Печатные платы

Сверление отверстий, подлежащих металлизации, является одной из важных операций в производстве печатных плат, так как от ее выполнения зависит качество металлизации и точность совмещения проводящих рисунков схемы.

Сверлением создается микрошероховатость поверхности, которая обусловливает хорошие условия для адсорбирования каталитических частиц палладия и соответственно последующее качественное меднение. Диаметр сверла, с помощью которого производится сверление, должен выбираться с учетом толщины слоя металлизации и допуска на сверление.

Расчет номинального диаметра сверла производится по формуле

Осв = £>„ + 0,8(Д,-г-Д2)+26,

где Dee — номинальный диаметр сверла; D„ — номинальный диаметр металлизированного отверстия; Ai — предельные отклонения диаметра, зависящие от станка и составляющие ие более 0,1 мм для отверстий диаметром до 0,8 мм и 0,12 мм для отверстий диаметром от 0,8 до 3,0 мм, Д2 — отклонения, обусловленные деформацией материала, возникающие после выхода сверла вследствие усилий сжатия, Д2 = 0,03±0,05 мм; S — толщина металлического покрытия, 6 = 25 мкм.

При выборе сверла необходимо учитывать, что по ГОСТу 22093—77 диаметры сверл различаются между собой на величину, кратную 0,1, т. е. образуют ряд 0,9; 0,8; 0,7 и т. д., поэтому полученные по вышеприведенной формуле результаты следует округлять до десятых долей миллиметра. В некоторых отраслевых стандартах рекомендуется диаметр сверла увеличивать на 0,10—0,15 мм по отношению к диаметру металлизированного отверстия.

Предельные отклонения центров отверстий относительно узлов координатной сетки не должны превышать ±0,2 мм, для многослойных печатных плат эта величина принята ±0,1 мм.

Рис. 6. Спиральное

сверло в сечении: а — главный задний угол; р — вспомогательный задний угол

В соответствии с ГОСТ 23664—79 шероховатость стенок отверстий не должна превышать 40 мкм. Заполировка, поджог и засаливание поверхности не допускаются.

Сверление необходимо производить цилиндрическими спиральными сверлами, изготовленными из твердого сплава марки ВК8 или ВК6М. Твердый сплав состоит из смеси карбидов вольфрама (90—94 %) и карбидов кобальта (5 %).

Для скоростного сверления рекомендуются укороченные сверла по ГОСТ 20686—75. Сверла из углеродистой или легированных сталей совершенно непригодны, так как затупляются после сверления нескольких отверстий.

Геометрия сверла оказывает большое влияние на качество сверления и на стойкость сверла. Выпускаемые промышленностью сверла (рис. 6) имеют следующие основные параметры (… °): главный задний угол— 15—17; вспомогательный задний угол — 30—32; угол при вершине— 100—125.

Увеличенный против нормы угол при вершине влечет за собой увеличение осевого отклонения сверла вследствие „скольжения"; при очень малом угле имеет место осевое отклонение внутри материала.

Спиральные канавки должны быть хорошо отшлифованы для облегчения выхода стружки из зоны сверления.

Режим сверления

Частота вращения, тыс. об/мин……. 10—90

Скорость резания, м/мин……… 70_15о

Скорость резания для МПП, м/мин….. 40_70

Подача, мм/об…………. 0,02—0,07

Подача при сверлении МПП, мм/об….. 0 02_0 05

При малых подачах происходит разрыхление стеклянных нитей, при больших — оплавление и расслоение материала. Отклонение от режимов сверления и затупление режущих кромок обусловливают ряд дефектов, приведенных в табл. 5.

Уровень электролита следует поддерживать, доливая ванну водой или ортофосфориой Кислотой в зависимости от плотности раствора, которая составляет 1560—1600 кг/м3 Бутанол вводится по мере ослабления блеска поверхности или появления растравленных участков полируемой поверхности.

Используя комбинированный метод, можно изготавливать платы с повышенной плотностью монтджа. В этом случае исходным материалом служит стеклотекстолит, фольгироваиный очень тонкой мед ной фольгой (толщина фольги 5 мкм). Медная фольга защищается от возможных повреждений, при хранении, транспортировании и сверлении отверстий медным или алюминиевым листовым протектором толщиной 50—75 мкм. Материал с-медным протектором получил название «Слофаднт», а с алюминиевым протектором — СТПА. После сверления отверстий в заготовке и операции химического меднения протектор отделяется от поверхности фольги и укладывается в отдельную тару для последующей сдачи предприятиям цветной металлургии как вторичное сырье. Заготовка подвергается гальванической металлизации («затяжке») и другим операциям, приведенным выше.

Продолжительность операции травления уменьшается в 5 раз, так как толщина слоя меди, подлежащая вытравливанию, составляет 10—12 мкм вместо 45—50 мкм в случае применения обычных фоль-гированных диэлектриков. В результате этого эффект бокового под-травливання практически исключается н достигается возможность получения узких проводников шириной до 0,15 мм и таких же зазоров между ними, что характерно для плат, изготавливаемых по полуаддитивной технологии.

Технологический процесс изготовления двусторонних печатных плат комбинированным методом из материала типа «Слофадит» обеспечивает повышенную плотность монтажа (класс 3 по ГОСТ 23751—79), что позволяет во многих случаях многослойные платы в 6—8 слоев заменить на двусторонние.

Широкое применение микросборок, интегральных схем и изделий современной полупроводниковой техники привело к тому, что прн монтаже их на печатные платы резко возросла коммутация между ними н появилась необходимость размещения проводников в различных изолированных друг от друга слоях многослойной платы. Многослойные соединения осуществляются через металлизированные сквозные отверстия, поэтому и метод изготовления МПП получил название * метод сквозной металлизации». Другие способы меж слой-ного соединения применяются очень редко н поэтому не предусмотрены нормативно-технической документацией [5].

Рис. 4. Структура многослойной платы: / — металлический слой; 2 — тонкий диэлектрик слоя МПП; 3 — изоляционная прокладка из стеклоткани;

4 — контактная площадка в слое МПП

Структура многослойной платы представлена на рис. 4. Технологический процесс изготовления МПП состоит из трех основных этапов: 1) подготовки отдельных слоев; 2) сборки пакета и прессования; 3) получения проводящего рисунка на наружных слоях.

На заготовках из тонких фольгнрованных диэлектриков, например марок СТФ-1 или СТФ-2 {приложение 3), химическим методом получают проводящий рисунок, используя жидкие нли сухие пленочные фоторезисты. В качестве травителя могут быть использованы различные по типу растворы: кислые илн щелочные, представленные в гл. 6 настоящей брошюры. При выборе раствора следует остановиться на том составе, который принят для основного процесса, т. е. аммиачно-хлоридиого, так как нецелесообразно в производственных условиях иметь два различных состава. После вытравливания меди наблюдается нежелательная деформация сжатия диэлектрика, обусловленная виутренннмн напряжениями, проявляющими свое действие после удаления части медной фольги. Величина этих деформаций зависит от характера проводящего рисунка и она минимальна в случае применения диэлектриков, фольгирован-ных медью с двух сторон.

Вначале на каждом технологическом поле отдельно взятого слоя с проводящим рисунком пробиваются базовые илн фиксирующие отверстия, с помощью которых прн сборке достигается хорошее совмещение контактных площадок по вертикали. Количество отверстий устанавливается в зависимости от размеров платы нормативно-технической документацией и доходит до 10.

Для выполнения данной операции предназначена установка совмещения н штамповки базовых отверстий. Установка рассчитана на заготовки плат с максимальным размером 500 X 500 мм и минимальным — 200X200 мм. Шаг перемещения стола — 10 мм. Точность базирования ±0,05 мм. Диаметр базовых отверстий — 5 мм. Аналогичные отверстия пробиваются в листах прокладочной стеклоткани СП.

Прокладочная стеклоткань представляет собой листы стеклоткани нз крученых нитей диаметром 0,1—0,25 мм, пропитанной эпоксидным лаком ЭД-8-Х. Этот материал находится в иедополи-меризованном состоянии и имеет следующий состав (масс, доли, %): летучие — 0,3—1,2; связующие—45—52; растворимые смолы — 85—100. Время гелеобразования — 5—15 мин, срок хранения прокладочной стеклоткани — 6 мес. По истечении этого срока процессы полимеризации в материале, протекающие самопроизвольно, ухудшают его способность к склеиванию при прессовании многослойных плат.

Для обеспечения высокой прочности сцепления поверхности медных проводников с изолирующими межслойными материалами необходимо придать им микрошероховатость, а еще лучше создать оксидный слой соответствующей химической или струйной обработкой растворами’ травителей состава (г/л): СиС12—40—45, NH4CI— 145—150 илн (NH4)2S208 —200—250, H2S04 — 5—7. Температура раствора — до 60 °С. Для выполнения этой операции выпускается установка в виде линии химической подготовки слоев перед прессованием. Линия модульной конструкции имеет в своем составе отдельные модули для подтравливаиия, промывок и сушки заготовок. Скорость конвейера регулируется и этим обеспечивается необходимая производительность и качество обработки.

При наличии больших участков меди более эффективно химическое оксидирование в растворах типа «Эбаиол» следующего состава (масс, доли, %): NaC!02 — 48; NaOH — 40; Na3P04 — 12. Обработка заготовок производится в водном растворе, содержащем 180 г/л этого состава, при температуре 90 °С до образования черного оксидного покрытия. Для осуществления этой операции можно использовать линии ванн из комплекта ванн гальванической линии АГ-38, по отдельной компоновке.