщелачивания фоторезистов или попадания масел с механизмов, обслуживающих ванны

водородной кислоты HiSiFe, являющейся отходом производства фосфорнокислых удобрений и поэтому более дешевой и доступной.

Состав электролита (г/л)

Кремнефторид свинца……….. 17—25

Кремнефторид олова . . . „……. 50—80

Кремнефтористая кислота (свободная)….. 40—60

а-нафтол …………… 0,2

Тиомочевина………….. 12—13

Желатина…………… 2

Температура электролита — 18—25 °С, катодная плотность тока для получения сплава, содержащего 60 % олова, должна составлять 1,3—1,5 А/дм2. При отклонениях плотности тока от этих значений состав сплава изменяется в соответствии с законами электрохимии.

Для электроосаждеиия сплава олово—свинец с содержанием олова 60±5 % институтом неорганической химии АН Латв. ССР разработан электролит следующего состава (г/л) [6]:

Олово (в пересчете иа металл)……..35—40

Свинец (в пересчете на металл) ……. 20—25

Пирофосфат калия, свободный……..130—250

Солянокислый гидразин……….8—12

Добавка ДДДМ…………. 1,0

Гидролизованиый клей………. 1,5

Величина рН 8,3—8,9. температура электролита 18—28 "С, катодная плотность тока 2—4 А/дм2.

Солянокислый гидразин стабилизирует содержание Sn2f. предотвращая его окисление до четырехвалентного состояния.

Добавка ДДДМ представляет собой соединение: 4,4 днамино 3,3 диметокенднфенилметаи и в сочетании с клеем обуславливает постоянство содержания олова в сплаве в рабочем интервале плотностей тока.

Основным преимуществом пирофосфатного электролита является его меньшая агрессивность по отношению к фоторезисту, чем у фторборатиого электролита, поэтому в нем меньше накапливается продуктов разложения, которые включаясь в покрытие, ухудшают его качество.

Для обеспечения постоянства состава сплава, а также стабильности его физико-химических свойств необходимо руководствоваться следующими рекомендациями.

1. Перемешивание электролита осуществляют медленным покачиванием плат в процессе электролиза (период качания 1—2 с) Более интенсивное покачивание вызывает снижение катодной поляризации свинца и его увеличение в составе сплава.

2. Во избежание Заноса в электролит сульфат-иона перед нанесением покрытия операцию активирования проводят в 10 %-ном растворе борфтористоводородиой кислоты и без промывки переносят платы в ванну для покрытия сплавом.

3. Аноды из сплава олово—свинец с 60 %-ным содержанием олова it 40 %-ным — свинца применяют в виде металла, поставляемого по ТУ 48-13-20—77.

В том случае, если они готовятся на месте сплавлением свинца и олова, следует следить за тем, чтобы в этих металлах примеси меди, висмута, сурьмы, мышьяка н железа ие превышали 0,003 % от каждого вида примесей.

4. С целью исключения возможности накопления меди в электролите необходимо не допускать падения плат на дно ванны и не поднимать уровень электролита в вание выше крючков, иа которых висят аноды.

Удаление сплава олово—свинец с разъемов печатных плат производят химическим растворением покрытия в одном из следующих

растворов: раствор 1—борфториставодородная кислота (330 мл), пергидроль (70 мл), вода (до 1 л). Температура раствора 18—25 °С. Продолжительность обработки 3—5 мин; раствор 2 — азотная кислота (400—500 мл/л), фторборатная медь (5—10 г/л), препарат ОС-20 (2—5 г/л). Температура раствора 18—25 °С, скорость растворения 3—4 мкм/мин.