Печатные платы

Растворы иа основе хлорного железа и персульфата

Общие сведения. Травление меди является одной из основных операций в производстве печатных плат. Травильные растворы, с помощью которых осуществляется эта операция, должны удовлетворять следующим требованиям. В состав раствора должны входить дешевые и доступные материалы; раствор должен допускать возможность его регенерации и утилизацию меди из отработанного травителя; боковое подтравливаиие проводников должно быть минимальным; травильные растворы ие должны воздействовать на диэлектрическое основание печатной платы и иа защитный рисунок.

Ниже рассмотрены основные характеристики ряда применяемых в производстве растворов и даны рекомендации по наиболее эффективным травителям [3, 8].

Операция травления обычно осуществляется в конвейерных установках, в которых на платы, перемещаемые по транспортеру, сверху и снизу направляются струи травильного раствора или промывочной воды. Струйный метод травления является наиболее эффективным, так как обеспечивает требуемую скорость процесса при незначительном боковом травлении.

Типовая травильная установка составляется из отдельных состыкованных между собой модулей, в которых выполняются следующие переходы: загрузка, травление, щелочная или кислая промывка, визуальное наблюдение, финишная промывка и сушка. К числу таких установок относятся серийно выпускаемые линии щелочного и кислого травления.

Рис. П. Линия струйного травления печатных плат

На рис. II представлена типовая установка травления.

Растворы на основе хлорного железа. Водный раствор хлорного железа FeCb является сильным окислителем и с большой скоростью растворяет медь, восстанавливаясь при этом до хлористого железа FeCIs по реакции

FeCb + Cu -* FeCl2 + CuCI.

Образовавшаяся хлористая медь окисляется хлорным железом до хлорной меди:

FeCI3 + CuCl– FeCI2-f-CuCI2.

Повышенная рассеивающая способность электролита с добавкой «ЛТИ» (электролит 3) имеет очень важное значение для производства, так как применение этого электролита позволяет уменьшить продолжительность процесса меднения на 50—60 % и соответственно сократить расход меди. При использовании фторборатных или кремне-фторидных электролитов, обладающих низкой рассеивающей способностью, иа проводниках и особенно на удаленных, осаждается весьма толстый (70—100 мм) слой меди с неровной поверхностью, что препятствует получению качественной влагозащиты при лакировке блоков на печатном монтаже из-за стекания лака с шишковатых наростов меди на кромках проводников.

Чрезвычайно важное значение имеет эластичность осаждаемого слоя меди, так как в условиях эксплуатация платы подвергаются значительному нагреву и происходит тепловое расширение материала, из которого изготовлена плата, и слоя меди. Коэффициент линейного расширения эшжсидиой смолы почти в 5 раз больше коэффициента линейного расширения меди (ai = 9,2>10-5 мм/мм °С и (Х2=1,77Х ХЮ~Е мм/мм °С), поэтому в результате термоударов в слое меди, осажденном на стенках отверстий, возникают значительные напряжения и, если медь недостаточно эластична, происходит ее разрыв, а разрыв меди в переходном отверстии приводит к выходу нз строя всего блока.

Расчеты показывают, что на многослойной плате толщиной 2 мм удлинение по оеи z при лайке на волне припоя при температуре / = 250 °С составляет: для диэлектрика — 0,048 мм; для меди — 0,009 мм. В этом случае слойГдолжен «вытянуться» почти на 40 мкм и, если относительное удлинение меди менее 3 %, неизбежен ее разрыв.

Учитывал вышеизложенное, необходимо обращать большое внимание иа эл^тичиость осаждаемой меди, которая с учетом ужесточенных эксплуатационных требований к печатным платам, должна составлять по величине относительного удлинения не менее 6 %. Испытаниями качества медных осадков, полученных из различных электролитов, установлено, что в свежих электролитах величина относительного удлинения меди составляет: для электролита 3 — 9— 11 %, для электролита 4 — 3—4% и для фторборатного электролита — 3—5,5 %.

В результате накопления в электролитах органических примесей, вследствие агрессивного воздействия электролитов иа фоторезисты, краски и диэлектрические материалы платы эластичность меди значительно снижается, причем в фторборатных электролитах, как более агрессивных, это явление происходит быстрее. Попадание в электролиты органических примесей обусловливает не только снижение эластичности меди, но ухудшение электропроводности, Так, чистая медь имеет удельное электрическое сопротивление 0,020 Ом-мм, а для меди, осажденной в электролитах 2—4, эта величина составляет — 0,026 Ом-мм и по мере накопления органических примесей она возрастает на 25—30 %.

Сопоставляя свойства меди, осажденной из различных электролитов, а также’ оценивая свойства электролитов, легко сделать вывод о том, что сульфатный электролит меднения (электролит 3), содержащий выравнивающую (блескообразующую) добавку «ЛТИ», наиболее перспективен, так как он обеспечивает получение эластичных осадков меди с высокой равномерностью и скоростью осаждения. Компоненты электролита доступны и дешевы. Электролит весьма удобен в эксплуатации, так как он не требует нагрева, легко приготавливается и корректируется. Аноды хорошо растворяются и этим поддерживается стабильная концентрация солей меди в электролите. В качестве анодов для данного электролита рекомендованы мед-но-фосфористые аноды марки АМФ, содержащие до 0,06 % фосфора. Такие аноды растворяются более равномерно, без шламо-образования.

Приготовление и корректирование сульфатного электролита с добавкой «ЛТИ» производится следующим образом. Ванны заполняются дистиллированной водой на 1/2 или 2/3 объема. В воду, осторожно, при непрерывном помешивании, вводится серная кислота, раствор при этом нагревается до температуры 50—60 °С. В горячий раствор вводится медный купорос и при непрерывном помешивании и подогреве он полностью растворяется. Затем ванна доливается до уровня дистиллированной или деионизованной водой. Для обеспечения достаточной чистоты приготавливаемого электролита в полученный раствор вводится активированный уголь из расчета 2—3 г/л, смесь хорошо перемешивается и через 30—60 мин фильтруется в рабочую ванну.