Печатные платы

Осветление покрытия. В результате применения щелочных растворов травления оловянно-Свиицовое покрытие частично растворяется в этих растворах и образующиеся продукты растворения в виде темного шлама обволакивают поверхность покрытия и препятствуют выполнении) последующих операций (оплавление или пайка выводов электрорадиоэле*ментов): Для удаления травильного шлама с поверхности покрытия платы погружают в так называемый осветляющий раствор состава: тиомочевина — 80—85 г/л; соляная кислота (1,19) — 50—60 мл/л; этиловый спирт или синтанол ДС-10— 5—6 мл/л; продукт ОС-20—8—10 мл/л. Температура раствора 18— 25 °С, продолжительность обработки 1—1,5 мин.

Раствор приготовляют следующим образом. Ванну (1/5 объема) заполняют водой и вливают в нее соляную кислоту. Затем отдельно растворяют тиомочевину и вливают полученный раствор в ванну.

К смеси приливают спирт и продукт ОС-20, после чего доливают ванну водой до уровня.

С целью снижения стоимости расходуемых материалов можно применять технические продукты: тиомочевину по ТУ 6-09-4041—75; этиловый спирт.

Операцию осветления можно проводить в растворах, отличающихся по составу от вышеприведенного.

Так, например, фторборатный раствор состава: борфтористо-водородная кислота — 100 мл, тиомочевина — 100 г, смачиватель ОП-7—10 мл, вода — до 1 л осветляет покрытие при температуре 50— 60 °С в течение 1—2 мин.

Оплавление покрытия. Гальваническое покрытие олово—свинец типа ПОС-60 представляет собой эвтектический сплав, температура плавления которого 183 °С. Покрытие поэтому легко расплавляется и в жидком виде стекает с поверхности проводников на их боковые стенки, как показано на рис. 10. Оплавление покрытия — несложная операция, но она обеспечивает получение ряда преимуществ, поэтому применяется в производстве более ответственных по назначению плат. Оплавление покрытия преследует следующие цели: превратить губчатую и склонную к коррозии поверхность в гладкую блестящую; защитить боковые стенки проводников от коррозии и электрокоррозии в случае, если два соседних проводника в условиях эксплуатации разнополярны; улучшить способность к пайке после длительного (более 1 г) хранения; устранить «навесы» металла по кромкам проводников; исключить возможность роста нитевидных кристаллов («усов») в условиях длительного хранения, и эксплуатации; снизить на 15—20 °С температуру расплавленного припоя при пайке на волне; исключить нз технологического процесса операцию горячего облуживания; контролировать качество проводящего рисунка, так как операция оплавления является достаточно жестким испытанием для плат.

Оплавление осуществляют погружением в жидкий теплоноситель или воздействием инфракрасного излучения. В первом случае в качестве теплоносителя применяют жидкости, обладающие устойчивостью при температурах 220—240 °С, и негорючие — при этих же условиях. Такими жидкостями являются

Лапрол (ТУ 6-05-1679—74), масло ТП-22 (ТУ 38-1013-60— 73), олиго-эфир ОЖ-1 (ТУ 6-05-221-489—81). Оплавление обычно производят погружением на 15 с в нагретый до 230± 10 °С теплоноситель. Наиболее эффективным является оплавление на волне теплоносителя ОЖ-1 в автоматической установке, аналогичной установке для пайки на волне припоя, в которой контакт платы с жидкостью длится не более 5 с при температуре жидкости 220—230 °С. После оплавления покрытия жидкость ОЖ-1 смывается горячей водой. В случае использования масла ТП-22 отмывка его производится трихлорэтиленом.

Рис. 10. Защитное покрытие олово—свинец до (а) и после (6)

оплавления: / — печатный проводник; 2 — покрытие олово—свинец

Операцию отмывки лучше всего производить в установках, где струйная промывка сочетается с механическим воздействием вращающихся щеток. В последней секции отмывочного агрегата устанавливаются валки, которые отжимают воду с поверхности плат.

Сушка плат может осуществляться с помощью ТЭНов или керамических нагретых панелей, которые испаряют влагу за счет инфракрасного излучения во время перемещения платы по конвейеру между нагретыми поверхностями.

Оплавлению в инфракрасных лучах предшествует флюсование в спиртоканифольном флюсе или в растворе состава (масс, доли, %): олеиновая кислота — 20; этиловый спирт — 35; продукт ОС-20—45. Вязкость флюса по ВЗ-4 равна 12—15 с.

Раствор приготавливают посредством смешивания олеиновой кислоты со спиртом и затем в нагретую до 45—55 °С смесь вводят при помешивании продукт ОС-20. Флюс наносят окунанием и подсушивают на воздухе в течение 3—5 мин. Продукт ОС-20 по истечении нескольких дней употребления флюса выпадает в осадок, поэтому периодически флюс необходимо прогревать для растворения этого продукта.

В установках для оплавления в инфракрасном излучении скорость конвейера меняется для того, чтобы продолжительность облучения,увеличивалась по мере увеличения толщины платы. Так, для плат толщиной 1 мм скорость конвейера 1,2—1,3 м/мин, а для плат толщиной 2 мм скорость конвейера 1,0—1,1 м/мин.

Для защиты плат от коробления применяют рамки из текстолита, в которые вставляются платы перед укладкой их на конвейер. После оплавления флюсы смываются: спирто-канифольный — в спирто-бензиновой смеси; олеиновый — в теплой воде (50—55 °С) в течение 5—10 мин. Качество отмывки водорастворимых флюсов и жидких теплоносителей можно значительно повысить, используя ультразвуковые установки.

Следует обратить внимание на то, что толщина оловянно-свинцового покрытия на платах должна быть минимальной (не более 15 мкм), в противном случае происходят большие наплывы металла в отверстиях, каплеобразоваиие и другие дефекты.

Этот способ осуществляется посредством следующих основных операций: резки заготовок, сверления отверстий, подлежащих металлизации; подготовки поверхности; химического меднения; усиления меди гальваническим меднением; нанесения защитного рельефа на пробельные места^ гальванического меднения; гальванического покрытия сплавом олово—свинец; удаления защитного рельефа; травления меди с пробельных мест.

Исходным материалом служит нефольгированный стеклотекстолит марок СТЭФ-1-2ЛК (ТУ АУЭО.037.000) или СТЭК-1,5 (ТУ 16-503.201—80). На обе стороны этих материалов нанесен адгезионный слой из эпоксидно-каучуковой композиции. Свойства этих материалов приведены в приложении 2.

Подготовка поверхности диэлектрика заключается в ее химической обработке смесью хромовой и серной кислот, в результате которой на поверхности образуются микровпадины, обеспечивающие хорошую адгезию металлизированного слоя и хорошую смачиваемость водными растворами. Операция травления в данном процессе характеризуется очень малой продолжительностью (до 1 мнн), так как вытравливанию-подлежит весьма тонкий слой химически осажденной и усиленной гальванически до толщины 5—7 мкм меди. При вытравливании такого тонкого слоя меди эффект бокового подтравливания практически отсутствует, что позволяет получать очень узкие проводники шириной до 0,15 мм и с таким же зазором между проводниками.

Таким образом, технологический процесс изготовления печатных плат электрохимическим (полуаддитивным) способом освобождает от необходимости применять фольгированные медью диэлектрики и обеспечивает повышенную плотность монтажа на платах, что обусловливает возможность в ряде случаев заменить сложные в производстве многослойные печатные платы на двусторонние. Ниже приведены характеристики отдельных операций и условия их выполнения.

Заготовки из стеклотекстолита режутся с учетом технологических полей на одноножевых или многоножевых ножницах. На технологическом поле сверлятся фиксирующие отверстия в соответствии с рекомендациями, изложенными в гл. 2.

Подготовка поверхности производится следующим образом. Обезжиренную поверхность диэлектрика подвергают химической обработке с целью придания гидрофильностн и образования в адгезионном слое микронеровностей. Обработка ведется в две стадии: 1) набухание в водном растворе днметилформамида в течение 1—3 мин с последующей промывкой; 2) травление в растворе состава (г/л): хромовый ангидрид 450—500, серная кислота 200—240 при температуре 50—60 °С в течение 2—5 мин.

Удаление остатков хромовых соединений с поверхности заготовки производится в следующей последовательности; промывка в воде, нейтрализация в растворе NaOH (5—10%), повторная промывка, нейтрализация в растворе HCI (50—100 г/л), еще одна промывка в воде.

В растворе травления хром из шестивалентного восстанавливается до трехвалентного, а раствор разбавляется водой, вносимой заготовками плат. По достижении концентрации Сг3+ до 20 г/л окислительная способность раствора значительно падает и ои подлежит замене или регенерации, которая может быть осуществлена следующим образом.

В ванну завешиваются свинцовые аноды или, если ванна футерована свинцом, ее корпус подключают к положительному полюсу источника тока. Катодами служат свинцовые пластинки, поверхность которых приблизительно в 30 раз меньше поверхности анодов.Через ванну пропускают ток от источника тока с напряжением 18 В, плотность тока на электродах iK = 60-f-65 А/дм2 и i’a —2-^0,5 А/дм2. Раствор подогревается.до температуры 60—65 °С. В процессе электролаза происходит окисление Сг3+ в Сг6+, а вследствие испарения и электролиза воды возрастает концентрация H2SO». Регенерацию постоянным током завершают после того, как содержание Сг3 + снизится до 3—5 г/л. Удобно вести процесс на двух ваннах, в одной из которых происходит регенерация, в то время как другая — эксплуатируется.

С целью замены пожароопасного днметилформамида, а также нежелательного загрязнения сточных вод хромпвои кислотой предложено операцию набухания проводить в растворе состава: мочевина 500—600 г/л и аммиак водный (25 %-ный) 300 мл/л (рН 9—10) при температуре 50 °С в течение 15 мин. И далее после промывки в горячей н холодной воде травление производить в растворе КМпО» с концентрацией 25—40 г/л.

Для удаления продуктов реакции промывку водой чередуют с промывкой в солянокислом растворе гндроксиламнпа (20 г/л) и щелочном растворе трилона Б. Поверхность адгезионного слоя после травления приобретает равномерный матовый оттенок вследствие создания микрошероховатости.

Сверление отверстий, подлежащих металлизации, осуществляют с помощью твердосплавных сверл, по технологии, указанной в гл. 2.

Операции химического меднения предшествует обезжнрбвание в щелочных растворах с добавками ПАВ, а затем активация в совмещенном растворе н химическое меднение в одном из растворов, приведенных в гл. 4.