Печатные платы

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. 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.

12. Способы создания защитного рельефа

Для всех применяемых в производстве методов изготовления печатных плат необходимой операцией является получение защитного рельефа (рисунка). В негативных процессах рисунок защищает от вытравливания проводящие элементы печатной платы; в позитивном процессе рисунок необходим для защиты от электрохимического осаждения покрытий па пробельные места, т. е. на участки, с которых удаляется медь травлением.

В зависимости от условий производства и принятого технологического процесса при изготовлении печатных плат применяют фотохимическую, трафаретную или офсетную печать |3, 7].

Процесс фотохимической печати осиоваи на том, что под действием света, его ультрафиолетовой части спектра, некоторые виды материалов, называемые фотополимериыми материалами, поли-меризуются, образуя из лииейиых углеродных цепочек разветвленные молекулярные структуры. В результате полимеризации эти материалы приобретают новые свойства и, в частности, устойчивость к воздействию растворителей, которые были первоначально использованы для растворения этих материалов. Фотополимериые материалы, обладающие подобными свойствами, называют фоторезистами. Фотохимическая печать применяется главным образом в условиях мелкосерийного производства, а также в тех случаях, когда требуется повышенная разрешающая способность (зазоры и ширина проводников менее 0,3 мм).

В условиях крупносерийного производства наибольший эффект получен от применения трафаретной печати или метода сеткографии. В этом случае на сетчатом полотне образуют с помощью фоторезистов защитный рисунок, который закупоривает ячейки сеткн. Защитный рельеф на плате создается продавливанием через такую сетку специальных стойких красок, проходящих через свободные ячейки сетки.

Офсетная печать предусматривает перенос изображения с клише на резиновый валик, а при дальнейшем движении валика краска переносится на плату, формируя на пей рисунок, повторяющий изображение па клише. Метод обладает большой производительностью, легко автоматизируется, ио защитный красочный слой, образуемый на плате, очень тонок (~ 1 мкм) и порист, а многократное иаиесенне изображения ухудшает точность рисунка. Офсетный способ не получил распространения на предприятиях.

Существует очень много материалов, обладающих способностью полимеризоваться под действием света, однако в практике производ-