Печатные платы

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.

Сухие пленочные фоторезисты СПФ представляют собой трехслойную композицию, в которой первый и третий слои — защитные, а средний слой представляет собой собственно фоторезист весьма сложного состава. "Основу фоторезиста составляют мономеры с двойными связями, способные к полимеризации под действием света, и полимерные связующие. В состав фоторезиста вводятся также сенсибилизаторы, игпбиторы, адгезивы, красители и пластификаторы. Структура фоторезиста представлена на рис. 7.

Импортные сорта фоторезиста типа «Ристон» выпускаются в четырех модификациях и имеют толщину слоя 12,5; 25; 37,5 и 62,5 мкм.

Отечественные пленочные фоторезисты марок СПФ-1, СПФ-2, выпускаемые по ТУ6-17-359—77, имеют толщину пленки 20, 40 и 60 мкм. Некоторые свойства СПФ-2 описаны в ГОСТ 23727—79.

Пленочные фоторезисты значительно технологичнее жидких, обеспечивают возможность панесення рисунка схемы иа заготовки с отверстиями, обладают высокой стойкостью к действию травильных растворов и к электролитам гальванических ванн. Их разрешающая способность обеспечивает получение минимальной ширины проводников и зазоров 0,15 мм. Сухие пленочные фоторезисты наносятся

фоторезист; 3 — пленка лавсана полиэтиленовой пленки;

2 — рулон фоторезиста;

3 — отделительный валик;

4 — прижимной валик:

5 — плата

на платы посредством прокатывания их горячим валиком через защитную лавсановую пленку в установках-ламинаторах. Температура валиков 100—120 °С. Защитная полиэтиленовая пленка перед этим отделяется н наматывается иа вспомогательную бобину.

Схематически операция иаиесеиня СПФ представлена на рис. 8. В том случае, когда СПФ наносится с целью защиты от вытравливания, используют фоторезист толщиной 20 мкм; для гальванических операций применяют пленку толщиной 40—60 мкм.

Следует иметь в виду, что в процессе ламинирования (накатки) выделяются газообразные продукты в виде хлорированных углеводородов — хлористый метилен и трихлорэтнлен, которые относятся к категории весьма токсичных веществ, поэтому в установках для ламинирования предусматривается вытяжная вентиляционная система. После накатки СПФ платы выдерживают а течение 30 мин при комнатной температуре в помещении с желтым светом (так называемое «неактииичиое» освещение) для снятия внутренних напряжений в пленке. Экспонирование производят через прозрачную лавсановую пленку так же, как и для жидких фоторезистов, применяя ультрафиолетовый источник света в виде ртутно-кварцевых ламп с’диапазоном спектра 300—400 им. Продолжительность экспонирования определяется опытным путем. Перегрев платы недопустим, так как при этом происходит прилипание защитной лавсаиоаой пленки к фоторезисту. После экспонирования заготовка плат выдерживается в течение 20—30 мни в затемненном месте для того, чтобы завершился процесс полимеризации тех участков фоторезиста, на которые воздействовал свет. Проявление изображения рисунка производится в установках струйного типа действием растворителя метилхлороформа в течение I—2 мин.

Удаление фоторезиста по окончании операции травления или гальванического покрытия сплавом олово—свинец производят также распылением растворителя хлористого метилена под более сильным давлением (0,3—0,4 МПа). С целью более полного удаления остатков фоторезиста и пленок органических материалов платы дополнительно подвергают струйной промывке водой под давлением 0,2—0,3 МПа.

При обработке СПФ следует иметь в виду, что растворители — метил хлороформ и хлористый метилен — негорючи, но чрезвычайно токсичны. Поэтому все операции, связанные с их применением, должны производиться в хорошо загерметизированных установках, оснащенных вытяжными устройствами.

В установках для проявления и снятия фоторезиста предусматривается замкнутый цикл использования растворителей. После орошения плат растворители поступают в дистиллятор и чистые растворители перекачиваются на повторное использование. Кубовые остатки от дистилляции периодически извлекаются и отвозятся за пределы населенных пунктов для захоронения в специально отведенных местах или сжигаются в печах с улавливанием продуктов сгорания водой во избежание загрязнения атмосферы хлоросодержа-щими газообразными веществами (фосгеном, хлористым водородом).

С целью уменьшения профессиональной вредности операции по обработке СПФ в токсичных растворителях и решения проблемы обезвреживания и уничтожения отходов производства разработаны и выпускаются промышленностью фоторезисты водощелочиого проявления: ТФПК (ТУ ЫУО.037.074) и СПФ-ВЩ (ТУ 6-17-1086—80) Фоторезисты этого типа можно применять только в тех случаях, когда последующие гальванические и химические операции производятся в нейтральных или кислых растворах. Проявление изображения производится в 2 %-ном растворе кальцинированной соды, а удаление — в 2 %-иом растворе едкого натра. В результате в растворах постепенно накапливаются продукты, входящие в состав фоторезиста. Эти продукты удаляются путем подкислеиия раствора проявителя 10 %-иым раствором серной или соляной кислот. Выпадающий осадок продуктов отфильтровывается, подсушивается и укладывается в тару для пересылки в места уничтожения промышленных отходов. Для обработки пленочного фоторезиста типа СПФ-2 имеется необходимый комплект оборудования в том числе:

1. Установка экспонирования рисунка с точечным источником света, обеспечивающая освещенность внутри загрузочной рамы до 45 КЛк.

2. Установка проявления фоторезиста, предназначенная для проявления СПФ-2 струями хлорированных растворителей на заготовках размером" 500 X 500 мм. Установка конвейерного типа со скоростью конвейера от 0,2 до 4 м/мин. Производительность до 10 м2/ч. В комплект установки входят дистиллятор, способный перегнать до 100 л/ч метилхлороформв или хлористого метил-ена и установка очистки воды с пропускной способностью до 1000 л/ч.

3. Установка снятия фоторезиста или сеткографнческих красок рассчитана также на струйную обработку плат размером до 500X500 мм и аналогичными параметрами по производительности (10 м2/ч). Установка также комплектуется дистиллятором с производительностью до 100 л/ч.

Имеется опыт удаления сухих пленочных фоторезистов (типа СПФ-ВЩ) электрохимическим способом путем катодной обработки в слабощелочных растворах или химически в той же среде с наложением ультразвука частотой 10 кГц.

Для фоторезиста водощелочиого проявления типа СПФ-ВЩ имеются линии проявления и удаления. Обе линии конвейерного типа конструктивно аналогичны линиям травления. Линии модульного типа, они компонуются из отдельных узлов, выполняющих операции обработки, промывки и сушки. В составе линий имеется модуль наблюдения для контроля качества выполнения операции.

Прн работе с сухими пленочными фоторезистами встречаются неполадки, причины которых представлены в табл. 11.

Таблица 11. Основные неполадки при получении защитного рисунка с помощью пленочных -фоторезистов ,

Продолжение табл. 11