Главное меню
Календарь
Февраль 2012
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
« Июнь    
 12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
272829  

Записи с меткой «Меднение»

Одним из вариантов электрохимического (полуаддитнвного) процесса является так называемый «тентинг-процесс». В этом варианте заготовка печатной платы, в которой просверлены отверстия, металлизируется полностью химическим, а затем -*- гальваническим меднением с толщиной слоя 25—30 мкм. Далее с помощью сухого пленочного фоторезиста толщиной 40—60 мкм и фотошаблона-негатива получается защитный рисунок из пленки фоторезиста, перекрывающей все отверстия и защищающей их от попадания травильного раствора. Как и в обычном химическом методе, проводящий, рисунок здесь образуется после травления меди. Проводники, контактные площадки и стенки отверстий облужнваются сплавом ПОС-60 горячим способом по методу «Левельэр» ‘ или ППВ (покрытие припоем с выглаживанием). Тентинг-процесс дает хорошие результаты при изготовлении многослойных плат с внутренними переходами нз диэлектрика, обе стороны которого покрыты 5- или 35-микронной медной фольгой.

Весьма перспективно применение электрохимического способа в производстве металлических плат, обеспечивающих повышенную теплопроводность. Структура такой платы представлена на рис. 3. Основными операциями техвологического процесса являются: сверление отверстий; анодирование в 20 %-ном растворе H2SO4 при «а =1,5 А/дм2 в течение двух часов , для получения оксидной пленки, повышающей электроизоляционные свойства поверхности; нанесение изоляционного слоя; химическое меднение всей поверхности с «затяжкой» гальваническим меднением.

Дальнейшие операции выполняются в последовательности, описанной выше. В качестве изоляционного слоя лучшие результаты получены нанесением четырех слоев порошковой краски ПЭП-219 с оплавлением каждого слоя при температуре 180 °С.

Подготовка поверхности перед химическим меднением осуществляется следующим образом. После обезжиривания в растворе тринатрийфосфата следует обработка в ацетоне, разбавленным водой в отношении 2:1, в течение 10 мин для повышения гидрофилыюсти поверхности, а затем подтравливание в растворе следующего состава: хромовый ангидрид (30 г/л), серная кислота (650 мл/л) при температуре 50—60 °С с последующей промывкой и нейтрализацией.

С целью обеспечения необходимой прочности сцеплеиня проводников с основанием предусмотрено создание мнкрошероховато-

сти поверхности посредством травления в сернохромовой смеси. Эта операция вызывает серьезные затруднения в производстве, связанные с токсичностью хромовых соединений и необходимостью принятия мер по обезвреживанию отходов. Большой интерес представляет безотходная технология подготовки поверхности с помощью, например, коронного разряда. В настоящее время ведутся экспериментальные работы в этом направлении.

16. Меднение

Меднение является основным гальваническим процессом в производстве печатных плат; гальваническим меднением получают слой медн в монтажных и переходных отверстиях, а также проводящий рисунок в полуаддитивной технологии [6,7]. Из щелочных электролитов наиболее распространенными в производстве являются пиро-фосфатные электролиты. Из кислых электролитов известны фтор-боратные, сульфатные, кремнефторидные электролиты, в которых медь находится в виде солей: Cu>(BF4)2, CuS04, CuSiF6, и некоторые другие (оксалатный).

Пирофосфатный электролит. Основной компонент электролита — комплексная соль меди — образуется в результате растворения пиро-фосфата меди в избытке пнрофосфата калия по реакциям:

2CUSO4 + K4P2O7 -► CU2P2O7 + 2K2SO4,

CU2P2O7 + ЗК4Р2О7– 2К6 [Си (Р207)2J.

48

Состав (г/л) и режим работы электролита приведены ниже.

Сернокислая медь (CuS04-5H20)……90

Пнрофосфат калия (гмРгОг-ЗгЬО)……350

Лимонная кислота или цитрат калия…… 20

Аммиак водный (25 %-ный), мл/л…….1—2

Селенит натрия (ЫагБеОз)………0,002

рН……………..8,3—8,5

Температура электролита, °С………35—50

Катодная плотность тока, А/дм2. ……. 0,8—1,7

Для приготовления электролита раствор сернокислой меди приливают небольшими порциями при интенсивном перемешивании к нагретому раствору пирофосфата натрия. Раствор при этом приобретает интенсивную синюю окраску. Затем в полученный раствор вводят поочередно лимонную кислоту и остальные компоненты. Разряд меди происходит из комплексного аниона, в результате чего этот процесс сопровождается значительной катодной поляризацией, обусловливающей мелкозернистую структуру покрытия и хорошие механические свойства осадка меди. Б производстве печатных плат пирофосфатиый электролит имеет следующие преимущества: высокую рассеивающую способность, обеспечивающую получение слоя меди в отверстиях 80—90 % от толщины слоя меди на проводниках при отношении толщины платы к диаметру отверстия 2:1; хорошую эластичность меди при отсутствии органических примесей и примесей фосфатов; возможность ведения процесса при непрерывной фильтрации через уголь из-за отсутствия органических добавок.

В то же время указанный электролит обладает рядом недостатков.

1. Накопление фосфатов вследствие гидролиза пирофосфата. Накопление фосфатов обусловливает включение фосфора в осадок меди, доходящее до 0,5 % по массе. Фосфор в меди приводит к затруднениям при пайке и хрупкости осадка.

2. Охлаждение электролита влечет за собой кристаллизацию солей на анодах и стеиках ванны и возникновение при работе так называемой солевой пассивности анодов.

3. Малая скорость осаждения меди вследствие низких плотностей тока.

4. Большая чувствительность к примесям железа, свинца, хлора и органических продуктов.

5. Невозможность использования более перспективных фоторезистов водощелочного проявления (СПФ-ВЩ).

Из числа электролитов, в которых медь находится в виде комплексного соединения, заслуживает внимания оксалатный электролит, обеспечивающий очень высокую рассеивающую способность и мелкозернистую структуру электролитического осадка, следующего состава (г/л) и режима работы;

Сернокислая медь (CuS04-5H^O)……. 25

Щавелевокислый аммоний……… 50

Щавелевая кислота………… 10

рН………………3,5—4.5

Катоднан плотность тока U, А/дм2…….1,0—2,"0

Фторборатный электролит. Состав фторборатных электролитов приведен в табл. 13.

Таблица 13. Состав фторборатных электролитов

Компоненты и режим работы

Концентрация, г/л

Для «затяжки» хи^ мической меди

Для металлизации

Фторборатиая медь Борфтористоводородная кислота Борная кислота

Катодная плотность тока", А/дм"* Температура электролита, °С

60-70 150—160 15—20

1—2 15—20

230—250 5-15 15—40 До 5 15—20

Преимуществом фторборатного электролита по сравнению с другими электролитами является наиболее высокая скорость осаждения меди вследствие применения повышенных плотностей тока, недостатки электролита — низкая рассеивающая способность (толщина покрытия в отверстиях при тех же условиях составляет 40— 50 % от толщины меди иа проводниках) и неэластичность осадков меди (относительное удлинение е = 2ч-3%). Хрупкость меди резко возрастает при попадании органических примесей и особенно продуктов выщелачивания пленочных фоторезистов.

Фторборат меди готовится в ванне посредством растворения основной углекислой соли меди в борфторнстоводородной кислоте по реакции

Cu(OH)2-CuC03 + 4HBF4 —► 2Cu(BF4)2 + 3H20 + С02.

Расчетное количество основной углекислой меди засыпается в ванну и в нее небольшими порциями вливается борфтористоводородная кислота до прекращения выделения углекислого газа. В полученный раствор вводится оставшаяся борфтористоводородная кислота и приготовленный в отдельной порции раствор борной кислоты.

Определение эластичности медных осадков производят следующим образом. На пластинку из коррозионно-стойкой стали методом фотопечати наносят защитный рисунок таким образом, чтобы последующим гальваническим меднением открытых участков поверхности можно было получить образец для разрыва, форма и размеры которого показаны на рис. 9.

Пластинку с нанесенным на се поверхность рисунком следует обезжирить венской известью, промыть водой, активировать в 10%-ном растворе НС1, промыть водой и вторично активировать в 10 %-ном раствбре HBF4. После тщательной промывки пластинка завешивается в ванну меднения вместе с платами и покрывается по режимам, принятым для плат. Пластинку с осажденной медью высушить сжатым воздухом и снять медь с помощью скальпеля. Толщина медного образца должна составлять 30—40 мкм. На образец с помощью тонкой иглы без мажнма наносятся риски, ограничивающие базу длиной /0 = 30±1 мм.

Измерение базы до и после испытания на разрыв следует производить с точностью ±0,01 мм иа универсальном измерительном микроскопе УИМ. Рие- 9- °6РаэеЦ для разрыва медного Разрыв образцов рекомсн- покрытия дуется производить на разрывной машине типа МР-05-1 при нагрузке до 10 Н. После разрыва обе половинки образца прижать к стеклу а по средней линии измерить расстояние от линии разрыва до рисок. Сумма двух измерений составит величину /„. Относительное удлинение рассчитать по формуле

е =(/„-/») 100//„ %.

Для получения более достоверных результатов производят несколько испытаний п величину в определяют как среднеарифметическую. При проведении испытаний следует иметь в виду, что в свеже-осаждеииом слое меди имеются внутренние напряжения и медь обладает малой эластичностью; через двое суток в результате рекристаллизации внутренние напряжения исчезают и устанавливается стабильное значение е.

Перемешивание электролита барботированием сжатым воздухом или механическими мешалками ие достигает эффекта, так как в зону отверстий диаметром 0,6—0,8 мм не обеспечивается подача свежего электролита и в результате этого осаждение меди на стенки отверстий происходит из сильно истощенного электролита в условиях предельного тока. Лучшие результаты достигаются в том случае, когда платы, жестко закрепленные на катодной штанге, совершают в электролите возвратно-поступательные движения, что обеспечивает хороший обмен электролита в отверстиях.

Хороший контакт платы с подвесочным приспособлением и подвесочного приспособления с катодной штангой необходим для того, чтобы на всех платах осаждалось равное количество меди. При отсутствии контакта может произойти полное или частичное растворение медн, осевшей в начальный период электролиза. Это явление, называемое биполярным эффектом, происходит из-за того, что медненая поверхность платы, не будучи поляризована катодно, ста-

новится анодом по отношению к соседним платам, имеющим хороший контакт с катодной штангой. Для обеспечения хорошего жесткого контакта всех плат с подвесочными приспособлениями необходимо, чтобы платы присоединялись с помощью резьбового соединения или пружинящего контакта.

Длина подвесочного приспособления должна выбираться таким образом, чтобы самая нижняя плата была иа уровне и даже несколько выше нижней кромки анодов, в противном случае происходит значительная концентрация тоКа на нижних платах и в результате образуется «подгорелый» слой меди.

При загрузке вани платами их следует компоновать таким образом, чтобы стороны, обращенные к каждой анодной штанге, имели бы приблизительно одинаковую поверхность, подлежащую меднению. Это обеспечивает получение более равномерных по толщине покрытий иа обеих сторонах платы.

1. Разрыв технологического процесса из-за применения ручной операции лакировки, требующей высокой квалификации маляра.

2. Сверление через лаковую пленку ухудшает стойкость сверл.

3. Жидкие фоторезисты создают защитный рисунок толщиной не более 12 мкм, тогда как гальваническое осаждение меди и покрытия производится на толщину от 30 до 60 мкм (н более). В результате этого металл нарастает за пределы рисунка проводящего слоя и это «разрастание» приходится срезать скальпелем, что связано с большими затратами труда.

4.  Удаление заусенцев после сверления осуществляется зенко-ванием, что увеличивает трудоемкость сверления.

Негативный способ легче осваивается из-за пониженных требований к стойкости фоторезиста и возможности травления в любых растворах (в том числе FeCb), позитивный — обеспечивает более высокую плотность монтажа и лучшие диэлектрические свойства плат, он позволяет также осуществлять автоматизацию отдельных операций, например гальванических.

Оба способа характеризуются значительной трудоемкостью, так как в технологических процессах имеется много ручных операций, поэтому они могут использоваться лишь в условиях опытного и мелкосерийного производства. Наиболее перспективным является позитивный способ, осуществляемый по так называемому базовому технологическому процессу, структура которого аналогична вышеизложенному полуаддитивному процессу. К основным операциям процесса можно отнести резку заготовок и сверление отверстий, подлежащих металлизации; подготовительные операции; химическое меднение; утолщение слоя меди до 5—7 мкм гальваническим меднением; нанесение защитного рельефа на пробельные места; гальваническое меднение; гальваническое покрытие сплавом олово—свинец; удаление защитного рельефа; травление; обрезку по контуру, Оплавление покрытия олово—свинец; маркировку, консервацию, упаковку.

Процесс обеспечивает получение зазоров между проводниками и ширину проводников до 0,2 мм.

Подготовительные операции перед химическим меднением заготовок плат с просверленными отверстиями могут осуществляться в двух вариантах: 1) механическая зачистка с целью удаления заусенцев и дефектов на поверхности фольги в сочетании с химическими операциями; 2) электролитическое полирование. Последовательность операций для обоих вариантов представлена в табл. 3, где знаками плюс и минус обозначена применяемость операции.

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.

Этот способ предусматривает получение проводящего рисунка из меди толщиной 25—30 мкм, осажденной химическим способом (толстослойное химическое меднение). При этом слой меди должен иметь плотность 8800—8900 кг/м3, чистоту 99,8—99,9 %, электрическое сопротивление не более 0,0188 Ом-мм и эластичность, характеризующуюся величиной относительного удлинения e=4-f-6% Прочность сцепления меди с диэлектриком должна соответствовать ОТУ и составлять ие менее 0,4 Н/3 мм.

Основные преимущества аддитивного метода следующие: уменьшение количества операций и соответственно производственных площадей и оборудования; равномерность слоя осажденной меди при соотношении толщины платы к диаметру отверстий 10 : 1; высокая плотность монтажа, допускающая возможность создания зазоров между проводниками и ширину их до 0,1 мм; снижение расхода материалов вследствие отсутствия травления; возможность использования для химической металлизации солей меди из травильных отходов; возможность полного исправления дефектных плат после стравливания меди и повторной металлизации.

Технологические процессы изготовления печатных плат определяются типом исходного материала и могут быть представлены в трех вариантах:

1) из диэлектрика с введением в его состав катализатором процесса химического меднения; 2) иа материале СТЭФ-1 с покрытием каталитической эмалью; 3) из диэлектрика для полуаддитивнон технологии.

1. Исходным материалом для плат служит диэлектрик марки СТАМ по ТУ ОЯЩ.503.041—78. Основными операциями технологического процесса являются резка заготовок; сверление отверстий; получение защитного рельефа; подготовка поверхности; химическое меднение, предварительное и толстослойное.

Операции механической обработки выполняются в соответствии с рекомендациями, данными в гл. 2.

. Получение защитного рельефа осуществляется с помощью сухого пленочного фоторезиста СПФ-2.

С целью повышения устойчивости рисунка к длительной обработке в щелочных растворах химического меднения плата подвергается термообработке в воздушной среде при температуре 95+5 °С в течение 30 мии. Подготовка поверхности заключается в травлении

в сернохромовой смеси с последующими промывками и нейтрализацией от остатков СгО{~. Активирование поверхности производится в совмещенном растворе с последующей обработкой в растворе NaOH (20 г/л).

Предварительное химическое меднение производится в тартрат-ном растворе (табл. 8) в течение 15—20 мии. Перед толстослойным меднением следует термообработка тонкого слоя химически осажденной меди при 100 °С в течение 1—2 ч. Толстослойное химическое меднение проводится в трилонатном или тартратном растворе.

2. Исходным материалом для плат служит нефольгированный стеклотекстолит СТЭФ-1. Сверленые заготовки из этого материала покрывают из краскораспылителя эпоксидной эмалью с наполнителем, в качестве пигмента служит двуокись титана ТЮг, к которой добавлено 0,04 % солей палладия. Эмаль ЭП-5215 поставляется по ТУ 6-10-11-19-30—79 (титан IV, окись в рутильной форме, активированная палладием по ТУ 6-09-05—1025—79).

Основные операции технологического процесса следующие: резка заготовок; сверление отверстий; нанесение эмали ЭП-5215 на поверхность и в отверстия; травление; получение защитного рисунка; химическое меднение (предварительное и толстослойное^.

Травление слоя эмали осуществляют в растворе, содержащем 130 г/л хромового ангидрида и 650 г/л серной кислоты. Температура раствора 70 °С, продолжительность — 10 мин, плотность загрузки-— 0,9—1,0 дм2/л.

Предварительное химическое меднение производится в стандартном растворе, минуя активирование, так как катализатор процесса химического меднения находится в слое эмали. Толстослойное химическое меднение и получение защитного рельефа выполняется аналогично предыдущему варианту.

3. Исходным материалом служит диэлектрик СТЭК или СТЭФ-1 -2ЛК (см. приложение 2).

Основными операциями технологического процесса при этом являются резка заготовок; сверление отверстий; подготовка поверхности; активирование; получение защитного рельефа; химическое меднение предварительное и толстослойное.

Существенной особенностью данного технологического процесса является отделение операции активирования от химического меднения, в результате чего химическое восстановление меди происходит на участках, свободных от защитного рисунка, т. е. в отверстиях и на проводниках.

Подготовка поверхности происходит так же, как и в полуаддитивной технологии: заготовки подвергаются обезжириванию, набуханию адгезионного слоя и травлению в смеси СгОз-г-НгЗО,!.

Активирование производится в совмещенном растворе, причем ему предшествует погружение в раствор, содержащий 75—80 г/л NaOH. После промывки в улавливателе следует сушка путем легкого обдувания воздухом. Химическое меднение производится в растворах, как и в предыдущих вариантах.

Одним из вариантов аддитивного метода является процесс под названием «фотоформ», или фотоселективная металлизация. Технологический процесс изготовления печатных плат, разработанный для условий лабораторного или опытного производства, состоит нз следующих операций: сверления отверстий в заготовках из материала типа СТЭК илн СТЭФ-1-2ЛК; подготовки поверхности ди электрика (обезжиривание, травление); нанесения фотоактиватора (фотопромотора) и его подсушки экспонированием проводящего рисунка на плату; проявления рисунка в ванне химического меднения; удаления фотоактиватора с незасвеченных мест; толстослойного химического меднения; отмывки плат от остатков электролитов.

Ключевой операцией процесса является нанесение фотоактиваторов на плату. Фотоактиватором при этом служат весьма сложные по составу растворы, в которых содержатся соединения меди или железа. Составы фотоактиваторов еще недостаточно отработаны для производственных условий, однако некоторые нз них рекомендованы в литературных источниках и представляют весьма сложные смеси органических веществ, например следующий состав раствора фотоактиватора: ацетат меди — 15 г; антрахинондисульфокислота — 3 г; вода — 450 мл; глицерин —"30 мл; лимонная кислота — 30 г; хлорное олово — 1 г; поверхностно-активное вещество — 0,25 мл.

Под действием ультрафиолетового света, проходящего через фотошаблон (операция 4), фотоактиватор разлагается и на экспонированных участках образуется едва заметный для глаза проводящий рисунок из продуктов распада фотоактиватора, служащих катализаторами процесса восстановления меди при химическом меднении.

Таким образом, при выполнении операции 5 происходит образование проводящего рисунка из тонкого слоя химически восстановленной меди. Увеличение слоя меди до толщины 25 мкм происходит в ванне толстослойного химического меднения.

Для обеспечения пайки электрорадиоэлементов платы необходимо подвергнуть покрытию сплавом ПОС-60 горячим способом. Обычно принятая техника лужения в данном случае непригодна, так как слой припоя достигает значительной толщины, что может вызвать образование «мостиков» между проводниками. Покрытие необходимо производить по методике, предусматривающей после погружения плат в расплавленный припой обдувку их горячим воздухом с целью выглаживания слоя припоя и удаления его излишков/

В установках для выполнения этой операции платы, подвергнутые флюсованию, проходят зону подогрева с целью удаления влаги и смягчения термоудара, вызывающих коробление при погружении в расплавленный припой, время выдержки плат в расплавленном припое не должно превышать 4 с. Основная часть установки — воздушные ножи — предназначена для равномерной подачи горячего воздуха по всей длине плат.

Толщина слоя припоя на платах в среднем составляет около 8 мкм.

Номер

 

Номер

Операция

опера-

Операция

опера-

ции

 

ции

 
 

А. Негативный способ

 

Б. Позитивный способ

1

Резка заготовок и хи-

1

Резка заготовок н хи-

 

мико-механическая подго-

 

мико-мехаиическая подго-

 

товка поверхности

 

товка поверхности

2

Получение защитного

2

Получение защитного

 

рисунка с негатива

 

рисунка с позитива

3

Травление меди

3

Нанесение защитной ла-

     

ковой пленки

4

Удаление защитного ри-

4

Сверление н зенкование

 

сунка

 

отверстий

5

Нанесение защитной ла-

5

Химическое меднение

 

ковой пленки

   

СО

Сверление и зенкование

6

Удаление лаковой пленки

 

отверстий

 

Гальваническое меднение

7

Химическое меднение

7

8

Удаление лаковой пленки

8

Гальваническое покры-

     

тие сплавом олово—свинец

9

Гальваническое меднение

9

Удаление защитного ри-

 

в два приема с помощью

 

сунка

 

рамочных приспособлений

   

10

Покрытие сплавом Розе

10

Травление

4. Процесс предусматривает много ручных операций.

5. Операция покрытия сплавом Розе особенно токсична из-за выделения продуктов, содержащих свинец и кадмий.

Недостатком позитивного комбинированного способа является нестойкость фоторезистов на основе поливинилового спирта при выполнении двукратной гальванической обработки, что создает большие трудности в производстве (зачистка, ретушь и т. п.).

Рекомендуется заготовки плат перед активацией промывать в растворе соляной кислоты (50 г/л) во избежание разбавления раствора —активатора водой.

Усиление меди гальваническим меднением лучше производить в ваннах без добавок блескообразователен в любых электролитах. Толщина слоя меди при этом должна составлять 5—7 мкм.

Последующие операции технологического процесса: нанесение защитного рельефа, гальваническое меднение, гальваническое покрытие сплавом олово—свинец, удаление защитного рельефа и травление меди с пробельных мест, осуществляют в соответствии с рекомендациями, приведенными в гл. 4—6 настоящей брошюры.

Существует несколько видоизмененный процесс, названный дифференциальным травлением. В этом процессе нет операции гальванического покрытия сплавом олово—свинец, которое служит метал-ло-резнстом, а при травлении тонкого слоя меди с пробельных мест одновременно вытравливается 5—7 мкм меди с проводящего рисунка. Для того чтобы сохранить заданную техническими условиями толщину проводника, при гальваническом меднении увеличивают толщину меди на 7—10 мкм с учетом вышеуказанного травления металла.

В производственной практике встречаются другие разновидности технологического процесса, отличающиеся от приведенного выше, но в настоящее время они применяются редко, например при изготовлении полосковых плат из иефольгировалных диэлектриков. Характерной особенностью этих процессов является применение жидких фоторезистов, которые наносятся па плату до сверления металлизируемых отверстий.

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.

Операция

Номер варианта

1

2

Механическая зачистка фольги

+

 

Химическое обезжиривание

+

+

Пронывка в горячей и холодной воде

+

 

Подтравливаиие

+

Промывка в холодной воде

 

Активирование

+

 

. Промывка в улавливателях

+

+

Промывка в холодной воде

+

+

Электролитическое полирование

 

Обработка в растворе «ускоритель»

+

Промывка в холодной воде

+

+

Ниже даны основные характеристики отдельных подготовительных" операций.

Химическое обезжиривание осуществляется в растворе следующего состава (г/г): трииатрийфосфат — 30—35, сода кальцинированная — 30—35, препарат ОС-20 — 3—5.

В том случае, когда раствор используется в установках струйной обработки, в него вводится пеиогаситель, например эмульсия КЭ-10-21 (1—2 г/л). Температура раствора 40—60 °С, продолжительность обработки 2—5 мин.

Подтравливаиие медной фольги производится в растворе, содержащем 200—250 г/л надсериокислого аммония и 5—7 г/л серной кислоты.

 

Промывки в холодной и горячей воде осуществляются в ваннах с проточной водой. С целью значительного снижения расхода воды рекомендуется устанавливать двухступенчатые ванны каскадного типа.

Электролитическое полирование заключается в анодной обработке заготовок, в результате которой растворяются заусеицы, образующиеся при сверлении, а на поверхности фольги создается оксидный слой, препятствующий осаждению меди на поверхности заготовки при химическом меднении. Выполнение этой операции после активирования позволяет удалить с поверхности адсорбированный слой палладия, который при этом растворяется вместе с медью, что также препятствует химическому осаждению меди на фольгу

Электролитом служит раствор ортофосфориой кислоты (1140— 1170 г/л) с добавлением 70—100 мл/л бутилового спирта (бутанол)

Раствор готовится следующим образом. К бутанолу добавляется равное количество воды, в полученную смесь медленно при постоянном перемешивании добавляется ортофосфориая кислота плотностью 1600—1700 кг/м3. По достижении плотности раствора 1540— 1550 кг/м3 добавление кислоты прекращают.

Катодами в ванне служат листы из меди или коррозионно-стойкой стали, помещенные в чехлы из хлорииовой ткани. Отношение поверхности катода к поверхности анода (заготовки плат) должно быть от 3: 1 до 5 : 1.

Процесс электрополироваиия ведут при комнатной температуре и анодной плотности тока 2—2,5 А/дм2, однако регулирование силы тока на вание следует производить по напряжению на зажимах ванны, поддерживая его в пределах 1,5—3 В в зависимости от размеров ванны. Рабочее напряжение на вание должно быть на 0,2—0,3 В меньше того, при котором начинается выделение на полируемой поверхности кислорода.

Продолжительность операций 15—20 мин. На катодной поверхности вначале выделяется водород, но затем, по мере накопления в электролите меди, начинается ее осаждение в виде порошка. Увеличением катодной поверхности можно добиваться получения меди в виде пленки, которая легко снимается с поверхности катода.