Технология производства двусторонних печатных плат

 

 

Технология производства двусторонних печатных плат

Оглавление

 

1. Введение

2. Конструкции и методы изготовления двусторонних печатных плат

2.1 ДПП на жестком фольгированном основании

2.2 Комбинированный позитивный метод (SMOTL - и SMOBS-процессы)

2.3 Тентинг-метод или метод образовании завесок над отверстиями ПП

2.4 Метод фрезерования (метод оконтуривания)

2.5 ДПП на жестком нефольгированном основании

2.6 Электрохимический (полуаддитивный) метод

2.7 Аддитивный метод

2.8 Метод фотоформирования

2.9 Двусторонние ПП общего применения на нефольгираванном основании с примененном активирующих паст

2.10. ДПП на металлическом основании

2.11 ДПП общего применения на термопластичном основании

2.12ДПП на гибком фолъгированном основании

2.13 ДПП на гибком нефолъгированном основании

2.14 Гибкие ДПП на нефольгированном палиимиде, изготовленные по тонкопленочной технологии

3. Основные этапы изготовления печатных плат

3.1 Механическая обработка в процессах изготовления ПП

3.1.1 Получение заготовок

3.1.2Механическое сверление

3.1.3 Фрезерование

3.1.4 Сверлийные станки.

3.1.5 Химическое сверление

3.2 Химическая металлизация

3.2.1 Теоретические основы процесса химического меднения

3.2.2 Активирование поверхности

3.2.3 Растворы химического меднения

3.2.4 Практические рекомендации при химическом меднении

3.3 Получение защитного рельефа

3.3.1Способы создания защитного рельефа

3.3.2 Жидкие фоторезисты

3.3.3 Сухие пленочные фоторезисты

3.3.4 Сеткография

3.4 Гальванические процессы

3.4.1 Меднение

3.4.2 Защитное покрытие сплавом олово-свинец (ПОС-60)

3.4.3 Покрытия разъемов печатных плат

3.4.4 Осветление и оплавление покрытия олово-свинец

3.5 Травление меди

3.5.1 Растворы на основе хлорного железа и персульфата

3.5.2 Хлорно-медный кислый и щелочной растворы

3.6 Маркировка ПП

4. Заключение

5. Литература

1. Введение

Печатные платы (ПП) применяются практически во всех отраслях народного хозяйства, и потребность в них постоянно возрастает. Опережающие темпы развития микроэлектроники требуют непрерывного повышения их технического уровня, который определяется ростом плотности монтажа электрорадиоизделий (ЭРИ), повышением требований к надежности, увеличением частоты следования импульсов, обеспечением помехозащищенности и др. Реализация этих требований зависит от достижений в области конструирования и развития технологии производства ПП. Это в свою очередь приводит к необходимости разработки новых конструкций и технологических процессов изготовления ПП.

2. Конструкции и методы изготовления двусторонних печатных плат

Конструкция ДПП на диэлектрическом основании представлена на рис.1. Различают ДПП общего применения и прецизионные, которые отличаются сложностью конструкции, разрешающей способностью и точностью элементов печатного рисунка, материалами, областью применения, стоимостью и другими характеристиками, причем те и другие изготавливают на фольгированном и нефольгированном жестком и гибком основании (рис.2).

Ниже будут рассмотрены ДПП в соответствии с этой классификацией.

Рис.1. Двусторонняя ПП.

 

Рис.2 Классификация ДПП в зависимости от материала основания.

 

печатная плата двусторонняя химический

2.1 ДПП на жестком фольгированном основании

На рис.3 представлены методы изготовления ДПП общего применения и прецизионных ДПП на жестком фольгированном основании, основные этапы изготовления которых будут рассмотрены в дальнейшем.

Основные характеристики прецизионных ДПП и общего применения на жестком фольгированном основании приведены в табл.1.

 

Таблица 1. Основные характеристики прецизионных ДПП и общего применения на жестком основании.

Рис.3. Классификация методов изготовления ДПП на жестком фольгированном основании.

 

Рассмотрим методы изготовления ДПП на жестком фольгированном основании подробнее.

2.2 Комбинированный позитивный метод (SMOTL - и SMOBS-процессы)

Основные этапы изготовления ДПП комбинированным позитивным методом приведены в табл.2.

Таблица 2. Основные этапы ТП изготовления ДПП комбинированным позитивным методом (SMOTL - и SMOBS-процессы).

Подготовка поверхностей заготовок (см. табл.2, п.6) перед нанесением СПФ является ответственной операцией, которую проводят чтобы:

удалить заусенцы после сверления отверстий и наростов гальванической меди;

обеспечить необходимую адгезию СПФ к медной поверхности подложки;

обеспечить химическую стойкость защитного рельефа на операциях проявлении и травлении;

получить матовую поверхность с низкой отражающей способностью, которая обеспечивает более однородное экспонирование фоторезиста.

Применяют два способа подготовки поверхности:

) механическая зачистка абразивными кругами с последующей химической обработкой в растворе персульфата аммония;

) механическая зачистка водной суспензией пемзового абразива. Затем проводят операции сенсибилизации и активирования поверхности диэлектрика (см. разд.5-5.1).

Для получения защитного рельефа используется сухой пленочный резист (СПФ) толщиной 15.50 мкм.

Начиная с п.10 табл.2, возможны две последовательности выполнения

этапов ТП:

без удаления металлорезиста (олово-свинца) после операции травления с последующим его инфракрасным или жидкостным оплавлением; этот процесс называется "маска поверх оплавленного припоя", или SMOTL-пpoцecc (solder mask over tin-lead), так как паяльная маска наносится поверх оплавленного сплава олово-свинец;

с удалением металлорезиста (олово-свинца, олова или никеля) или полимерного травильного резиста после операции травления с последующим нанесением паяльной маски на медный проводник; этот процесс называется "маска поверх открытой меди", или SMOBS-пpоцесс (solder mask over bare copper), или защитная маска по меди. На рис.4 представлены SMOTL - и SMOBS-процессы, начиная с операции гальванического осаждения сплава олово-свинец или олова (см табл.2, п.8).

Рис.4. SMOTL - и SMOBS-процсссы изготовления ПП.

 

В SMOTL-процессе при пайке ЭРИ "волной припоя" происходит расплавление припоя, находящегося под маской, а также вспучивание и разрушение самой паяльной маски. Кроме того, существует вероятность образования перемычек припоя между соседними проводниками при высокой плотности монтажа. В SMOBS-процессе таких проблем не существует, так как под защитной маской нет припоя. Преимуществом SMOTL-пpoцecca является надежная защита проводников оплавленным припоем, которая необходима для ПП, работающих в условиях повышенной влажности.

Печатные платы для поверхностного монтажа обычно изготавливают по SMOBS-процессу. Это связано с высокой плотностью монтажа, необходимостью предотвращения растекании маски и ее смещения на контактные площадки. Применение SMOBS-процесса связано также с жесткими экологическими ограничениями по свинцу, необходимостью очистки отработанной воды при применении свинца и затратами на приобретение соответствующего оборудования.

Для изготовления ДПП и МПП с защитной паяльной маской (SMOBS-процесс) в том числе прецизионных, где требуется получение проводников и зазоров 0,2 мм и менее, широко используется процесс с использованием временного удаляемого металлорезиста (олова или олово-свинца), т, е. в качестве удаляемого металлорезиста может использоваться олово, или традиционный сплав олово-свинец.

Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недостатки.

При использовании олова:

исключается применение высокотоксичного электролита,

содержащего борфториды и свинец, необходимого для осаждения сплава олово-свинец;

для осаждения олова используются простые малотоксичные сернокислые электролиты;

раствор для стравливания олова по мере накопления в нем продуктов травления регенерируют, и раствор работает без полной замены в течение от полугода до одного года.

Недостатком процесса с использованием удаляемого олова является расплывание олова на медные участки, подлежащие стравливанию при снятии СПФ в щелочи, что затрудняет процесс травления.

При использовании сплава олово-свинец:

для осаждения применяется токсичный электролит, что является недостатком процесса;

раствор для стравливания сплава олово-свинец в процессе эксплуатации не корректируется, а полностью заменяется после накопления в нем стравливаемых металлов до концентрации 120-150 г/л.

Большим достоинством процесса с использованием сплава олово-свинец является его универсальность; с использованием одной линии металлизации можно изготавливать как традиционные платы без паяльной

маски с покрытием олово-свинец всего проводящего рисунка (SMOTL-пpoцесс), так и платы с маской по меди (SMOBS-процесс) и нанесением на открытые контактные площадки различных финишных покрытий.

При нанесении покрытия на участки проводящего рисунка, свободные от маски (см. табл.2, п.8), применяют:

горячее лужение ПОС-61 или сплавом Розе (олово-свинец-висмут) с выравниванием горячим воздухом;

покрытие химический никель-иммерсионное золото;

покрытие химический никель-химический палладий;

иммерсионное;

иммерсионное серебро;

иммерсионный палладий;

органическое защитное покрытие.

Достоинствами двухслойного покрытия химический никель-иммерсионное золото являются:

надежная защита печатных элементов платы от коррозионных воздействий;

обеспечение сварки ультразвуковым, термокомпрессионным и

смешанным методами;

обеспечение традиционной пайки без использования активных флюсов;

сохранение свойств покрытия в течение длительного хранения;

плоскостность контактных площадок необходимая для установки ПМК;

хорошая смачиваемость припоем и др.

Для плат поверхностного монтажа основным покрытием является двухслойное покрытие химический никель-иммерсионное золото. Органическое защитное покрытие так же как покрытие химический никель-иммерсионное золото и обеспечивает: плоскостность контактных площадок, необходимую для поверхностного монтажа; паяемость ПП в соответствии с требованиями ГОСТ 23752-79 "Платы печатные. ОТУ" в течение 1 г.; возможность двукратной пайки при смешанном монтаже. Переходные отверстия с органическим защитным покрытием не требуют дополнительной защиты во время эксплуатации.

2.3 Тентинг-метод или метод образовании завесок над отверстиями ПП

Тентинг-метод применяют при изготовлении ДПП, двусторонних слоев с металлизированными переходами и МПП. Особенности тентинг-метода:

металлизируется вся поверхность и отверстия заготовки ПП;

не используются экологически агрессивные процессы осаждения металлорезиста, и нанесение паяльной маски производится на медную поверхность;

защита рисунка схемы при травлении меди с пробельных мест обеспечивается пленочным фоторезистом, который закрывает и проводники, и отверстия, создавая над ними зонтик; для получения защитного рельефа (изображения) рисунка схемы используют пластичные сухие пленочные фоторезисты толщиной 40-50 мкм. Образованные фоторезистом завески защищают металлизированные отверстия от воздействующего под давлением (1,62.2,02)  Па и более травящего раствора в процессе струйного травления ПП. Поэтому для сохранения целостности завесок и исключения их попадания в отверстия применяют фоторезисты толщиной не менее 40.50 мкм;

травление рисунка производят в кислых растворах хлорида меди, что облегчает их регенерацию и утилизацию;

для изготовления ДПП и слоев МПП используют двусторонние фольгированные диэлектрики с толщиной медной фольги не более 18 мкм;

для обеспечения надежной защиты отверстий диаметр контактной площадки выполняют в 1,4 раза больше диаметра отверстия, а минимальный поясок контактной площадки b (ширина между краем контактной площадки и отверстием) - не менее 0,1 мм;

для гальванического меднения используют электролиты с добавками, например, БСД, обладающие высокой рассеивающей способностью и позволяющие получать пластичные осадки гальванической меди;

хорошее сочетание с процессом прямой металлизации, после которой осуществляется полная металлизация поверхности и отверстий и др.

Основные этапы изготовления представлены в табл.3.

 

Таблица 3. Основные этапы тентинг-метода или метода образования завесок над отверстиями ПП.

Далее см. таблицу 2. п. п.11-16

Основные достоинства и преимущества тентинг-метода:

наименьшая продолжительность технологического цикла;

не используют щелочные медно-хлоридные травильные растворы, содержащие аммонийные соединении, затрудняющие обработку сточных вод;

улучшенные экологические показатели производства;

экономичность ТП.

Субтрактивные методы, рассмотренные выше (рисунок печатных плат получается травлением меди с пробельных мест), применяемые в настоящее время, имеют ограничения по разрешающей способности рисунка схемы, т.е. по минимально воспроизводимой ширине проводников и расстояний между ними, размеры которых связаны с толщиной проводников.

при толщине проводников 5-9 мкм можно получить ширину

проводников и зазоров порядка 50 мкм;

при толщине проводников 20.35 мкм - 100.125 мкм;

при толщине проводников 50 мкм - 150.200 мкм.

Для получения логических слоев и ДПП с металлизированными переходами с более плотным печатным рисунком, с шириной проводников 125 мкм и менее, например, 100 мкм, при толщине 50 мкм, применяют SMOBS-процесс с использованием диэлектрика с тонкомерной фольгой, толщиной 5.9 мкм. В этом случае ТП имеет ряд особенностей:

предварительная металлизация стенок отверстий и поверхности фольги заготовок диэлектрика выполняется на минимально возможную толщину 8.10 мкм.

для получении изображений используют тонкие СПФ с более высокой разрешающей способностью и гальваностойкостью;

подготовка поверхности подложки перед нанесением СПФ из-за небольшой толщины фольги и металлизированного слоя и во избежание их повреждения, проводится химическим способом;

СПФ наносят при низкой скорости 0,5 м/мин валковым методом, при температуре нагрева валков (115±5) ºС, на подогретые до температуры 60-80°С заготовки;

при экспонировании используют установки с точечным источником света, обеспечивающие высококоллимированный интенсивный световой поток на рабочую поверхность копировальной рамы с автоматическим дозированием и контролем световой энергии;

фотошаблоны - позитивы должны иметь резкость края изображения 3-4 мкм;

проявление изображений провопят в установках проявления - процессорах в стабилизированном трихлорэтане;

травление меди с пробельных мест схемы суммарной толщиной 10.15 мкм осуществляют в травильной установке с медноаммиачным травильным раствором;

в качестве металлорезиста применяют сплав олово-свинец (ПОС-61) толщиной 9.12 мкм с последующим его удалением или никель толщиной 3.5 мкм.

2.4 Метод фрезерования (метод оконтуривания)

Этот механический метод применяют при единичном изготовлении ДПП полностью на одном универсальном станке фирм, например, LPFK, Bungard, VHF, Mitronic. Он включает следующие этапы:

подготовка управляющего файла для станка;

сверление монтажных и переходных отверстий по программе;

фрезерование (высвобождение) мест от фольги твердосплавными коническими фрезами с углом при вершине 60 или 30 град. Файл окон-туривания генерируется в одной из программ CAD-CAM (InstantCAM, QrcuitCAM, CAM 350);

металлизация монтажных и переходных отверстий.

Применяя фрезу с рабочим диаметром 100 мкм, изготавливают ДПП по 4-му классу точности, т.е. между выводами ЭРИ со стандартным шагом 2,54 мм можно провести пять проводников. При этом основным требованием, предъявляемым к материалу ДПП, является плоскостность. Для исключения разброса ширины реза при фрезеровании применяют специальные прижимные головки. При этом контролируют глубину врезания фрезы в заготовку и равномерность прижима заготовки к рабочему стопу. Металлизацию переходных отверстий осуществляют пустотелыми заклепками (фирма Bungard); облуженными пустотелыми заклепками, содержащими припой с флюсом, которые вставляют в отверстие, и с помощью паяльника расплавляют припой (LPFK); специальными пастами, которые разогревают в печах при температуре (160±10) ºС.

Основными преимуществами механического способа являются высокая оперативность и простота реализации, а недостатками - низкая производительность и высокая стоимость оборудования.

2.5 ДПП на жестком нефольгированном основании

На рис.5 приведены методы изготовления прецизионных ДПП и

общего применения на жестком нефольгированном основании. Основные операции ТП их изготовления приведены ниже. Основные характеристики ДПП на жестком нефольгированном основании представлены в табл.4.

Рис.5. Классификация методов изготовления ПП на жестком нефольгированном основании

Таблица 4. Основные характеристики ДПП на жестком нефольгированном диэлектрике.

Рассмотрим методы изготовления ДПП на нефольгированном диэлектрике подробнее.

2.6 Электрохимический (полуаддитивный) метод

В настоящее время широко применяется электрохимический метод изготовления прецизионных ДПП и ДПП общего применения на нефольгированном жестком, гибком основании, а также слоев МПП. Данный метод имеет несколько вариантов исполнения, в зависимости от которого ПП

могут быть изготовлены по 3-, 4 - или 5-му и выше классам точности. В табл.5 приведена последовательность основных этапов различных вариантов изготовления ПП.

 

Таблица 5. Основные этапы ТП изготовления ДПП на жестком нефольгированном основании электрохимическим (полуаддитивным) методом (прецизиционных ДПП и ДПП общего применения).

 

Далее по таблице 2., начиная с п.8

Существуют несколько вариантов изготовления ДПП электрохимическим метолом.

1-й вариант. На нефольгированное основание, покрытое адгезионным слоем со сквозными монтажными и переходными отверстиями наносят проводящий слой, который получен методом химического осаждения меди (подслой меди толщиной 3.5 мкм). Далее процесс изготовления см. по табл.5. В качестве металлорезиста применяют сплав олово-свинец или полимерный травильный резист. Получают прецизионные ДПП 5-го класса точности. Недостатками данного варианта являются: потребность в сложных и дорогостоящих химикатах для операции химического осаждения меди на диэлектрик; растворы химического меднения трудно поддаются утилизации и экологически опасны; травлению подвергается медь, растворы которой также экологически опасны, а средства регенерации травильных растворов сложны, дороги и энергоемки; соли олова и свинца относятся к экологически опасным.

2-й вариант. На нефольгированное основание, покрытое адгезионным слоем со сквозными монтажными и переходными отверстиями наносят проводящий слой, сформированный методом химико-гальванического осаждения меди (подслой меди толщиной 5.10 мкм). Далее процесс изготовления см. по табл.5. Получают прецизионные ДПП 5-го класса точности. Недостатки: большие затраты материальных средств как на реализацию самих процессов, так и на обеспечение их экологической безопасности.

3-й вариант. На поверхность нефольгированного диэлектрика наносят адгезионный слой и напыляют вакуумно-дуговым методом медь, на которой в дальнейшем формируют проводящий рисунок схемы в соответствии с ТП, приведенным в табл.5. Получают ДПП 3-го класса точности. Недостаток-ограничение по конструктивно-технологическим характеристикам печатных плат (отношение толщины платы к диаметру отверстия не более трех). Достоинством этого варианта является снижение экологической опасности.

4-й вариант. На нефольгированное основание, покрытое адгезионным слоем со сквозными монтажными и переходными отверстиями наносят проводящий слой, сформированный методом термолиза меди (обработка ПП в аммиачной соли гипофосфита меди; толщина подслоя меди - 0,3 мкм) с последующим предварительным электролитическим меднением (подслой меди толщиной 5-7 мкм). Далее процесс изготовления см. по табл.5.

5-й вариант. Токопроводящий подслой из алюминия формируют на поверхности заготовки из нефолъгиронинного диэлектрика, например, стеклотекстолита эпоксидно-фенольного марки СТЭФ и на стенках сквозных монтажных и переходных отверстий термолизом хлораланового раствора , где п = 1, 2, при температуре 80.100°С (из раствора хлоралана , полученного синтезом из литийалюминийгидрида и хлорида алюминия в этиловом эфире). Толщина осаждаемого слоя алюминия регулируется временем проведения термолиза и составляет S-10 мкм. В результате высокой химической активности алюминии (особенно в тонких слоях) на нем образуется защитная оксидная пленка толщиной 0,1.0,2 мкм. Эта пленка формируется путем пассивации алюминиевого покрытия ПП в смеси "сухого" диэтилового эфира и этилового спирта. Тонкая пленка оксида алюминия обеспечивает высокую адгезию нанесенного слоя меди на алюминий и является промежуточным диэлектрическим слоем, препятствующим контактной коррозии. Последовательность основных операций ТП по 5-му варианту электрохимического метода приведена в таблице 6.

Таблица 6. Разновидность электрохимического (полуаддитивного) процесса (5-й вариант изготовления ДПП)

Медь, покрывающая проводники, контактные площадки и стенки отверстий, выполняет функцию резиста на операции травления, на которой происходит стравливание тонкого слоя алюминия на участках, не защищенных медью, т.е. травление алюминия с пробельных мест осуществляют, используя медь рисунки схемы в качестве травильного металлорезиста. Под слоем меди остается подслой алюминии и никеля. Продукты травления алюминия менее токсичны, легко химически перерабатываются в коагулянты для очистки промышленных стоков, для получения красок и т.д. Медные проводники покрывают паяльной маской, оставляя открытыми только контактные площадки с отверстиями; паяльная маска не вздувается при пайке. Этот вариант обеспечивает возможность изготовления печатных плат 4 - и 5-го классов точности. Размер ПП при этом ограничен размерами реактора для алюминирования.

Достоинства 5-го варианта метода:

высокое качество ДПП при сохранении конструктивно-технологических характеристик;

снижение загрязнения окружающей среды в связи с травлением алюминия только с пробельных мест, а не меди;

исключение использовании в качестве травильного металлорезиста сплава олово-свинец;

экономия около 0,2 кг меди на каждом 1 м² изготавливаемой ДПП, так как в отличие от обычных ПП стравливается не медь, а алюминий и притом не со всей поверхности, а только с пробельных мест (около 0,03 кг с 1 м²);

снижение стоимости ущерба окружающей среде, поскольку исключается операция химического меднения, для которой требуются дефицитные, дорогостоящие и трудноутилизируемые химикаты. Для усиления коррозионной стойкости платы (как вариант) на слой алюминия на проводники, контактные площадки и стенки отверстий дополнительно осаждают слой никеля толщиной 3.5 мкм. Этот слой является промежуточным между слоем алюминии и осажденным позже слоем меди; никель снижает контактную разность потенциалов между алюминием и медью и уменьшает контактную коррозию этих металлов. Широкое применение в настоящее время полуаддитивной технологии на наружных слоях МПП вызвано необходимостью получения тонких проводников (шириной 0,08.0,04 мм и менее) для установки BGA-компонентов с малым шагом расположения выводов (0,5….0,25 мм) и большим числом выводов (1000 и более).

Преимущества электрохимического метода:

возможность осаждения в отверстия или на поверхность слоя меди любой толщины, что позволяет получить сверхточные структуры проводников с незначительным коэффициентом подтравливания;

достаточно высокая адгезионная прочность при высоких температурах;

возможность изготовления многоуровневых схем и ПП для установки ПМК.

2.7 Аддитивный метод

Аддитивным методом изготавливают прецизионные ДПП на нефольги-рованном основании по 5-му классу точности. В отличие от субтрактивных методов в аддитивном методе применяют нефольгированный диэлектрик, на который селективно осаждают медь. Толщина химически осаженной на диэлектрик меди составляет порядка 25.35 мкм, удельное электрическое сопротивление -  Омм (выше чем у гальванической - ), относительное удлинение - 4.6 %, прочность сцепления с диэлектриком - не менее 0,4 Н/3 мм. При аддитивном методе в качестве материала основания ДПП применяют нефольгированный стеклотекстолит:

с клеевыми пленками (адгезионными) на поверхности типа СТЭФ;

с введенным в объем диэлектрика катализатором, который

способствует осаждению меди на диэлектрик - типа СТАМ;

с эмалью.

Технологический процесс изготовления зависит от применяемого материала. Основные этапы аддитивного метода изготовления на материале СТАМ приведены на рис. В.6.

Преимущества аддитивного метода:

высокий класс точности - 5-й;

равномерность меди на поверхности и в отверстиях при отношении толщины ДПП к диаметру отверстия 10: 1;

короткий технологический цикл;

сокращение количества оборудования по сравнению с субтрактивными методами;

снижение расхода меди, так как ее осаждают селективно в соответствии с рисунком ДПП;

возможность использования для химического меднения солей меди из травильных отходов.

К недостаткам аддитивного метода относятся:

высокое удельное электрическое сопротивление химической меди;

наличие адгезионного слоя на поверхности, подверженного старению;

тенденция химической меди к растрескиванию под воздействием сильных термических ударов и др.

2.8 Метод фотоформирования

Метод фотоформирования является одним из вариантов аддитивного метода. Он применяется для изготовления ДПП и слоев МПП на нефольгированном основании 5-го класса точности. В качестве материала

основания используют слоистые диэлектрики, керамику, металл с покрытием из смолы. Для получения рисунка методом фотоселективной активации применяют фотоактиваторы (фотопромоторы) - светочувствительные растворы солей меди или серебра на основе органических кислот (винной, глутаминовой и др.). Фотоактиваторы наносят на подложку, затем проводят экспонирование; под действием УФ-излучения ионы меди восстанавливаются, формируя отчетливое изображение рисунка схемы. Проявление рисунка осуществляют в ванне химического меднения, в которой в результате автокаталитического процесса происходит восстановление меди. Основные этапы метода фотоформирования приведены в табл.7.

 

Таблица.7. Основные методы фотоформирования.

Одним из вариантов метода фотоформирования является вычерчивание световым лучом рисунка схемы по нанесенному на нефольгированный диэлектрик фотоактиватору, после чего на восстановленный металл осаждают медь химическим способом. Методом фотоформирования можно получить ДПП или слои МПП по 5-му классу точности и выше.

2.9 Двусторонние ПП общего применения на нефольгираванном основании с примененном активирующих паст

ДПП на нефольгированном диэлектрике, изготовленные с применением

активирующих паст, обладают теми же характеристиками, что и аналогичные ОПП. Основные этапы ТП изготовления этих ДПП приведены в табл.8.

 

Табл.8. Основные этапы ТП изготовления ДПП на нефольгированном основании с использованием активирующих паст.

 

Далее по табл.2. с п. п.11-16.

Недостатком ДПП является низкий класс точности: 1 - или 2-й, достоинством - простота ДПП и дешевизна изготовления.

2.10. ДПП на металлическом основании

При изготовлении теплонагруженных ДПП для отвода теплоты в качестве основания применяют металлические листы из алюминия, меди, стали или титана толщиной 0,1.3,0 мм, покрытые изоляционным слоем. При этом наиболее ответственным моментом является процесс нанесения изоляционного слоя с требуемыми параметрами изоляции. Чаще всего применяют эпоксидное покрытие толщиной 40.150 мкм, которое наносят в виде нескольких слоев эпоксидной пасты или порошка с оплавлением каждого слоя при температуре (180 ± 5) ºС. Основными этапами изготовления ДПП на металлическом основании являются (табл.9):

сверление отверстий;

нанесение изоляционного слоя;

получение токопроводящего рисунка ДПП аддитивным или электрохимическим методами.

Таблица 9. Основные этапы изготовления ДПП на металлическом основании.

 

Далее по табл.2. с п.7.

Применение теплопроводных ПП на металлическом основании в связи с постоянным ростом функциональной сложности и тепловыделения ЭРИ и ПМК становится наиболее актуальным.

2.11 ДПП общего применения на термопластичном основании

ДПП на термопластичном основании можно изготовить:

электрохимическим методом (см. табл.6);

методом фотоформирования (см. табл.7);

с применением активирующих паст (см. табл.8).

Основные этапы изготовления ДПП на термопластичном основании методом фотоформирования приведены в табл.10.

 

Таблица 10. Основные этапы изготовления ДПП на термопластичном основании методом фотоформирования.

Технология изготовления на термопластичном основании в настоящее время требует доработки.

2.12ДПП на гибком фолъгированном основании

Двусторонние ГПП имеют два проводящих слоя в виде элементов печатного монтажа, причем конструкция этих плат может быть выполнена как с межслойными металлизированными переходами, так и без межслойных переходов. На рис.6 приведены методы изготовления ДПП на гибком фольгированном диэлектрике, в табл.11 - основные характеристики гибких ДПП, а в табл.12 - основные этапы изготовления.

Рис.6. Методы изготовления ДПП на гибком фольгированном диэлектрике.

 

Таблица 11. Основные характеристики гибких ДПП на фольгированном основании.

 

Таблица 12. Основные этапы ТП изготовления гибких ДПП на фольгированном основании.

 

Далее по табл.2. с п.8.

Примечание. В качестве паяльной маски о данном ТП применяется СПФ-защита.

К особенностям изготовления гибких ДПП на фольгированном

диэлектрике можно отнести:

применение двухстороннего фольгированного полиимида, например, ПФ-2;

получение монтажных и переходных отверстий диаметром 0,2.0,5 мм лазерным сверлением или травлением;

осуществление предварительной металлизации либо химико-гальваническим методом, либо магнетронным напылением, либо прямой металлизацией;

получение защитного рельефа фотохимическим способом;

применение в качестве защитного травильного резиста либо металлорезиста, либо полимерного травильного резиста.

2.13 ДПП на гибком нефолъгированном основании

В качестве материала основания применяют нефильтрованный диэлектрик с адгезионным слоем на полиимидной основе или нефольгированный диэлектрик на полиимидной основе без адгезива. Недостатком первого материала является старение адгезионного слоя, второго - плохая адгезия металлов. Основные характеристики гибких ДПП на нефольгированном основании приведены в табл.13.

Основные этапы изготовления гибких ДПП на нефольгированном основании приведены в табл.14.

 

Таблица 13. Основные характеристики гибких ДПП на фольгированном основании.

 

Далее по табл.2. с п.8.

Таблица 14. Основные этапы ТП изготовления гибких ДПП на нефольгированном основании.

 

Далее по табл.2. с п.8.

 

.14 Гибкие ДПП на нефольгированном палиимиде, изготовленные по тонкопленочной технологии

Одним из направлений повышения плотности монтажа ЭРИ на гибких ПП является использование тонкопленочной технологии для создания печатных элементов с применением фотолитографии и вакуумного осаждения металлов, которые предъявляют ряд специфических требований к

выбору материала гибких оснований и операциям ТП изготовления. Наиболее широко в настоящее время для этих целей применяют нефольгированный полиимид, который имеет много достоинств, но и недостатки, основными из которых являются:

адгезионная инертность;

нестабильность линейных размеров гибких плат;

повышенное влагопоглощение;

Как показали исследования наиболее прочная металлизация полиимида осуществляется методами вакуумного осаждения металлических пленок Сг-Си-Сг с предварительной активацией поверхности полиимида, которая устраняет его адгезионную инертность в результате частичной деструкции или модификации наружных слоев, вследствие воздействия специальных химических (сильных щелочей, включая КОН и NaOH) и физических обработок.

Нестабильность линейных размеров гибких плат на полиимиде связана с тем, что полиимид изменяет свои размеры при повышенных температурах в результате усадки, что влияет на точность совмещения рисунка переходных отверстий и проводников на гибкой плате и, следовательно, на допуск на минимальные размеры печатных элементов. Предварительная термообработка полиимида позволяет снизить усадку до 10 раз. Влагопоглощение, влияющее на линейные размеры ПП, является обратимым процессом, так как после удаления влаги происходит восстановление первоначальных размеров.

Наиболее существенны изменения линейных размеров, возникающие при вакуумном осаждении металлических пленок, связаны с внутренними механическими напряжениями, компенсация которых достигается за счет того, что травление отверстий проводят на гибкой подложке в "растянутом" состоянии, когда на полиимидной подложке нанесены слои Сr-Сu-Сr и вторую вакуумную металлизацию слоев Сr-Сu-Сr для получения рисунка схемы проводят с точным воспроизведением температурного цикла и параметров процесса первичной (предварительной) металлизации. Одной из ответственных операций является получение отверстий диаметром 50.70 мкм методом химического травления полиимидной пленки в количестве нескольких тысяч на одной подложке. Для этого должна быть решена задача обеспечении равномерной скорости травления на всей поверхности подложки.

Особенностью фотохимических процессов формирования рисунка коммутационных элементов и травления полиимидной пленки является применение в качестве масок при травлении пленок Сr-Сu-Сr щелочестойких негативных фоторезистов (например, ФН-11), которые имеют значительно меньшую разрешающую способность, нежели позитивные фоторезисты. Для устранения этого явления применяется кратковременная

плазмохимическая обработка пленки фоторезиста в кислородной плазме. Такой прием позволяет увеличить разрешающую способность фоторезиста ФН-11 с 40.50 до 150.200 линий/мм.

Процессы гальванического наращивания на слоях Сr-Сu-Сr меди определяют надежность металлизации в переходных отверстиях и надежность присоединения выводов навесных элементов к контактным площадкам. Слой металлизации суммарно должен составлять 20.25 мкм и иметь минимальные значения внутренних механических напряжений. Этим и объясняется необходимость гальванического наращивания, которое по сравнению с вакуумной металлизацией дает существенно менее напряженные металлические пленки. Учитывая кислотостойкостъ полиимида, применяют, например сернокислый электролит меднения, содержащий сернокислую медь и серную кислоту.

При гальваническом осаждении сплава свинец-олово контролируют качество покрытия под микроскопом: покрытие должно быть светло-серого цвета, мелкодисперсным, сплошным и равномерным по всей поверхности, без шелушений, вздутий, отслаиваний и темных пятен. Силу тока, мА, необходимую для нанесения покрытия на одну подложку рассчитывают по формуле:

,

где S - площадь покрытия, см²;

 - катодная плотность тока, мА/см^2,Время осаждения сплава заданной толщины Т, ч, определяют по следующей формуле:

Здесь h - толщина сплава, мкм;

v = 10 - приблизительная скорость осаждения сплава, мкм/ч.

В табл.15 приведена последовательность основных этапов изготовления гибких ДПП на нефольгированном полиимиде по тонкопленочной технологии.

После резки и активации поверхности полиимида на установке химической активации и очистки подложек осуществляют напыление методом ионно-плазменного распыления с магнетронным источником или методом термического испарения защитных слоев Сr-Сu-Сr толщиной 0,8-0,4-0,6 мкм на установке для двусторонней металлизации в вакууме полиимидной пленки.

Первый этап необходим для защиты полиимидной пленки во время травления переходных отверстий; двустороннее напыление - для исключения закручивания и коробления пленки. Двустороннее нанесение фоторезиста (тип ФН-11) производят на установке двустороннего нанесения и сушки фоторезиста (п. з). Затем получает рисунок переходньх отверстий (п.4): выполняют двустороннее экспонирование на установке совмещения и экспонирования и проявление рисунка на установке проявления негативного фоторезиста.

Таблица 15. последовательность основных этапов ТП изготовления двусторонней ПП на полиамиде.

На этапе 5 производят последовательное травление металлических

слоев Сr-Сu-Сr в отверстиях, затем - полиимидной подложки; травление каждого слоя осуществляют в собственном растворе. На 6 этапе производят термообработку для выпаривания воды из фоторезиста, с целью уменьшения усадки полиимидной пленки, очистку полиимидной подложки и снятие металлических защитных слоев Сr-Сu-Сr. На этапах 7, 8, 9 получают рисунок проводников и контактных площадок; проводят аналогичные операции напыления, нанесения фоторезиста, экспонирования, проявления рисунка. Особенность этапа заключена в том, что негативный фоторезист в данном cлучае защищает места, которые затем будут травиться. На этапе 10 снимается вуаль фоторезиста в установке плазмохимического травления фоторезиста кислородной плазмой и на поверхностях, находящихся под снятой вуалью, производят гальваническое меднение, на линии гальванического наращивания металлических слоев для создания основного токоведущего слоя и нанесение сплава олово-висмут (п.11), для защиты меди от окисления, для упрочнения поверхностного слоя и обеспечения паяемости плат. На 12 этапе снимают негативный фоторезист и осуществляют травление участков (Сr-Сu-Ск), находящихся под ним (п.13). На последнем 14 этапе формируется рисунок защитного покрытия на основе негативного фоторезиста ФН-11. Приведенные выше этапы изготовления требуют высокой чистоты помещения, стабильных температур, низкокачественных исходных материалов, в противном случае имеет место низкий процент выхода годных плат.

Установка ГПП на жесткое основание осуществляется путем приклеивания.

3. Основные этапы изготовления печатных плат

3.1 Механическая обработка в процессах изготовления ПП

3.1.1 Получение заготовок

Резка заготовок. Печатные платы выпускаются самых различных размеров и конфигураций, изготовление их поштучно влечет за собой большой расход материалов и значительное увеличение трудоемкости производства, поэтому наиболее рационально группировать платы на одну заготовку таким образом, чтобы получить возможность одновременно обработать максимальное количество плат.

Размер заготовок из диэлектрического материала определяют исходя из размеров транспортеров, ванн химической и гальванической обработки, ширины рулонов сухого пленочного фоторезиста, рабочего поля сверлильных станков, сеткографических трафаретов и других габаритных ограничений, обусловленных типом применяемого оборудоваиня, а также с учетом наиболее рационального раскроя диэлектрических и вспомогательных материалов.

При определении размеров заготовок учитывают необходимость наличия технологического поля со всех четырех сторон шириной не более 10 мм (ГОСТ 23662-79) для изготовления двусторонних и односторонних плат и 30 мм - при изготовлении многослойных печатных плат. Для групповых заготовок ширина технологического поля по периметру принимается 30 мм, а ширина технологического поля между платами не должна превышать 10 мм.

Наиболее употребителен размер заготовок 530X530 мм. Максимальный размер единичной платы 500Х500 мм. Получение заготовок выполняется в два приема. Вначале листы диэлектрика режутся на полосы, а затем полосы режутся на заготовки. В условиях крупносерийного и массового производства заготовки получают вырубной в штампах на кривошипных прессах.

Разрезка диэлектрических материалов для плат, а также вспомогательных материалов, таких как прокладочная стеклоткань, картон, триацетатная пленка и др., производится с помощью роликовых или гильотинных ножниц.

Предельные отклонения размеров составляют ±1,5 мм для заготовок, толщина которых более 0,2 мм, для заготовок толщиной менее 0.2 мм ±2,0 мм. Роликовые или гильотинные ножницы должны обеспечивать возможность разрезки материалов толщиной до 3 мм с точностью ±0,2 мм.

Зазор между режущими кромками ножей должен быть в пределах 0.02-0.03 мм; при большем зазоре образуются трещины, сколы, происходит расслоение материала. Скорость резания 2-10 м/мин. Учитывая, что резанию подвергаются стеклотекстолит, т.е. материалы, армированные стеклотканью, режущие кромки ножей гильотины или ролики роликовых ножниц должны быть изготовлены из твердых сплавов.

Для получения заготовок можно использовать следующее оборудование: гильотинные ножницы О А-305; кривошипные ножницы с наклонным ножом (ТУ 2-041 - 1033-79); ножницы роликовые одноножевые и многоножевые производительностью 360 и 720 заготовок в час. Гильотинные и кривошипные ножницы позволяют резать материал, толщиной до 3мм при максимальной ширине разрезаемого листа 1600 мм. Длина отрезаемого листа по заднему упору 600 мм.

Максимальный размер заготовок 500Х 500 мм - для одноножевых и в пределах ширины листа - для многоножевых. Основные технические характеристики роликовых ножниц следующие: толщина разрезаемого материала до 3 мм; скорость резания материала 2-10 м/мин; осевой зазор, между роликами 0.02-0.05 мм.

В условиях опытного производства можно производить резку заготовок на станках собственного изготовления, в которых режущим инструментом служат абразивные или алмазные круги, имеющие линейную скорость при вращении 40 - 50 м/с при подаче материала со скоростью 0,4-0,6 м/мин.

Как указывалось выше, в условиях крупносерийного производства заготовки плат из полос материала целесообразно получать штамповкой с помощью кривошипных прессов К 2324 или К 2328. Рекомендуется также пресс КД (ТУ 2-041 С84-80), Вырубные штампы следует изготавливать из легированных сталей марок X12M или Х12Ф.

Заготовки из тонких диэлектриков толщиной до 0,25 мм рекомендуется подвергать термостабилизации с целью завершения процессов полимеризации смолы. Для этого заготовки помещают в открытую тару и подвергают трем циклам нагрева и охлаждения. Режим одного цикла: до 150°С в течение 40 мин, выдержка при этой температуре 20 мин, охлаждение до 30°С в течение 40 мин.

Заготовки диэлектрика для одно - и двусторонний печатных плат подвергают рихтовке, если их деформация составляет более 1 мм на 100 мм длины. Рихтовка заготовок осуществляется посредством их продвижения между вращающимися стальными валками, зазор между которыми регулируется прижимным устройством.

Получение фиксирующих и технологических отверстий в заготовках. Для точного расположения заготовок печатных плат или отдельных слоев многослойных печатных плат в процессах сверления и совмещения с фотошаблонами на технологическом поле создаются фиксирующие (базовые) отверстия, которые имеют различные диаметры и располагаются асимметрично.

Технологические отверстия (ГОСТ 23662-79), предназначенные для предотвращения смещения заготовок слоев в многослойных платах в процессе прессовании (склеивания), размещаются на технологическом поле. Их количество зависит от площади поверхности слоев МПП. Фиксирующие и технологические отверстия получают сверлением, а при крупносерийном производстве - штамповкой. Процесс сверления предполагает весьма высокие требования к точности расположения отверстий, так как от этого зависит совпадение контактных площадок и других элементов проводящего рисунка в платах всех типов. В связи с этим предельные отклонения расстояний между, центрами просверленных отверстий должны быть следующие: ±0,05 мм при расстоянии до 380 мм. ±0,03 мм при расстоянии от 180 до 360 мм и ±0,1 мм при расстоянии свыше 360 мм.

В многослойных платах предельные отклонения не должны превышать ±0,03 мм. Эти требования могут быть соблюдены, если в сверлильных станках биение сверла не превышает 0,02 мм, а отклонение от перпендикулярности оси шпинделя к базовой поверхности стола составляет не более 0,01 мм. Сверление производят на координатно-расточном или настольных сверлильных станках типов С-106, С-155 или 2М 103П.

В первом случае используют твердосплавные сверла по ГОСТ 17574-71 и ГОСТ 17275-71, а заготовки плат укладывают пакетом толщиной до 4,5 мм, подкладывая под нижнюю заготовку лист гетинакса толщиной 0,8-1,5 мм. При сверлении тонких диэлектриков (менее 0,5 мм), триацетатной пленки, прокладочной стеклоткани и других материалов гетинаксовая прокладка устанавливается с обеих сторон.

При сверлении на настольных сверлильных станках применяют твердосплавные сверла по ГОСТ 4010-77. Частота вращения шпинделя 1000-1900 об/мин. Сверление производят через кондуктор, также укладывая заготовки плат пакетом до 4,5 мм. После сверления отверстия обрабатывают развертками по ГОСТ 16086-70 или ГОСТ 1672-71.

 

3.1.2Механическое сверление

Механическая обработка и особенно сверление составляют значительную долю проблем в обеспечении экономичности и серийноспособности производства печатных плат и, что самое главное, в обеспечении плотности межсоединений, их качества и надежности. Наиболее сложный и трудоемкий процесс в механической обработке печатных плат - это формирование отверстий, подлежащих металлизации. От сверления зависит качество металлизации, т.е. надежность межслойных соединений. Востребованные в настоящее время конструкции МПП содержат большое количество тонких отверстий с глубоким сверлением. Эти отверстия можно выполнять сверлением, но ограниченная производительность механического сверления заставляет переходить к лазерному сверлению.

Выбор и оценка качества сверл. В последнее время требования к отверстиям возросли настолько, что возникла необходимость в переоценке качества сверл применительно к прецизионному сверлению, получению глухих отверстий и микропереходов, появилась необходимость в обработке новых радиотехнических материалов.

Чтобы выбирать инструмент и понять различия в их характеристиках,

разделим сверла на две группы - в зависимости от диаметра и технологического предназначения. По величине рабочего диаметра инструмент можно условно разделить на четыре подгруппы:

) микросверла, диаметp которых лежит в диапазоне от 0,30 мм и меньше;

) минисверла диаметром от 0,25 до 0,45 мм;

) сверла среднего диаметра от 0,45 до 3,00 мм;

) сверла большого диаметра от 3,00 мм и выше.

По технологическому предназначению сверл инструмент можно разделить на пять следующих подгрупп:

) для прецизионного сверления;

) сверла для создания микропереходов;

) сверла для сложных МПП;

) стандартные (обработка двухсторонних и многослойных

печатных плат с малым числом слоев);

) слотовые сверла.

В зависимости от того, в какую группу попадает инструмент, меняется его геометрия заточки, подъем винтовой канавки, а также изменяется состав материала.

Нужно сразу отмежеваться от сверл из инструментальной стали для сверления стеклопластиков: сверла из быстрорежущей стали Р18 изнашиваются уже через 50.100 отверстий. Причина - высокая абразивная способность стеклоткани. Поэтому сверла для печатных плат изготавливают из твердосплавных материалов методами порошковой металлургии: сначала спекают так называемую "куколку", затем алмазным инструментом вытачивают сверла. Минимальный диаметр сверл, который сегодня доступен в изготовлении, - 0,1 мм.

Основным компонентом для производства сверл и фрез является карбид вольфрама, в роли связующего вещества выступает кобальт и около 1% - это фирменные присадки, придающие инструменту своеобразные фирменные свойства. В частности, в качестве связки участвует около 8% кобальта и 1% фирменных добавок, включая молибден. Добавление молибдена придает инструменту упругость, так необходимую при глубоком сверлении. Это свойство также позволяет использовать сверла на оборудовании с низкими техническими характеристиками (биение цанги, шпинделя, относительно длительное время переходных процессов позиционирования стола). Такие присадки, как тантал и титан, позволяют материалу работать в самых тяжелых условиях резания, постоянные и переменные ударные нагрузки, повышенная температура на трущихся поверхностях. В процессе обработки печатных плат из стеклотекстолитов инструмент проходит сквозь разнородную среду: металл (медь), связующее (эпоксидная смола, полиимид, полиэфир и т.д.), наполнитель (стеклоткань, стеклошпон, полиэфир и т.д.). Самую большую опасность представляет минеральный наполнитель - переплетения стеклянных волокон и нитей. Совершенно разные нагрузки испытывает сверло при обработке композиционных материалов испытывает сверло при обработке композиционных материалов с 40% наполнителя и 60% связующего и наоборот. Очевидно, силы резания и трения, возникающие при прохождении сверла сквозь эти материалы, будут отличаться друг от друга. В связи с этим необходимо учитывать, что стеклотекстолиты разнятся между собой по конструкции в зависимости от толщины ламината. В толстых материалах применяется более плотная фактура стеклоткани, а в тонких основаниях ячейки стеклоткани имеют увеличенный размер и более тонкую основу стекловолокон. На рис.7 схематично изображены разные типы стеклотканей в базовом материале. Известно, что плотность нитей, образующих основу и уток, составляет 100-140 единиц на участке 100 мм для FR-4 и 160-200 единиц для отечественных материалов. На рис.7 хорошо заметна соизмеримость одного и того же диаметра сверла со стеклянной сеткой для разной толщины базового материала. Процесс изнашивания инструмента в момент работы происходит тем быстрее, чем больше абразивных частиц встречается на его пути. Поэтому соразмерность стекловолокон и нитей из них сдиаметром сверла, а точнее, к его режущим кромкам определяет периодичность смены инструмента в зависимости от толщины основы печатных плат. Поэтому оценку и сравнение инструмента по износостойкости необходимо делать в пределах одной группы или подгруппы материалов.

Рис.7 Соразмерность диаметра сверла и плотности переплетения стеклоткани: а-ткань, типа 1080, б-ткань, типа 1628, в-ткань, типа 2116.

 

Результат операции сверления взаимосвязан с последующими операциями, направленными на металлизацию отверстий. Например, для эффективной очистки отверстий МПП в перманганатных растворах необходимо предотвратить модификацию связующего, чтобы минимизировать воздействие химических растворов на диэлектрик. Модификация полимера происходит из-за нагрева режущих кромок до температур 300-400°С. И хотя вход и выход сверла при высокопроизводительном сверлении занимает всего 0,3 с, этого времени оказывается достаточно, чтобы оставить свой отпечаток на торцах контактных площадок внутренних слоев МПП и стенках отверстий: наволакивание связующего на торцы контактных площадок, подгар и остекленение поверхностного слоя связующего.

Известно, что теплостойкость стеклотекстолитов ограничивает скорости резания при различных видах их механической обработки, так как может развиваться температура, значительно превышающая теплостойкость материала. Кроме того, низкая теплопроводность ламинатов при воздействии температуры способствует длительной локализации тепла в узкой зоне нагрева, что, в свою очередь, может вызвать частичное испарение, обугливание и оплавление связующего с низкой термостойкостью.

На рис.8 показаны сверла, у которых диаметры уменьшаются при переходе от режущей части к хвостовику. Такие сверла хорошо адаптированы к обработке МПП, где наволакивание смолы на торцы внутренних контактных площадок вызывает проблемы очистки. Очевидно, чем меньшее усилие встречают продукты резания при удалении из зоны резания, тем выше качество обработки. Значит, не последнюю роль в этом играет и шероховатость поверхности стружечного канала (Rz). Особенно это становится актуальным при работе со сверлами из первых двух подгрупп. Закупоривание стружечного канала приводит к резкому повышению сил скручивания сверла, а это в свою ведет к частым поломкам инструмента. Для микросверления изготовители стремятся создать микрозернистый материал, тем самым увеличив стойкость и прочность режущего инструмента. Лучшие образцы этих подгрупп имеют зернистость порядка 0,4 мкм и меньше. Уменьшение величины зерна в материале благоприятно сказывается на точности заправки, шероховатости инструмента и стойкости режущих кромок. Сверла, геометрия которых изображена на рис.8, имеют один недостаток - это ограниченная длина боковой режущей кромки. В силу этого такие сверла необходимо перетачивать с особой осторожностью, постепенно приближаясь к необходимому результату

Рис.8 Отличительные признаки сверл: 1 - предельно малая толщина режущей грани - а; 2 - большое стружкоотводное пространство; 3 и 4 - большая симметрия режущих кромок; 5 - обратная конусность рабочей части сверла - х; 6 - утолщающаяся к основанию сердцевина сверл улучшенной конструкции - у; 7 - цилиндрический участок рабочей части сверла улучшенной конструкции; а - обычное сверло; б и в - сверла с увеличенной прочностью стержня.

Существуют три критерия для оценки процесса сверления: производительность, стойкость сверл и качество отверстий. Первые два критерия относятся к экономическим, а последний критерий характеризует качество готовых плат. Однако все три критерия накладывают свои требования на процесс сверления. Рассмотрим особенности конструкций сверл для сверления фольгированных стеклопластиков:

предельно малая толщина режущей грани уменьшает трение за счет уменьшения площади контакта между сверлом и одном отверстия;

тщательная обработка поверхностей направляющих ленточек и главной задней поверхности (Rz < 0,8 мкм) и спиральных канавок (Rz < 1,6 мкм) гарантирует большую стойкость, лучший отвод стружки и высокое качество отверстия;

четырехгранная заточка, обеспечивающая хороший режим резания, и призматическая вершина сверла обеспечивают хорошую центровку, благоприятствуют удалению стружки, сверлению без задиров;

обратная конусность сверла (0,02 мм на 10 мм длины) уменьшает трение и способствует уменьшению теплообразования. Между тем обратная конусность должна быть настолько мала, чтобы диаметр сверления даже после нескольких переточек еще не выходил за пределы допуска;

особые требования к концентричности между хвостовикам и рабочей частью сверла (примерно 0,005 мм) направлены на улучшение точности центровки в процессе сверления;

важное значение имеет симметрия режущих кромок; осевое биение режущих кромок, измеряемое у ленточек, не должно превышать 0,01 мм. Многие из приведенных параметров геометрии и поверхности сверл можно получить только на специальном прецизионном станке, снабженном набором алмазных кругов различной зернистости. Только при этих условиях можно затачивать твердосплавные сверла, которые по качеству шлифованной поверхности не отличались от требований ГОСТ 22095 и технологической документации. Стружкоотводное пространство можно увеличить только уменьшением толщины сердцевины сверла. Это влечет за собой опасность увода сверла. Компромиссное решение состоит в выполнении сердцевины в виде конуса с основанием у хвостовика.

Какой бы малой ни была обратная конусность сверла, переточка, так же как и износ, приводит к постепенному уменьшению его диаметра. Чтобы замедлить этот процесс, начало рабочей части сверла на небольшой длине можно сделать цилиндрическим. Более подробно эти показано на рис.9. Однако такой конструкции сверла свойствен повышенный нанос смолы, поэтому ятя сверления МПП их используют редко. В основном они применяются там, где требуется повышенная точность диаметра отверстия, например для сверления отверстий под запрессовку штырей в плату.

В других конструкциях сверл используется увеличение стружечного канала за счет уменьшения площади поперечного сечения сверла с одновременным упрочнением материала. Тем самым сохраняется возможность многократной переточки инструмента. При работе с таким инструментом необходимо помнить об ограничении подач, чтобы не превысить предел прочности уменьшенного сечения сверла.

Рис.9. Удлиненная (цилиндрическая) режущая кромка сверла: а - уменьшенный диаметр тела сверла; 6 - дополнительная обработка при вершине сверла.

 

Для сверл, диаметры которых меньше 0,4 мм, не всегда делают четырехгранную заточку при вершине сверла. Хотя при таких размерах инструмента пересечение в пространстве двух граней дает линию, практически соизмеримую с точкой, все же для повышения точности центрирования сверла при вхождении в материал применяется дополнительная заточка. Для создания микропереходов в материалах используют сверла с небольшой рабочей длиной, за счет этого повышается жесткость инструмента и, как следствие, точность обработки. В случае необходимости эти сверла хорошо работают и при сквозном сверлении, необходимо лишь следить за максимально допустимой глубиной погружения инструмента в диэлектрик. Эта величина должна быть всегда меньше длины рабочей части на два диаметра сверла.

Сверление. С увеличением класса точности печатной платы возникает необходимость в сверлении с минимальным отклонением центра отверстия от координатной сетки, особенно это касается выхода сверла из заготовки (чем больше глубина обработки, тем больше вероятность ухода сверла). Из-за неоднородности структуры диэлектрика, возможных отклонений в изготовлении сверла и ряда других факторов происходит уход оси вращения инструмента от первоначального позиционирования. Для предотвращения этого явления выпускаются специально разработанные сверла, у которых реализована идея точного врезания в обрабатываемый материал и повышенной жесткости за счет как материала сверла, так и его конструкции. Такие сверла создают минимальные напряжения в местах, где производилась обработка. По данным фирмы НАМ, цилиндрическая часть при вершине сверла позволяет минимизировать увод инструмента в среднем до 12-15 мкм при полном погружении инструмента в материал.

В условиях массового производства бытовой техники стали широко использоваться так называемые "слотовые" сверла, С помощью этого инструмента на станках с ЧПУ можно высверливать контур будущей небольшой платы, вырезать монтажные пазы или маркировать панели. Они, как правило, выпускаются в небольшом интервале диаметров от 0,5 до 2,00 мм и имеют рабочую длину порядка 8 мм в зависимости от диаметра инструмента. Конструкция таких сверл направлена на увеличение жесткости.

Для сверл большого диаметра четырехгранная заточка при вершине сверла не применяется. Для уменьшения смещения центра отверстия от шага координатной сетки применяют дополнительную подрезку кромок у вершины сверла (рис.10). Суть такой доработки заключается в том, чтобы резать стружку на более мелкие элементы, не доводи до сплошной ленточки.

рис.10. Заточка сверла со стружколом

 

3.1.3 Фрезерование

Наряду с обрубкой контура и скрайбированием этот вид обработки приобретает все большую популярность благодаря высокой гибкости и автоматизации. Для учета специфики обрабатываемого материала и различных видов работ существует большое разнообразие фрез: контурные и пазовые, фрезы для обработки гибких печатных плат, для работ по комбинированным материалам (большое отношение толщины меди к диэлектрику; комбинация алюминий, медь, диэлектрик), фрезы для работ с термопластами и мягкими материалами. Классическим представителем контурных и пазовых фрез является инструмент с чередованием режущих зубьев, словно зерна кукурузы (фото на рис.11). Но на этом сходство заканчивается, так как у "кукурузных" фрез имеются винтовые каналы для отвода стружки. Чем больше величина зуба и круче поднимается стружечный канал, тем производительнее инструмент, но при этом возрастает шероховатость обработанной поверхности и, как следствие, падает точность. На фотографии рис.11 можно видеть вершину инструмента, на которой имеются два зуба, обеспечивающие врезание фрезы по вертикали. Необходимо тщательно подбирать подачу инструмента при фрезеровании, так как производительности вершины фрезы превышает ее производительность по боковой поверхности. Если пренебречь этим, то на боковой режущей части фрезы на расстоянии 1,5.2 мм от вершины быстро появится подгар и прилипшие продукты резания, которые не успевают освобождать стружковыводящие каналы. В результате наступает преждевременное старение инструмента как за счет возросшей температуры в зоне резания, так и от выключения из работы некоторого количества зубьев. Чтобы продлить срок службы фрез, необходимо оптимизировать подачу по оси Z.

У "кукурузных" фрез имеется ряд особенностей, использование которых может значительно облегчить обработку контура, а именно отвод продуктов резания вниз или вверх при правом вращении шпинделя. Конструктивно это выглядит так, как показано на рис.12 и 13. В практических целях большой интерес представляют те фрезы, которые при своем вращении не поднимают обрабатываемый материал, а наоборот, прижимают к столу станка и тем самым способствуют повышению точности обработки.

В тех случаях, когда требуется выдерживать более точные размеры изделия или иметь меньшую шероховатость поверхностей после обработки, необходимо применять другой тип фрез (рис.14). Такие фрезы имеют отличную производительность и позволяют работать ими в широких пределах подач. Их разновидности отличаются углом подъема боковой режущей кромки, величиной зубьев и их количеством. Эти элементы фрез влияют на производительность и чистоту реза.

Для фрезерования гибких печатных плат и тех материалов, которые в момент резания начинают "плыть", предназначены двух - зубые фрезы с различной формой вершины - "рыбий хвост" или "сверло" (фото на рис.14). Такие фрезы справляются с печатными платами, в которые впрессован алюминиевый радиатор. Большой стружечный канал и достаточная жесткость обеспечивают возможность работать как в объеме, так и в плоскости.

В тех случаях, когда материал диэлектрика мягкий или имеет низкий порог теплоустойчивости (лавсан, тефлон и т.д.), используются фрезы с одним зубом, которые также снабжаются вершиной в виде "рыбьего хвоста" или "сверла".

Рис.11. Вершина фрезы с двумя зубьями для врезания в материал.

 

Рис.12 Фрезерование с выбросом стружки вверх

Рис.13. Фрезерование с выбросом стружки вниз

 

Рис.14. Фреза для тонкой обработки контура плат

 

3.1.4 Сверлийные станки.

Современные сверлильно-фрезерные станки для сверления печатных плат объединены общими признаками технического исполнения:

стол-основание из натурального камня или гранита;

стандартный привод X-Y на линейных двигателях;

перемещение по Х - Yрабочих органов на воздушных подшипниках;

малая масса рабочего стола за счет использования новых композиционных материалов, в частности углепластика;

высокоскоростной шпиндель: 150 тыс. об/мин, высокочастотный шпиндель для микросверления - 180 тыс, об/мин;

автоматическая смена инструмента;

система лазерного контроля состояния инструмента до и в процессе работы;

управляемый скоростной сервопривод по оси Z;

контроллер компьютерного управления.

Благодаря удачной сбалансированности этих элементов конструкции создается хорошее сочетание точности позиционирования (до ±5 мкм) и производительности (до 400 отв/мин), возможность механического сверления отверстии с диаметром до 0,1 мм, точность глубины сверления до ±25 мкм (для станков KLG - ±7 мкм), высокая скорость перемещения; по осям X-Y с ускорением 10-15 м/с², по оси Z - 3,6g, Автоматическая смена инструмента согласуется с производительностью станка - магазин сверл может загружаться сотнями и даже тысячами сверл десятка номенклатур.

3.1.5 Химическое сверление

Использование полиимидных пленок для наращивания слоев МПП позволяет вытравливать в них глухие отверстии в крепких горячих щелочах. Для этого первоначально в соответствующих местах вытравливаются окна в фольге, которая в данном случае играет роль маски. Этот групповой метод оформления отверстий, естественно, обладает высокой производительностью. Но отсутствие соответствующих установок со струйной обработкой горячими щелочами вынуждает использовать погружное травление, что влечет за собой нежелательное подтравливание диэлектрика под фольгой. Тем не менее при отсутствии соответствующего оснащения травление отверстий остается единственным способом выполнения глухих отверстий.

3.2 Химическая металлизация

3.2.1 Теоретические основы процесса химического меднения

Получение металлического проводящего рисунка как в отверстиях, так и на поверхности диэлектрических материалов осуществляется обычно в две стадии. Вначале диэлектрик металлизируется химическим (бестоковым) способом, а затем на полученный тонкий слой металла осаждается медь гальваническим способом до необходимой толщины металлического слоя. В так называемых аддитивных методах изготовления печатных плат проводящий рисунок получают за одну операцию химической металлизации, осаждая достаточно толстый слой металла, не прибегая к гальваническим процессам.

Способом химической металлизации можно осаждать различные металлы: серебро, медь, никель, кобальт и др., однако наиболее экономичным является процесс химического меднения, который обеспечивает также хорошее сцепление металла с диэлектриком и необходимую электропроводность.

Процесс химического меднения характеризуется сравнительно меньшими затратами на материалы, сами растворы отличаются высокой стабильностью и удобны в эксплуатации, так как нe требуют сложного оборудования.

Химическое восстановление меди из растворов ее солей происходит под действием веществ-восстановителей, к числу которых относится формальдегид, являющийся дешевым и недефицитным материалом. Реакция восстановления меди протекает в щелочной среде, поэтому ионы меди должны быть связаны каким-либо комплексообразователем во избежание осаждения меди в виде гидроокисей.

Процесс химического меднения является типичным окислительно-восстановительным процессом, протекающим в присутствии катализатора. Этот процесс относится к категории автокаталитических, т.е. начинается он под действием какого-либо катализатора, например металлического палладия, а затем образовавшиеся кристаллы меди сами катализируют дальнейшее выделение меди и процесс происходит уже самопроизвольно.

Окислительно-восстановительная реакция образования металлической меди может быть представлена в следующем виде:

катодная реакция - ,

анодная реакция -

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал этой реакции равен 1,07 В. Параллельно этой реакции происходит окисление формальдегида гидроксильным ионами с образованием газообразного водорода:

Суммарная реакция восстановления меди

Справедливость этой реакции подтверждается тем, что образуются указанные в ее правой части продукты, причем на 1 моль выделяющейся меди приходится I моль газообразного водорода. Увеличенный против реакции расход формальдегида и щелочи объясняется протеканием реакции Каниццаро:

Побочной реакцией, происходящей при химическом восстановлении меди, образования закиси меди  по уравнению

Образование частиц закиси меди является одной из причин разложения раствора, так как они, играя роль катализатора, обусловливают восстановление меди в объеме раствора. С целью предупреждения данного явления в состав раствора вводят в очень малых количествах вещества-стабилизаторы, которые адсорбируясь на малых частицах металлической меди, приостанавливают их дальнейшее увеличение и этим сохраняется дальнейшая работоспособность раствора. Положительную роль оказывает также воздушное перемешивание, так как кислород воздуха окисляет закись меди в соединения, где медь двухвалентна. Медь связывается затем в исходную комплексную соль.

В качестве комплексообразователей служат обычно калий-натрий виннокислый (тартрат калия-натрия), динатриевая соль этилен-диамнитетрауксусной кислоты (трилон Б), лимонная кислота, этилен-диамин.

3.2.2 Активирование поверхности

Процесс химического меднения, как указывалось выше, является автокаталитическим - в начале его требуется катализатор в виде частиц металлического палладия или другого вещества. Операция, в результате которой на диэлектрике создаются каталитические частицы, называется активированием.

В практике химического меднения полимерных материалов активирование осуществляют последовательной обработкой деталей вначале в растворе хлористого олова ( 20-25 г/л, NaCl 40-60 мл/л), а затем после промывки в воде детали погружают в раствор хлористого палладия, содержащий 0,5-1,0 г/л  и 12-18 мл/л НС1 плотностью 1190 кг/м³ и снова промывают. Двухзарядные ионы олова, адсорбирующиеся на поверхности диэлектрика, восстанавливают ионы палладия на диэлектрике до металла по реакции:

Такой способ активирования печатных плат из фольгированных диэлектриков не рекомендуется, так как на медной фольге вследствие реакции контактного обмена выделяется металлический палладий.

Это приводит к быстрому истощению раствора активирования и непрочному сцеплению слоя металла с медной фольгой. Имеется другой вариант раствора активирования, в котором палладий находится в виде аммиачно-трилонатного комплекса, и в этом случае реакции контактного вытеснения палладия отсутствует. Раствор этот содержит 3,5-4 г/л хлористого палладия, 11 - 12 г/л трилона Б к 300-350 мл/л 25 % -ного аммиака. Температура раствора 15-20°С, выдержка - 3-5 мин. После промывок в воде детали необходимо обработать в растворе гипофосфита натрия, содержащем 30-50 г/л  в течение 2-5 мин с целью повышения каталитической активности поверхности, так как гипофосфит, будучи очень сильным восстановителем, способствует более полному восстановлению палладия из довольно прочного комплесного соединения, в котором он находится. Активирование заготовок печатных плат в данном растворе применяется многими предприятиями.

За последние годы все большее применение получил метод прямого активирования посредством обработки заготовок плат в так называемом совмещенном растворе, содержащем одновременно ноны палладия и олова. Ниже приведем состав раствора (г/л).

Хлористое олово 40-45

Хлористый палладий 0,8-1,0

Соляная кислота75-80

Хлористый калий140-150

или

Хлористый натрий115-150

В этом растворе палладий находится в двух формах: в виде коллоидных частиц металла и его комплексной соли. После обработки плат в совмещенном растворе следуют промывки в воде, в результате чего происходит гидролиз солей олова и адсорбция гидроокисных соединений олова вместе с солями палладия и его коллоидными частицами на поверхности диэлектрика.

Полное восстановление палладия и удаление солей олова имеет место при последующей обработке в растворе "ускорителя" (20-35 г/л NaOH) в течение 2 мин к промывке в проточной воде. При этом происходит коагуляция частиц палладия и отмывка от четырехвалентного соединения олова.

Очевидно, что промывочная операция в процессе активирования с помощью совмещенного раствора имеет важное значение. Если она недостаточна по времени, то не произойдет гидролиза каталитического комплекса, т.е. не будет удален обволакивающий частицы палладия слой гидроокиси четырехвалентного олова. Удлинение времени промывки приводит к смыванию реагирующих компонентов, и эффект активирования не достигается. Следовательно, активирование при использовании совмещенного раствора состоит из следующих операции: погружения в совмещенный раствор на 5 - 10 мин; промывки в воде в течение 2 мин; погружения в раствор "ускорителя" на 1-2 мин; промывки в воде в течение 2 мин; погружения в раствор химического меднения.

С целью улавливания соединений палладия, относящихся к категории драгоценных металлов, устанавливается не менее двух улавливателей с непроточной водой. Извлечение палладия из них производится по методике, изложенной ниже.

Приготовление совмещенного раствора активирования необходимо выполнить по следующей методике: навеску хлористого палладия растворить в соляной кислоте из расчета 6 мл кислоты плотностью 1190 кг/м³ на 1 л приготавливаемого раствора при температуре 50-60ºC. Раствор охладить, разбавив водой до 20 мл на 1 л. В отдельной порции растворить хлористое олово в соляной кислоте из расчета 20 мл кислоты на 1 л приготавливаемого раствора при температуре 40-50°С. Раствор охладить, добавив воды по 30 мл на 1 л раствора. Раствор хлористого олова медленно вливать в раствор хлористого палладия; выдержать полученную смесь при температуре 90-100°C в течение 10-15 мин. Затем в полученный раствор влить 90-100°С в течение 10-15 мин. Затем в полученный раствор влить оставшуюся кислоту и хлористый калин, растворенные в том количестве воды, которое необходимо для доведения ванны до рабочего уровня. Вода для приготовления растворов - дистиллированная.

Корректирование раствора производится по данным химического анализа. При уменьшении содержания  до 10-12 г/л раствор корректируют введением кристаллического , затем подогревают до температуры 60-70°С в течение 10-12 мин. При уменьшении содержания  до 0,2-0,3 г/л раствор корректируют введением концентрированного раствора  в соляной кислоте. В случае образовании осадка или ослабления активирующей силы раствор корректируют по всем компонентам и подогревают до температуры 60 - 70°С в течение 10-12 мин. Раствор не следует фильтровать.

Извлечение палладия из отработанных растворов производится следующим образом. В отработанные растворы активирования и улавливатели погрузить цинковые стержни, добавив в улавливатели соляную кислоту (140 г/л) для создания кислой среды. В результате контактного обмена на поверхности цинковых стержней выделяется металлический палладий по реакции:

Порошкообразный осадок палладия механически удаляется и растворяется в соляной кислоте, к которой добавлена перекись водорода (пергидроль) в количестве 10-20 мл/л. Полученный раствор нагревается до разложения перекиси водорода, охлаждается и анализируется. Раствор можно использовать для корректирования ванн активирования или после упаривания сухой остаток сдается в качестве возвратимых отходов,

 

3.2.3 Растворы химического меднения

Состав растворов. Растворы, применяемые для химического меднения, отличаются большим многообразием содержащихся в них компонентов, однако в состав каждого раствора обязательно должны входить следующие веществе: соли меди; вещества для связывания меди в комплексную соль (лиганды); вещество-восстановитель (формальдегид); вещество, обусловливающее необходимую величину рН раствора; различные добавки.

В производстве печатных плат получили применение растворы, представленные в табл.16.

 

Таблица 16. Состав раствора химического меднения, г/л.

Раствор1 (ГОСТ 23770-79) является наиболее распространенным и экономичным раствором. Скорость осаждения меди - 2,5 мкм/ч, выдержка плат в растворе - 15-25 мин, толщина осажденного при этом слоя меди менее 1 мкм. В качестве стабилизаторов вместо тиосульфата натрия можно применять сульфид свинца (0,05 г/л) или диэтилдитиокарбонат натрия (0,005-0,01 г/л). Вместо виннокислого калия-натрия допускается применение винограднокислого.

Раствор 2 на основе комплексной соли меди с трилоном Б является более устойчивым по сравнению с раствором 1, поэтому раствор 2 характеризуется повышенной стабильностью и в нем достигается возможность осаждения слоя меди толщиной 3 мкм за 15-20 мин при температуре раствора 20-25 ºС. Для снижении поверхностного натяжения и облегчения разряда водорода рекомендуется вводить лаурилсульфат натрия в количестве 0,1-0,3 г/л.

Применение раствора 2 при металлизации заготовок допускает возможность исключить операцию предварительного гальванического меднения, так как слой меди толщиной 3 мкм, полученный в результате химического меднения, достаточно прочен и обеспечивает выполнение последующих технологических операций.

Раствор 3 (ГОСТ 23770-79) применяется для металлизации печатных плат как более стабильный раствор, содержащий медь в виде трилонатного комплекса. Раствор может быть также использован для получения толстых слоев меди (25-30 мкм) при условии его непрерывного корректирования слоями меди, едким натром и формалином с помощью приборов автоматического дозирования, которые плодят указанные компоненты по сигналу датчиков-анализаторов. Возможно корректирование раствора по количеству пропущенных через него плат.

Приготовление и корректирование растворов. В отдельных объемах дистиллированной воды растворяют сернокислую медь, комплексообразователь и едкий натр. Затем сливают первые два раствора и при непрерывном перемешивании добавляют раствор едкого натра, после чего раствор в ванне доводят до рабочего уровня водой.

Раствор выдерживают 10-12 ч, фильтруют и корректируют по величине рН добавкой NaOH или . Формалин вводят за 15-20 мин до начала работы; стабилизаторы - через 2-3 мин после начала процесса химического меднения в количестве, соответствующем нижнему пределу, установленному рецептурой.

Корректирование раствора 1 производят по данным экспресс-анализа на содержание , NaOH,  ежедневно в начале работы, по виннокислому калию-натрию один раз в 3-4 дня, тиосульфат натрия вводят в раствор в конце работы в количестве 0,001 г/л. Для предотвращения разложения раствора в период длительного хранения (более 24 ч), необходимо подкислить его до величины рН 5-6 добавлением серной кислоты, при небольших перерывах - подкислять до рН 12,2-12,3.

В случае закисления раствора тиосульфат следует вводить только после подщелачивания до рН 12,4.

Корректирование раствора 2 по меди, щелочи, формалину производят по данным химического анализа. Трилон Б добавляют в количестве от 5 до 7 г/л через 2-3 дня работы. Для длительного хранения раствора в нерабочем состоянии раствор следует подкислить серной кислотой до рН 10,0-10,5. Учитывая высокую стоимость этого продукта, а также необходимость исключить сброс в канализацию солей при смене раствора в ваннах химического меднения, поступают следующим образом:

В отработанном растворе химического меднения определяют концентрацию меди и сегнетовой соли, а затем добавляют сернокислую медь до получения концентрации , эквивалентной .

После этого раствор подкисляют серной кислотой до рН 3,8-4,3, в результате чего выпадает осадок виннокислой меди. Осадок декантируют, промывают холодной водой, собирают и высушивают при комнатной температуре. Виннокислую медь используют для приготовления свежих растворов.

Вышеприведенная методика позволяет полностью утилизировать ценные продукта (медь и соли виннокаменной кислоты), а также снизить затраты на обработку стоков, содержащих соли меди. Основные неполадки при химическом меднении представлены в табл.17.

 

Таблица 17. Основные неполадки при химическом меднении.

3.2.4 Практические рекомендации при химическом меднении

Химическое меднение отверстий в заготовках печатных плат является весьма ответственной операцией, определяющей качество металлизации и соответственно качество плат. При выполнении всего комплекса операций процecca металлизации следует руководствоваться нижеприведенными правилами.

. Заготовки плат с просверленными отверстиями помещаются в вертикальном положения в кассеты, изготовленные из коррозионно-стойкой стали или из полимерных материалов (полипропилен, фторопласт). В процессе меднения и при выполнении предварительных операций осуществлять возвратно-поступательное движение кассет для того, чтобы растворы циркулировали через отверстия и платах.

. После каждого цикла операции меднения кассеты следует обработать в одной из травильных растворов для удаления частиц меди, которые могут оседать на их поверхность в ванне химического меднения.

. Раствор ванны химического меднения должен непрерывно фильтроваться для удаления механических загрязнений и частиц меди, образующихся в результате восстановления меди на взвешенных в растворе механических примесях.

4. После активирования плат в совмещенном растворе и промывки в двух улавливателях следует обработка в растворе, содержащем 20-21 г/л NaОH, промывка и загрузка в ванну химического меднения. В том случае, если производится электрополирование, обработка в щелочном растворе не производится.

5. Если для активирования используется аммиачно-трилонатный раствор, то после промывок платы обрабатываются в растворе-восстановителе, содержащей 30-50 г/л  вместо раствора едкого натра, независимо от того, производится электрополированне или нет.

. Платы, имеющие слой химически осажденной меди толщиной более 1мкм, рекомендуется термически обработать при температуре 80-90°С в течение 1 ч.

7. С целью замены в растворах химического меднения дорогой соли винной кислоты (сегнетовой соли) создан синтетический продукт - винограднокислый калий-натрий. Эта соль, хотя и имеет аналогичный состав, но отличается по структуре от сегнетовой и вследствие этого растворы химического меднении с применением винограднокислых солей характеризуются худшей стабильностью.

По опыту ряда предприятий достаточно хорошей стабильностью обладает раствор следующего состава:

Сернокислая медь 10-15

Винограднокислый калий - натрий 60-70

Едкий натр20-25

Кальцинированная сода20

3.3 Получение защитного рельефа

3.3.1Способы 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 на 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.

Процесс фотохимической печати основан на том, что под действием света, его ультрафиолетовой части спектра, некоторые виды материалов, называемые фотополимерными материалами, полимеризуются, образуя из линейных 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. Фотополимерные материалы, обладают 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 сетки. 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 ней рисунок, повторяющий изображение на клише. Метод обладает большой производительностью, легко автоматизируется, но защитный красочный слой, образуемый на плате, очень тонок (~1 мкм) и порист, а многократное нанесение изображения ухудшает точность рисунка. Офсетный способ не получил распространения на предприятиях.

 

3.3.2 Жидкие фоторезисты

Существует очень много материалов, обладающих способностью полимеризоваться под действием света, однако в практике производства печатных плат применяют фоторезисты на основе поливинилового спирта (ПВС), фоторезисты на основе диазосоединений, ФПП и фоторезист "холодная эмаль".

Фоторезист на основе ПВС. Поливиниловый спирт - синтетический полимер, хорошо растворимый в воде. При добавлении к нему бихромата аммония происходит "очувствление" ПВС и превращение его в фотополимерный материал. По ГОСТ 10779-78 выпускается ПВС марок 7/1, 11/2 и 15/2 для производства печатных плат. Фоторезист, содержащий 70-120 г/л поливинилового спирта, 8-10 г/л двухромовокислого аммония и 100-120 мл/л этилового спирта, обычно наносится в два слоя окунанием в него плат и медленным вытягиванием их из раствора. Первый слой подсушивается при 25 - 35°С в течение 20-30 мин, второй - при температуре 35-45°С в течение 60 мин. Экспонирование изображения осуществляется в вакуумных рамах под действием ртутно-кварцевых ламп ДРГТ-3000 в качестве источников света. Проявление изображения производится следующим образом: вначале плату погружают в раствор метил-виолета (2-3 г/л) на несколько секунд, а затем, окунув ее в теплую воду, или под струей теплой воды поверхность платы протирают с помощью поролоновой губки. Окраска нужна для контролирования качества проявления. После, промывки в воде следует химическое дубление в растворе хромовой кислоты (50 г/л) в течение 1-2 мин. После тщательной промывки и сушки воздухом производят термическое дубление при температуре 100-120 ^СС в течение 3 ч для придания фоторезисту повышенной химической стойкости.

Фоторезист на основе ПВС нетоксичен, обладает хорошей разрешающей способностью (50 линий на 1 мм), прост в приготовлении и употреблении. Однако он обладает и рядом недостатков: "темновое дубление" (задубливание в темноте), нестабильность свойств под влиянием повышенной влажности и температуры окружающей среды, недостаточная устойчивость против воздействия растворов гальванических ванн и особенно борфтористоводородных электролитов.

"Темновое дубление" влечет за собой повышенный процент брака на операции получения защитного рисунка. Оно является результатом окисления фоторезиста свободной хромовой кислотой, которая образуется вследствие гидролиза двухромовогокислого аммония, входящего в состав фоторезиста. "Темновое дубление" усиливается с увеличением влажности воздуха и повышением температуры, в также при длительном (более 3 ч) хранении заготовок с нанесенным фоточувствительным слоем. Повышенная влажность и температура окружающей среди, кроме того, ухудшают механическую прочность и адгезию фоточувствительного слоя.

Фоторезисты на основе диазосоединений. Эти фоторезисты являются позитивными по способу образования рисунка, т.е. при экспонировании они разрушаются под действием света. Фоторезисты этого типа характеризуются очень высокой разрешающей способностью (350-400 линий на 1 мм), отсутствием "темнового дубления" и повышенной химической стойкостью, однако они еще очень дорогие, токсичные и применяются только в технически обоснованных случаях. Светочувствительность обусловлена наличием "диазогрупп" - N = N - , которые под действием света разлагаются и образуются продукты в виде сложных органических кислот. Эти продукты в щелочной среде образуют хорошо растворимые соли, которые способствуют проявлению рисунка.

Фоторезист ФПП. Фотополимер для печатных плат ФПП выпускается в виде готового продукта по ТУ НУО.028.012. Фоторезист обладает хорошей устойчивостью к электролитам, механически прочен, имеет хорошую адгезию к подложке и большую разрешающую способность.

Однако высушенный слой фоторезиста весьма чувствителен к кислороду, который ингибирует эффект фотополимеризации. Для защиты от воздействия кислорода фоторезист покрывают лавсановой пленкой или наносят тонкий слой ЛВС.

Фоторезист "холодная эмаль" является продуктом, аналогичным фоторезисту ФПП, и приготавливается непосредственно на предприятии из отдельных компонентов, к которым относятся бензол-формальдегидная смола, сухой сополимер, полиэфир ТГМ, гидрохинон, метилвиолет, растворенный в этиловом спирте (на 1 л фоторезиста необходимо 820 мл спирта).

Этот тип фоторезиста также обладает рядом преимуществ перед составам на основе ПВС, в частности большей химической стойкостью, прочностью, стабильностью, и характеризуется отсутствием "темнового дубления".

Формирование защитного рельефа с помощью фоторезиста ФПП производится в том же последовательности операций, что и для фоторезиста ПВС. Проявление рисунка производится раствором двууглекислого натрия (концентрацией 40 г/л) или соды кальцинированной (концентрацией 40 г/л) при температуре 35-40°С.

В операции дубления нет необходимости, так как защитный рисунок создается весьма устойчивой пленкой. Из отработанного проявителя можно утилизировать фоторезист, добавляя к проявителю 10 % -ный раствор серной кислоты до рН 5-6 (по индикаторной бумаге).

Компоненты фоторезиста выпадают в осадок, который отфильтровывается бумажным фильтром, подсушивается на воздухе и вторично используется для приготовления фоторезиста в виде спиртового раствора.

Существенным недостатком жидких фоторезистов всех типов является почти полная невозможность их использования в базовой технологии для нанесения на заготовки плат с просверленными отверстиями, так как при заливке отверстии жидкими фоторезистами образуются вытяжки, неровности и другие дефекты, затрудняющие фотопечать.

Другим их недостатком является малая толщина слоя защитного рисунка, вследствие чего при гальванических операциях осаждаемый металл, разрастаясь, образует грибовидную форму проводника. Однако использование фоторезиста ФПП в базовой технологии имеет место в тех случаях, когда фоторезист наносится на заготовку с металлизированными отверстиями на валковых установках. Тогда он не попадает в отверстия.

Для защиты при экспонировании поверхностного слоя фоторезиста от воздействия кислорода и озона на плату наносят окунанием слой желатины, который легко удаляется в процессе проявления.

 

3.3.3 Сухие пленочные фоторезисты

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 вводится также сенсибилизаторы, ингибиторы, адгезивы, красители и пластификаторы. Структура фоторезиста представлена на рис.15 а). Импортные сорта фоторезиста типа "Ристок" выпускаются в четырех модификациях и имеют толщину 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 нанесения рисунка схемы на 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 на платы посредством прокатывания их горячий валиком через защитную лавсановую пленку в установках-ламинаторах. Температура валиков 100-120 ºС Защитная полиэтиленовая пленка перед этим отделяется, наматывается на вспомогательную бобину.

Схематически операция нанесения СПФ представлена на рис.15б). 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 трихлорэтилен, которые относятся

Рис.15.

а)                                                     б)

рис.7. а) Струтура пленочного фоторезиста:

-полиэтиленовая пленка,

-сухой фоторезист,

-пленка лавсана.

б) Схема нанесения пленочного фоторезиста:

-бобина для намотки полиэтиленовой пленки,

-рулон фоторезиста,

-отделительный валик,

-прижимной валик,

-плата.

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 для снятия внутренних напряжении 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 мм. Продолжительность экспонирования определяется опытным путем. Перегрев платы недопустим, так как при этом происходит прилипание защитной лавсановой пленки к фоторезисту. После экспонирования заготовка плат выдерживается в течение 20-30 мин 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 метил хлороформ а в течение 1-2 мин.

Удаление фоторезиста по окончании операции травления или гальванического покрытия сплавом олово-свинец производят также распылением растворители 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 к отвозятся за пределы населенных пунктов для захоронения в специально отведенных местах или сжигаются в печах с улавливанием продуктов сгорания водой во избежание загрязнения атмосферы хлоросодержащими газообразными веществами (фосгеном, хлористый 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 водощелочного проявления: ТФПК (ТУ ЫУО.037.074} и СПФ-ВЩ (ТУ 6-17-I086-8O). Фоторезисты этого типа можно применять только в тех случаях, когда последующие гальванические и химические операции производится в нейтральных или кислых растворах. Проявление изображения производится в 2 % -ом растворе кальцинированной соды, а удаление - в 2 % -ном растворе едкого натра. В результате в растворах постепенно накапливаются продукты, входящие в состав фоторезиста. Эти продукты удаляются путем подкисления раствора проявителя 10 % -ным 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 той числе:

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

 - Установка проявления фоторезиста, предназначенная для проявления СПФ-2 струями хлорированных растворителей на заготовках размером 600x500 мм. Установка конвейерного типа со скоростью конвейера от 0,2 до 4 м/мин. Производительность до 10 м/ч. В комплект установки входят дистиллятор, способный перегнать до 100 л/ч метил хлороформа или хлористого метилена и установка очистки воды с пропускной способностью до 1000 л/ч.

3. Установка снятия фоторезиста или сеткографических красок рассчитана также на струйную обработку плат размером до 600x500 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 водощелочного 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.

При работе с сухими пленочными фоторезистами встречаются неполадки, причины которых представлены в табл.18.

 

Таблица 18. основные неполадки при получении защитного рисунка с помощью пленочного фоторезиста.

 

3.3.4 Сеткография

Материалом для сетчатого трафарета могут служить шелковая сетка, синтетические ткани, металлические сетки. Шелковые сетки легко вытягиваются и склонны к набуханию от воздействия растворителей, поэтому в настоящее время они применяются очень редко. Более устойчивы к истиранию и действию химических реагентов полиамидные и полиэфирные сетки плотностью от 56 до 180 нитей на 1 см.

Капроновая сетка 49-76 выпускается для трафаретов по ОСТ 1746 - 71. Металлические сетки (ТУ 14-4-507-74) наиболее прочны, с них легко смываются краски, но они менее эластичны. При выборе сетки необходимо учитывать свойства печатной краски; важно чтобы она хорошо проходила через ячейки сетки не забивая их. Размер ячеек должен быть в 2,5-3 раза больше частиц пигмента. Сетка должна быть хорошо натянута в раме с помощью механического или пневматического устройства и закреплена клеем БФ-4 или адгезивом 2В. Перед нанесением трафарета сетки обезжириваются; металлические - в 20% -ном растворе синтанола или (катодное обезжиривание) в щелочном растворе при температуре 25-30 ^cC Капроновые сетки обезжириваются венской известью. Получение трафарета осуществляют прямым или косвенным способом. Прямой способ заключается в нанесении на натянутые сетки фоторезистов типа ФСТ-1 (ТУ 610-028-029) или композиции с "Фотосет-ж" (ТУ 6-15-01-138-77) и формировании изображения методом фотопечати, В этом случае ячейки сетки или полностью открыты или закрыты.

Косвенный способ заключается в перенесении рисунка из пленочных материалов на сетку. К таким материалам относятся пигментная бумага (ТУ 29-01-06-70), пленка КПТ-1 (ТУ КФ25-75) или пленка СПФ. Косвенные способы дают более качественное изображение, но тиражестойкость трафарета ниже (до 600 оттисков), и процесс получения трафарета более длителен.

Наиболее перспективным является способ изготовления трафарета с применением фоторезиста "Фотосет-ж". Полученный таким способом рисунок устойчив по отношению к воде, спирту, бутил-ацетату, уайт-спириту, ацетону. Тиражестойкость трафарета при этом составляет до 4000-5000 оттисков, продолжительность процесса изготовления трафарета - не более 30 мин. Композиция наносится поливом на натянутую сетку, выравнивается ракелем.

На фотошаблон во избежание прилипания его к сетке наносят антиадгезионный слой (5 % -ный раствор парафина в уайт-спирите). Экспонирование изображения производят с помощью ламп ультра-фиолетового излучения в течение 3-5 мин при освещенности 3000 - 3500 лк. Проявление выполняют с помощью ватного тампона, смоченного в этиловом спирте. Разрешающая способность фоторезиста (40 линий на 1 см) способствует получению зазоров между проводниками до 0,2 мм.

Основными преимуществами фоторезиста "Фотосет-ж" являются его способность полимеризоваться в жидком состоянии, возможность использования весьма простого оборудования, а также минимальная затрата времени на подготовку трафарета.

После нанесения изображения участки сетки, свободные от их рисунка, покрываются слоем клея БФ-4. При необходимости ретуширования дефектов рисунка можно использовать нитроэмаль НЦ-25.

Защитные рисунки на платах получают с помощью трафаретных красок, выпускаемых торжковским заводом полиграфических красок и другими предприятиями полиграфической промышленности.

Для негативного процесса применяются спирто-бензостойкие и щелочесмываемые краски: голубая СТЗ.12-35 (ТУ 29-02-725 - 77), желтая СТЗ.12-51 (ТУ 29-02-740-78), синяя СТЗ.12.2 (ТУ КФ 248-80),

Первые два типа красок сушатся при температуре 60-70°С в течение 45-55 мин. Краска СТЗ.12.2 разработана для применения в автоматических линиях, где сушка осуществляется воздействием ультрафиолетовых источников света. Продолжительность сушки 10-16 с.

Для позитивного процесса поставляется гальваностойкая краска CT3. I3 (ТУ 29-02-558-76), рассчитанная на растворы, имеющие величину рН 0,5-8,0. Слой краски толщиной 30 мкм сушится при температуре 50°С в течение 8 мин, в при температуре 100°С - 5 мин. Для позитивного процесса можно также применять краску СТ3.12 - 51. Для маркировки печатных плат рекомендуется краска CT3.19-53 (ТУ КФ 251-80).

При печатании необходимо учитывать следующее. Величина зазора между сеткой и заготовкой должна быть 1-3 мм - для капроновой и 0,8-1,5 мм - для металлической сетки. Угол печатающего ракеля к поверхности трафарета 46-60°С. Ракель изготавливается из бензостойкой резины или полиуретана. Краска СТЗЛ2 - 51 разбавляется этилцеллозольвом или уайт-спиритом, краска CT3.13 - смесью тетралина и бензилового спирта в отношении 4: 1, уайт-спиритом или хлористым метиленом. После работы трафаретные формы следует тщательно отмыть от краски смесью уайт-спирита с ацетоном 1:

. Удаление краски CT3.12-51 можно производить 5% -ным раствором едкого натра при температуре 25-35°С в течение 3 мин. Для уменьшения пенообразования рекомендуется введение в раствор небольшого (2-4 %) количества пеногасителей, например КЭ-10-01 (ТУ 602-587-73).

Некоторые из дефектов, встречающиеся при сеткографическом способе получения защитного рельефа, представлены в табл.12. Технологические процессы подготовки сеткографических станков к работе, изготовления трафаретных печатных форм, подготовки поверхности сеток, получения рисунка на трафаретной печатной раме прямым и косвенным способом представлены в ГОСТ 23727-79.

Оборудование для сеткографической печати делится на основное и вспомогательное. К основному оборудованию относятся автоматы, полуавтоматы или ручные стойки для нанесения рисунка схемы на заготовки печатных плат и установка сушки краски на платах.

Из многих конструкций станков наибольшее распространен не получил однопозиционный с подвижным столом и неподвижным ракелем полуавтомат ПСПП-901, Его производительность 400 заготовок плат размером 300X400 мм.

В комплекте к полуавтомату ПСПП-901 поставляется терма-радиационная установка сушки конвейерного типа. Производительность ее от 100 до 300 заготовок плат в час, температура в зоне сушки от 40 до 100°С.

К вспомогательному оборудованию относятся установки для натяжения сетки, установки для экспонирования и проявления сетчатых форм, станок для заточки ракелей.

 

Таблица 19. Основные дефекты при получении защитного рельефа методом сеткографии.

Установка натяжения сетки ПУНС-901 предназначена для равно-мерного натяжения капроновой или металлической сеток с заданным усилием и приклеивания их к трафаретной форме. На установке выполняются следующие операции: загрузка трафаретной формы, укладка сетчатого полотна и закрепление его в зажимах, увлажнение сетки (капроновой), натяжение сетки, приклеивание сетки, сушка клея (и естественных условиях), обрезка сетки по контуру формы. Проверка идентичности натяжения сетки осуществляется специальным прибором, входящим в комплект установки. Максимальные размеры формы 668X 648мм, минимальные - 150 X 100 мм. Способ натяжения сетки пневматический; максимальное движение воздуха, подаваемого в пневмоцилиндры, 0,6 МПа.

Установка экспонирования сетчатых трафаретов УЭСТ-901 рассчитана на экспонирование сетчатых трафаретов с нанесенным фоторезистом "фотосет", ФПП, а также для экспонирования пигментной бумаги. Установка предусматривает возможность экспонирования форм размером До 660X640X20 мм. Источник света - 11 люминесцентных ламп ЛУФ-80, Прижим фотошаблона к трафарету - вакуумный.

Установка проявления трафаретных форч УПТФ-901 предназначена для выполнения следующих операций: загрузки трафаретной формы в фортмодержатель, проявления рисунка схемы проявляющим раствором, промывки водопроводной водой, продувки сжатым воздухом, сушки нагретым воздухом. Установка предусматривает проявление форм размером до 600X640 мм. Проявляющий раствор (вода, раствор соды или этиловый спирт) подается из форсунок с температурой от 18-20 до 45-65°С

Станок для заточки ракелей осуществляет заточку ракелей из полиуретана абразивным методом шлифования.

3.4 Гальванические процессы

3.4.1 Меднение

Меднение является основным гальваническим процессом в производстве печатных плат; гальваническим меднением получают слой меди в монтажных и переходных отверстиях, а также проводящий рисунок в полу аддитивной технологии. Из щелочных электролитов наиболее распространенными в производстве являются пирофосфатные электролиты. Из кислых электролитов известны фторборатные, сульфатные, кремнефторидиые электролиты, в которых медь находится в виде солей:  и некоторые другие.

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

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

Сернокислая медь () 90

Пирофосфат калия () 350

Лимонная кислота или цитрат калия 20

Аммиак водный (25 % -ный), мл/л1-2

Селенит натрия ().0,002

рН.....8,3-8,5

Температура электролита,°С...35-50

Катодная плотность тока, 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. В производстве печатных плат пирофосфатный 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.

. 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,

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

. Малая скорость осаждения меди вследствие низких плотностей тока.

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

. Невозможность использования более перспективных фоторезистов водощелочного проявления (СПФ-В1Л).

Из числа электролитов, в которых медь из 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 25

Щавелевокислый аммоний 50

Щавелевая кислота 10

рН 3.5-4,5

Катодная плотность тока А/дм2 1,0-2,1

Фторборатный электролит. Состав фторборатных электролитов приведен е табл. 20.

Таблица 20. Состав фторборатных электролитов.

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 на проводниках) и неэластичность осадков меди (относительное удлинение  - 2-3%). 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 борфтористоводородной кислой по реакции

Расчетное количество основной углекислой меди засыпается а ванну и в нее небольшими порциями вливается борфтористо-водородная кислота до прекращения выделения углекислого газа. В полученный раствор вводится оставшаяся бор фтористоводородная кислота и приготовленный в отдельном порции раствор борной кислоты.

Электролит после отстаивания декантируется в рабочую ванну и доливается до уровня дистиллированной водой.

Кремнефторидный электролит. Кислота поставляется химической промышленностью по ТУ 6-09-2774-73 и является более дешевым продуктом, чем борфтористоводородная кислота. Электролит состоит из 10-15 г/л крем нефтористоводородной кислоты и 250-300 г/л кремнефторида меди. Температура электролита 18-25°С, катодная плотность тока 5 .

Кремнефторидный электролит меднения по своим свойствам, преимуществам и недостаткам аналогичен фторборатному электролиту.

Сульфатный электролит. Эти электролиты наиболее просты в приготовлении и эксплуатации. Однако стандартный электролит, содержащий сернокислую медь (200-250 г/л) и серную кислоту (50-75 г/л), не получил распространения из-за плохой рассеивающей способности и малой производительности, так как осаждение меди происходит при плотности тока менее 2 . Введение в состав электролитов разработанной Ленинградским Технологическим и институтом блескообразующей добавки "ЛТИ", позволило значительно улучшить характеристики сульфатных электролитов, что послужило основанием для широкого распространения их в промышленности. Аналогичные по составу электролиты с фирменными добавками "Купрацид", "Новостар", "Кубас-1" и др., а также электролиты с добавкой "Меданитз, или Б-72П заслужили хорошую репутацию у изготовителей печатных плат, так как они обеспечивают очень равномерное распределение меди на плате. Состав сульфатных _ электролитов приведен в табл.21.

Электролит 1 рекомендуется для металлизации печатных плат, имеющих отношение толщины платы к диаметру металлизируемых отверстий 2,5 и менее. Электролит характеризуется малой агрессивностью к фоторезистам, обеспечивает хорошую эластичность меди и мелкозернистую структуру. Пониженная плотность тока обусловливает его более низкую производительность по сравнению с другими электролитами. Электролит рекомендован ГОСТ 23770-79.

Электролит 2 обеспечивает более высокую производительность по сравнению с электролитом 1 и хорошую рассеивающую способность. Осадки меди блестящие, гладкие и весьма эластичные. Электролит также рекомендуется для металлизации плат, имеющих отношение толщины плат к диаметру отверстий 2,5 и менее. Добавка "ЛТИ" поставляется по ТУ АУЭО.028.010.

Электролит 3 характеризуется более высоким содержанием серной кислоты при уменьшенной концентрации сернокислой меди. Это обстоятельство при наличии высокоэффективной добавки ПАВ обусловливает наиболее высокую рассеивающую способность среди кислых электролитов, которая приближается к рассеивающей способности пирофосфатных электролитов. Осадки меди гладкие, полублестящие.

Электролит 4, в состав которого введена блескообразующая добавка "Меданит", для использования ее в процессах декоративной металлизации пластмасс при получении блестящих осадков меди обладает высокой производительностью и обеспечивает получение очень гладких медных покрытий с достаточно хорошей рассеивающей способностью.

Сравнительная оценка свойств некоторых электролитов по способности улучшать равномерность распределения металла по толщине как в отверстиях, так и на проводниках при гальваническом меднении плот представлена в табл.22, где приняты следующие обозначения:  - толщина платы, мм; d - диаметр отверстия, мм;  - толщина слоя меди в отверстиях, мкм;  - толщина слоя меди на проводнике, мкм.

 

Таблица 21. Состав и режим работы сульфатных электролитов.

 

Таблица 22. Характер распределения меди на печатной плате.

Повышенная рассеивающая способность электролита с добавкой "ЛТИ" (электролит 3) имеет очень важное значение для производства, так как применение этого электролита позволяет уменьшить продолжительность процесса меднения на 50-60 % и соответственно сократить расход меди. При использовании фторборатных или кремнефторидных электролитов, обладающих низкой рассеивающей способностью, на проводниках и особенно на удаленных, осаждается весьма толстый (70-100 мм) слой меди с неровной поверхностью, что препятствует получению качественной влагозащиты при лакировке блоков на печатном монтаже из-за стекания лака с шишковатых наростов меди на кромках проводников.

Чрезвычайно важное значение имеет эластичность осаждаемого слой меди, так как в условиях эксплуатации платы подвергаются значительному нагреву и происходит тепловое расширение материала, из которого изготовлена плата, и слоя меди. Коэффициент линейного расширения эпоксидной смолы почти в 5 раз больше коэффициента линейного расширения меди, поэтому в результате термоударов в слое меди, осажденном на стенках отверстий, возникают значительные напряжения и, если медь недостаточно эластична, происходит ее разрыв, а разрыв меди в переходном отверстии приводит к выходу из строя всего блока.

Расчеты показывают, что на многослойной плате толщиной 2 мм удлинение по оси z при пайке на волне припоя при температуре t=250°С составляет: для диэлектрика - 0,048 мм; для меди - 0,009 мм. В этом случае слой должен "вытянуться" почти на 40 мкм и, если относительное удлинение меди менее 3 %, неизбежен ее разрыв.

Учитывая вышеизложенное, необходимо обращать большое внимание на эластичность осаждаемой меди, которая с учетом ужесточенных эксплуатационных требований к печатным платам, должна составлять по величине относительного удлинения не менее 6 %. Испытаниями качества медных осадков, полученных из различных электролитов, установлено, что в свежих электролитах величина относительного удлинения меди составляет: для электролита 3 - 9 - 11 %, для электролита 4 - 3-4% и для фторборатного электролита - 3-5,5 %.

В результате накопления в электролитах органических примесей, вследствие агрессивного воздействия электролитов на фоторезисты, краски и диэлектрические материалы платы эластичность меди значительно снижается, причем в фторборатных электролитах, как более агрессивных, это явление происходит быстрее. Попадание в электролиты органических примесей обусловливает не только снижение эластичности меди, но ухудшение электропроводности. Так, чистая медь имеет удельное электрическое сопротивление 0,020 Ом·мм, а для меди, осажденной в электролитах 2-4, эта величина составляет - 0,026 Ом·мм и по мере накопления органических примесей она возрастает на 25-30 %.

Сопоставляя свойства меди, осажденной из различных электролитов, а также оценивая свойства электролитов, легко сделать вывод о том, что сульфатный электролит меднения (электролит 3), содержащий выравнивающую (блескообразуюшую) добавку "ЛТИ", наиболее перспективен, так как он обеспечивает получение эластичных осадков меди с высокой равномерностью и скоростью осаждении. Компоненты электролита доступны и дешевы. Электролит весьма удобен в эксплуатации, так как он не требует нагрева, легко приготавливается и корректируется. Аноды хорошо растворяются и этим поддерживается стабильная концентрация солей меди в электролите. В качестве анодов для данного электролита рекомендованы медно-фосфористые аноды марки АМФ, содержащие до 0,06 % фосфора. Такие аноды растворяются более равномерно, без шламообразования. Приготовление и корректирование сульфатного электролита с добавкой "ЛТИ" производится следующим образом. Ванны заполняются дистиллирован ной водой на 1/2 или 2/3 объема. В воду, осторожно, при непрерывном помешивании, вводится серная кислота, раствор при этом нагревается до температуры 50-60 ºС. В горячий раствор вводится медный купорос и при непрерывном помешивании и подогреве он полностью растворяется. Затем ванна доливается до уровня дистиллированной или деионизованной водой. Для обеспечения достаточной чистоты приготавливаемого электролита в полученный раствор вводится активированный уголь из расчета 2-3 г/л, смеси хорошо перемешивается и через 30-60 мин фильтруется в рабочую ванну.

Перед введением добавки "ЛТИ" раствор анализируется на содержание хлора и в зависимости от концентрации хлор-иона в раствор добавляется хлористый натрий, а если хлоридов оказалось выше нормы (0,06 г/л), излишек осаждается водной суспензией сернокислого серебра. В последнюю очередь вводится блескообразующая (выравнивающая) добавка "ЛТИ". После приготовления электролита фильтры насоса должны, быть тщательно очищены от частиц угля, так как на присутствие в порах фильтра даже в небольших количествах повлечет за собой потерю добавки "ЛТИ" вследствие ее адсорбции активированным углем.

В состав добавки "ЛТИ" входят основной продукт (50 г), смачиватель ОС-20 (100 г), вода (400 г). Корректирование электролита осуществляется выделением компонентов. Основные компоненты электролита - медь сернокислая, кислота серная и хлориды - добавляются в электролит на основании данных химического анализа, который производится не менее 2 раз в месяц при интенсивной работе ванны. Корректирование по органическим добавкам выполняется после прохождения через ванну определенного количества электричества. Так, после прохождения 18 кКл/л электричества вводится продукт ОС-20 в количестве 1 мл/л в виде заранее приготовленного раствора, содержащего 100 г/л этого продукта. После прохождения 72 кКл/л вводится 1мл/л раствора основного компонента добавки "ЛТИ". Накопление органических примесей приводит к образованию блестящих полос и хрупкости медного покрытия, что выражается в резком снижении величины относительного удлинения z.

При снижении величины  до значений менее 6 % необходимо освободить электролит от органических примесей введением в электролит активированного угля БАУ в количестве 10 г/л. После тщательного перемешивания и выдержки не менее 7 ч электролит фильтруется и в него вводится добавка "ЛТИ" в количестве, соответствующем рецептурному.

Основные неполадки, встречающиеся при эксплуатации кислых электролитов, и возможные причины их появления представлены в табл.23.

Таблица 23. Основные неполадки при меднении в кислых электролитах.

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.16.

Пластинку с нанесенный на ее поверхность рисунком следует обезжирить венской известью, промыть водой, активировать в 10% -ном растворе НСl, промыть водой и вторично активировать в10% -ном растворе . 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 нажима наносятся риски, ограничивающие базу длиной мм.

Измерение базы до и после испытании на разрыв следует производить с точностью ±0,01 Мм на универсальном измерительном микроскопе УММ. Разрыв образцов рекомендуется производить на разрывной машине типа МР-05-1 при нагрузке до 10Н. После разрыва обе половинки образца прижать к стеклу и по средней линии измерить расстояние от линии разрыва до рисок. Сумма двух измерений составит величину . Относительное удлинение рассчитать по формуле:

.

Рис.16. Образец для разрыва медного покрытия.

 

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

Перемешивание электролита барботированием сжатым воздухом или механическими мешалками не 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 меди, осевшей в начальный период электролиза. Это явление, называемое биполярным эффектом, происходит из-за того, что медненая поверхность платы, не будучи поляризована катодно, становится анодом по отношению к соседний 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 на 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 ванн 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 на обеих сторонах платы.

 

3.4.2 Защитное покрытие сплавом олово-свинец (ПОС-60)

Защитные покрытия проводящего рисунка на платах должны выполнять в основном две функции: защиту проводников при вытравливании меди, т.е. роль металлорезиста, и пайку выводов радиоэлементов

В качестве металлорезиста могут быть использованы различные сплавы олова, серебро, золото, однако при пайке на волне расплавленного припоя хорошую растекаемость припоя с применением канифольных флюсов обеспечивает только сплав олово-свинец, соответствующий эвтектическому сплаву ПОС-60.

Другие сплавы олова и чистое олово для покрытия печатных плат непригодны не только из-за быстрой потери способности к пайке на волне припоя, но и вследствие склонности покрытий к иглообразованию после длительного хранении и практической невозможности их оплавления.

Особую ненадежность плат при длительном хранении в монтажно-сборочных операциях создает введенное в практику некоторых предприятий покрытие олово-кобальт и олово-висмут с содержанием легирующий присадок в количестве 0,005-0,05 %. В условиях серийного производства эти присадки исчезают из покрытия и на проводниках получается по существу покрытие из чистого олова, которое, как хорошо известно, быстро теряет способность к пайке, подвержено разрушению при низких температурах и росту очень прочных, пронизывающих любые материалы игольчатых кристаллов ("вискеры", "усы"). Даже при наличии указанных присадок на отдельных предприятиях, применивших покрытия олово-кобальт и олово-висмут, имели место случаи иглообразования, а плохая способность к пайке вынудила предприятие применить дополнительное лужение сплавом Розе, что ведет к чрезвычайно нерациональному расходу олова и других ценных металлов (висмут). Серебро, применившееся для этой же цели на отдельных предприятиях, в настоящее время исключено из производственной практики как драгоценный металл и как металл, способный к миграции в диэлектрик, что приводит к снижению электроизоляционных свойств печатных плат.

Олово легко образует электролитические сплавы со свинцом, в которых соотношение олова и свинца зависит от состава электролита и режимов электроосаждения.

Концентрация солей олова и свинца в электролите определяет и соотношение металлов в осадке, однако при одном и том же составе электролита имеет место значительный разброс в составе сплава в зависимости от содержания поверхностно-активных веществ. Так, например, при снижении содержания олова в сплаве в электролит добавляют столярный клей, вследствие чего возрастает содержание олова. Это явление обусловлено тем, что некоторые поверхностно-активные вещества, увеличивая катодную поляризацию более электроположительного металла, т.е. свинца, снижают скорость его осаждения по сравнению с осаждением олова, в результате чего увеличивается содержание олова в сплаве. Это имеет большое значение при нанесении покрытия на печатные платы, так как условия осаждения сплава олово-свинец в отверстии и на проводнике значительно отличаются. Вследствие большого различия в плотности тока сплав олово-свинец на проводнике более богат оловом, чем сплав в отверстии. В результате этого смачиваемость припоем стенок отверстий и контактных площадок различна, что отрицательно влияет на качество пайки, осуществляемой на волне припоя. С целью обеспечения хорошей растекаемости припоя следует применять также электролиты, которые позволяют получать одинаковый по составу сплав в большом диапазоне рабочей плотности тока. Стабильный по всей плате состав сплава необходим также и для того, чтобы обеспечить качественное выполнение операции оплавления.

В производстве печатных плат получили распространение фторборатные электролиты, обеспечивающие осаждение сплава, содержащего 60 % олова. Состав приведен в табл.24.

 

Таблица 24. Электролиты для получения олово-свинцового покрытия.

Скорость осаждения сплава при плотности тока 2 А/дм² - 1 мкм/мин.

Электролит 1 (ГОСТ 23770-79) широко применяется в гальванотехнике для покрытия металлических деталей. Неоднородность состава сплава на отдельных участках-печатных плат колеблется в пределах 40-60 % по олову, поэтому сплав плохо оплавляется и при монтажно-сборочных операциях возникает необходимость горячего облуживания плат припоем ПОС-60.

Электролит 2 рекомендован отраслевой нормативно-технической документацией для покрытия печатных штат. Значительное увеличение содержания борфтористоводородной кислоты по отношению к солям олова и свинца обеспечивает достаточно однородный состав сплава при различных плотностях тока в пределах 0,5-2,0 А/дм. Однако повышенное содержание HBF4 обусловливает более агрессивное воздействие электролита на фоторезисты, а фоторезист на основе поливинилового спирта слабо устойчив в нем, что приводит к так называемым пробоям в процессе нанесения гальванического покрытия. Корректирование электролита по основным компонентам производится по данным химического анализа не реже двух раз в месяц.; корректирование электролита по добавочным компонентам (пептон, клен и др.) - па основе данных табл.24, определяющей причины тех или иных неполадок, связанных с присутствием ПАВ.

По мере накопления органических примесей производится периодическая очистка электролита от них посредством обработки активированным углем с последующей фильтрацией. В результате подобной обработки теряются органические добавки, введенные в электролит при его приготовлении, поэтому необходимо эти добавки вводить в полном объеме в соответствии с заданным составом (табл.25).

 

Таблица25. основные неполадки при покрытии сплавом олово-свинец.

С целью замены дорогостоящей борфтористоводородной кислоты на более дешевый материал на ряде предприятий применяют кремие-фторидные электролиты, полученные на основе кремнефтористо-водородной кислоты , являющейся отходом производства фосфорнокислых удобрений и поэтому более дешевой и доступной.

Состав электролита (г/л)

Кремнефторид свинца 17-25

Кремнефторид олова 50-80

Кремнефтористая кислота (свободная) 40-60

-нафтол 0,2

Тиомочевина 12-13

Желатина 2

Температура электролита - 18-25°С, катодная плотность тока для получения сплава, содержащего 60 % олова, должна составлять 1,3-1,5 . При отклонениях плотности тока от этих значений состав сплава изменяется в соответствии с законами электрохимии.

Для электроосаждения сплава олово-свинец с содержанием олова 6О±5 % был разработан электролит следующего состава (г/л):

Олово (в пересчете на металл) 35-40

Свинец (в пересчете на металл) 20-25

Пирофосфат калия, свободный 130-250

Солянокислый гидразин 8-12

Добавка ДДДМ 1,0

Гидролизованный клей 1,5

Величина рН 8,3-8.9 температура электролита 18-28ºС, катодная плотность тока 2-4 .

Добавка ДДДМ представляет собой соединение: 4,4-диамино 3,3 - диметоксидифенилметан и в сочетании с клеем обуславливает постоянство содержания олова в сплаве в рабочем интервале плотностей тока. Основным преимуществом пирофосфатного электролита является его меньшая агрессивность по отношению к фоторезисту, чем у фторборатного электролита, поэтому в нем меньше накапливается продуктов разложения, которые включаясь в покрытие, ухудшают его качество.

Для обеспечения постоянства состава сплава, а также стабильности его физико-химических свойств необходимо руководствоваться следующими рекомендациями:

. Перемешивание электролита осуществляют медленным покачиванием плат а процессе электролиза (период качания 1-2 с) Более интенсивное покачивание вызывает снижение катодной поляризации свинца и его увеличение в составе сплава.

. Во избежание заноса в электролит сульфат-иона перед нанесением покрытия операцию активирования проводят в 10 %-ном растворе борфтористоводородной кислоты и без промывки переносят платы в ванну для покрытия сплавом.

. Аноды из сплава олово - свинец с 60 % -ным содержанием олова и

%-ным - свинца применяют в виде металла, поставляемого по ТУ 48-13-20-77. В том случае, если они готовятся на месте сплавлением свинца и олова, следует следить за тем. чтобы в этих металлах примеси меди, висмута, сурьмы, мышьяка и железа не превышали 0,003 % от каждого вида примесей.

. С целью исключения возможности накопления меди в электролите необходимо не допускать падения плат на дно ванны и не поднимать уровень электролита в ванне выше крючков, на которых висят аноды.

Удаление сплава олово-свинец с разъемов печатных плат производят химическим растворением покрытия в одном из следующих растворов: раствор 1 - борфтористоводородная кислота (330 мл), пергидроль (70 мл), вода (до 1 л). Температура раствора 18-25°С. Продолжительность обработки 3-5 мин; раствор 2 - азотная кислота (400-500 мл/л), фторборатная медь (5-10 г/л), препарат ОС-20 (2-5 г/л). Температура раствора 18-25°С, скорость растворения 3-4 мкм/мин.

 

3.4.3 Покрытия разъемов печатных плат

Разъемы печатных плат, или конечные контакты, служат для электрического соединения блоков на печатных платах между собой с помощью соединительных колодок.

Для обеспечения хорошего электрического соединения между пружинками колодки и проводниковыми полосками разъема необходимо покрытие, обладающее малым переходным сопротивлением, хорошей износоустойчивостью и отсутствием каких-либо пленок, ухудшающих контактные свойства.

Золото. Всем требованиям, предъявляемым к контактным покрытиям, в наибольшей степени удовлетворяет покрытие из сплава золото-никель или золото-кобальт с содержанием легирующего элемента до 0,6% (твердое золото). Толщина слоя золота - 2,5 мкм. Другие металлы, как показано ниже, уступают этому покрытию по различным причинам.

Палладий. Обладает хорошей износостойкостью и более низкой стоимостью, однако на его поверхности вследствие каталитических свойств палладия со временем образуются полимерные пленки из органических продуктов, находящихся в воздухе. Из-за образования пленок нарушается контакт. Для покрытия разъемов палладий можно применять в условиях хорошо вентилируемой аппаратуры. Толщина слоя палладия 2,5-6 мкм.

Родий. Имеет наибольшую износоустойчивость и твердость, но естественные окисные пленки и склонность к образованию полимерных пленок ухудшают его контактные свойства. Родий является самим дорогим из группы драгоценных металлов и с учетом всех его свойств рекомендуется для покрытия контактов переключателей и кодовых дисков, рассчитанных на миллионы переключений при высоких контактных давлениях. Толщина слоя родия определяется требованиями к условиям контактирования.

Серебро. Это наиболее дешевый из металлов, применяемых для контактов, обладает самой высокой электропроводностью, однако быстро темнеет в результате воздействия серосодержащих продуктов, обладает плохой износостойкостью и легко корродирует. Серебряное покрытие рекомендуется для малоответственных систем, когда контактная пара эксплуатируется в легких условиях при отсутствии сернистых соединений в воздухе. Толщина слоя серебра 6-15 мкм.

Никель. Применяется в качестве подслоя перед золочением с целью повышения износоустойчивости слоя золота за счет повышения твердости подложки. Подслой никеля улучшает также коррозионную устойчивость покрытия, исключая возможность окисления меди через поры золотого покрытия. Кроме того, подслой никеля препятствует диффузии меди в золотое покрытие и обеспечивает этим постоянство величины переходного сопротивления в процессе длительной эксплуатации и хранения золоченых контактов. Толщина никелевого подслоя 6-0 мкм.

Состав (г/л) и режим работы электролита золочения следующие:

Дицианаурат калия (а пересчете на золото) 8-10

Лимонная кислота 30-40

Лимоннокислый калий трехзамещенный 30-40

Сернокислый никель или кобальт 1-2

Температура,ºС 35-45

Катодная плотность тока, А/дм² 0,4-0,7

Выход по току, % 95-98

Аноды изготовлены из платинированного титана. Электролит периодически продувается азотом для вытеснения растворенного кислорода, который восстанавливаясь на катоде, снижает выход по току. Скорость осаждения золота I мкм за 7 мин. В течение первых 5-10 с работы рекомендуется плотность тока 1-1,5 А/дм². Состав и режим работы электролитов серебрения представлены ниже.

Электролит 1 и 2 идентичны по составу и отличаются способами приготовления. В электролите 1 дицианаргентат (в малых количествах) образуется при реакции взаимодействия солей серебра с железистосинеродным калием. В электролите 2 дицианаргентат применяется в виде готового продукта, поставляемого по ТУ 609-451-70.

Состав (г/л) и режим работы электролита палладирования следующие:

Хлористый палладий 18-25

Хлористый аммоний 15-20

Аммиак водный, 25 % -ный, мл/л 2-5

Малеиновый ангидрид 0,15

Температура,°С 18-25

Катодная плотность тока, А/дм² 0.8-1,0

рН 8.5-9,5

Скорость осаждения равна 1 мкм за 4 мин при . Аноды нерастворимые: платинированный титан, палладий. Последний частично растворяется и расход палладиевых анодов (до 10%) необходимо учитывать в нормативах на соль палладия.

Химические покрытия. Химические (бестоковые) покрытия применяют в тех случаях, когда на проводящий рисунок очень трудно наносить гальванические покрытия вследствие того, что проводники разрознены и не замкнуты в одну электрическую цепь.

Подобная проблема возникает, например, при изготовлении плат по аддитивному методу, когда проводники получаются химическим осаждением меди и гальванические операции исключаются из технологического процесса.

В качестве бестокового покрытия получил применение процесс химического оловянирования и осаждение слоя олова, легированного кадмием.

Процессы осаждения чистого олова осуществляются погружением печатных плат в раствор состава (г/л):

Хлористое олово 10-20

Тиомочевина 80-90

Соляная кислота (у= 1190 кг/м³), мл/л 15 - 17

Хлористый натрий 75-90

Температура раствора 55-56°С, продолжительность операции 25-30 мин, толщина осаждаемого слоя олова до 2,5 мкм.

Процесс осаждения олова, легированного кадмием, происходит в растворе следующего состава (г/л);

Хлористый кадмий 6

Серная кислота 40

Тиомочевина 45

Температура раствора 18-25°С, продолжительность операции 20-30 мин, толщина слоя покрытия составляет 2-3 мкм.

В обоих случаях растворы служат для покрытия 50 мм² поверхности в 1л раствора, после чего заменяются свежими. В отработанных растворах оставшееся неизрасходованное олово осаждается щелочью в виде гидроокисей и после отмывки его можно повторно использовать для приготовления свежих порций раствора.

Химически осажденные покрытия оловом и сплавом олово-кадмий обеспечивают хорошее растекание припоя при пайке радиоэлементов на волне припоя, сохраняют эту способность значительно дольше, чем гальванически осажденное олово и на таких тонких покрытиях еще не было замечено случаев образования нитевидных кристаллов ("усов") при длительном хранении.

 

3.4.4 Осветление и оплавление покрытия олово-свинец

Осветление покрытия. В результате применения щелочных растворов травления оловянно-свинцовое покрытие частично растворяется в этих растворах и образующиеся продукты растворения в виде темного шлама обволакивают поверхность покрытия и препятствуют выполнению последующих операций (оплавление или пайка выводов электрорадиоэлементов). 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 ºC, 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: борфтористоводородная кислота - 100 мл, тиомочевнна-100 г, смачиватель ОП-7-10мл, 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 из 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), олигоэфир ОЖ-1 (ТУ 6-05-221-489-81). Оплавление обычно производят погружением на 15 с в нагретый до 23010°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.17. 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, каплеобразование и другие дефекты.

3.5 Травление меди

3.5.1 Растворы на основе хлорного железа и персульфата

Общие сведения. Травление меди является одной из основных операций в производстве печатных плат. Травильные растворы, с помощью которых осуществляется эта операция, должны удовлетворять следующим требованиям. В состав раствора должны входить дешевые и доступные материалы; раствор должен допускать возможность его регенерации и утилизацию меди из отработанного травителя; боковое подтравливание проводников должно быть минимальным; травильные растворы не должны воздействовать на диэлектрическое основание печатной платы и на защитный рисунок.

Ниже рассмотрены основные характеристики ряда применяемых в производстве растворов и даны рекомендации по наиболее эффективным травителям.

Операция травления обычно осуществляется в конвейерных установках, в которых на платы, перемещаемые по транспортеру, сверху и снизу направляются струи травильного раствора или промывочной воды. Струйный метод травления является наиболее эффективным, так как обеспечивает требуемую скорость процесса при незначительном боковом травлении.

Типовая травильная установка составляется из отдельных состыкованных между собой модулей, в которых выполняются следующие переходы: загрузка, травление, щелочная или кислая промывка, визуальное наблюдение, финишная промывка и сушка. К числу таких установок относятся серийно выпускаемые линии щелочного и кислого травления.

Рис.17 Линия струйного травления печатных плат.

На рис.17 представлена типовая установка травления. Растворы на основе хлорного железа. Водный раствор хлорного железа  является сильным окислителем и с большой скоростью растворяет медь, восстанавливаясь при этом до хлористого железа  пo реакции:

.

Образовавшаяся хлористая медь окисляется хлорным железом до хлорной меди:

В свою очередь, хлорная медь растворяет медь:

 

Таким образом, в растворе травления содержатся следующие продукты: FeCl₃, FеС1₂, CuС1₂, CuCl. Для травления используется раствор FeCl₃ плотностью 1300 кг/м^э, что соответствует концентрации 400 г/л; температура раствора - до 35°С. Боковое травление - 40-66 мкм, емкость по меди - 75-105 г/л, максимальная скорость травления - 35 мкм/мин.

Раствор обладает высокой скоростью травления и емкостью по меди, однако его применение в настоящее время ограничивается по следующим причинам:

При промывке плат после травления остатки травильного раствора легко гидролизуются с образованием труднорастворимых основных солей железа:

Фенольные смолы диэлектрика частично обладают свойством ионообменных смол и адсорбируют ионы Fe³⁺, поэтому в производственных условиях на платах часто снижается сопротивление изоляции диэлектрика.

Отработанный раствор очень трудно поддается регенерации и практически невозможно его автоматическое корректирование в процессе травления. Раствор невозможно использовать в позитивном методе изготовления печатных плат при наличии оловянно-свинцового покрытия, так как хлорное железо растворяет это покрытие.

Работа с раствором хлорного железа неизбежно влечет за собой загрязнение полов и стен яркоокрашенным травильным раствором.

Для утилизации меди из отработанного раствора в него загружается перфорированная винипластовая корзинка, в которую засыпается обезжиренная стальная стружка. Раствор рекомендуется подогреть до температуры 40-50°С. Вследствие реакции цементации медь в виде рыхлого осадка выделяется на частицах железа:

После осаждения меди на стружке, о чем судят по отсутствию меди на стальных образцах, периодически погружаемых в раствор, последний сливается и передается на нейтрализацию, а порошковая медь струей воды смывается в льняной мешок, где промывается водой и затем обезвоживается на рамном фильтр-прессе и высушивается. Раствор, освобожденный от меди, нейтрализуется известковым молоком. Осадок гидроокиси железа обезвоживается на рамном фильтр-прессе, и вывозится в специально отведенные для этой цели места. Растворы на основе персульфатов. Персульфат аммония  относится к категории сильных окислителей и в кислой среде растворяет медь по реакции:

Побочной реакцией является гидролиз персульфата:

Раствор состоит из 200-250 г/л  и 5-7 г/л . Температура раствора - до 50 ^ºС, боковое травление 50 - 80 мкм, емкость по меди - 35 г/л, максимальная скорость травления - 25 мкм/мин. Утилизация меди и более полное использование персульфата достигается посредством охлаждения отработанного раствора до температуры +5°С, при этом выпадают кристаллы солей меди в виде Осаждению меди должна предшествовать реакция перевода кислой соли , (которая, как показано выше, образуется вследствие гидролиза персульфатов в среднюю соль с помощью водного раствора аммиака:

Затем следует дополнительное введение в реактор раствора , чтобы обеспечить связывание сульфата аммония в вышеуказанную, двойную соль. Растворы на основе персульфата аммония могут быть использованы как в негативном, так и в позитивном процессе, однако невозможность регенерации раствора, сложная система утилизации меди, неравномерный характер вытравливания, высокая стоимость и дефицитность персульфата аммония обусловливают ограниченное применение персульфатных растворов в производстве.

3.5.2 Хлорно-медный кислый и щелочной растворы

Хлорная медь окисляет и растворяет медь по реакции:

Образующаяся хлористая медь CuCl нерастворима и может служить источником засорения форсунок в травильных установках. В присутствии ионов хлора в вbде HCI, NaCI, KCI образуются хорошо растворимые комплексы, дислоцирующие в растворе с образованием иона . Окисление образующихся соединений одновалентной меди можно осуществить различными способами, например воздействием газообразного хлора или перекисью водорода:

Частично хлористую медь окисляет кислород воздуха в кислой среде:

Таким образом, отработанный кислый раствор хлорной медью можно легко регенерировать в исходное состояние. Раствор содержит 100-150 г/л CuCl, 145-150 г/л NH₄Cl. Плотность раствора 1070-1120 кг/м³, рабочая температура 45-50°С, рН 1-2.

Основные характеристики: боковое подтравливание 40-60 мкм; емкость по меди 10-20 г/л; максимальная скорость травления 35 мкм/мин. Регенерация раствора возможна как в ручном, так и в автоматическом режиме. При ручном исполнении сливается примерно 1/7 часть отработанного раствора, а оставшуюся часть подкислить HCI до рН 1-2 (20-25 мл/л НСl). Разбавленную в отношении 1: 6 перекись водорода (пергидроль) ввести в регенерируемый раствор в количестве ПО-115 г/л. Раствор перемешать сжатым воздухом и через 20-30 мин можно приступить к работе. Слитый раствор подлежит обработке для утилизации меди по нижеприведенному способу.

При автоматическом режиме все параметры раствора контролируются с помощью датчиков, имеющихся в автоматической линии. Датчики информируют о температуре раствора t, кислотностн рН, плотности , редоксе-потенциале , уровне раствора h. Момент регенерации определяется по накоплении хлорной меди более 10 г/л сверх установленного содержания по норме, при этом датчики указывают значении мВ, , рН=2, и тогда по сигналу датчиков дозирующие устройства введут в раствор компоненты:  - до рН=0,4;  до .

Способ электрохимической регенерации отработанного медно-хлоридного раствора травления является весьма перспективным, так как помимо регенерации раствора, oн обеспечивает возможность утилизации меди в виде катодного осадка.

Способ электрохимической регенерации заключается в пропускании постоянного тока через раствор с использованием титанового катода и графитового анода.

При низких и одинаковых плотностях тока регенерация не происходит, так как на катоде медь восстанавливается до одновалентного состояния, а на аноде одновалентная медь окисляется до двухвалентной. При повышении катодной плотности тока до 15 А/дм² и анодной плотности тока до 2,5-4 А/дм² на катоде выделяется металлическая медь (реакции), а на аноде одновалентная медь окисляется. В этих условиях происходит также выделение небольших количеств хлора.

С целью предотвращения выделения хлора анодное пространство отделяется пористой диафрагмой с заполнением анолита раствором едкого натра.

В этом случае после извлечения из отработанного раствора избытка меди его обрабатывают перекисью водорода для окисления ионов одновалентной меди до двухвалентной. Современные модели травильных установок снабжаются электрохимическим устройством для утилизации меди и регенерации раствора.

Раствор хлорной меди, несмотря на малую емкость по меди, является наиболее перспективным при выполнении операции травления в негативном процессе и особенно при изготовлении односторонних плат из гетинакса. Перспективность применения раствора хлорной меди обусловлена в первую очередь возможностью его автоматической регенерации и утилизации меди. Кроме того, растворы хлорной меди хорошо отмываются с плат, не оставляя никаких следов солей меди.

Аналогичный является так называемый перекисный раствор, применяемый некоторыми предприятиями. Раствор приготавливается из перекиси водорода (30 % -ной) и соляной кислоты, взятых в отношении 1: 3. В процессе травления меди происходят следующие реакции:

По мере накопления в растворе солей меди этот раствор практически ничем не отличается от приведенного выше медиа-хлоридного. Большой интерес представляют перекисные растворы на основе серной кислоты. В сернокислой среде в процессе травления получается химически чистая соль CuSO₄, которую можно применять для приготовления растворов химического меднения и этим осуществить параллельное протекание субтрактивных и аддитивных процессов, регулируя их объем количеством осаждаемой и вытравливаемой меди, создав безотходную по меди технологию производства печатных плат. Растворы сернокислотного типа, кроме того, можно применять при травлении плат с металлорезистом в виде сплава олово-свинец (ПОС-60). Хлорно-медный щелочной раствор наиболее распространен в производстве печатных плат. В аммиачной среде соли меди образуют комплекс:

Аммиачная комплексная соль двухвалентной меди является окислителем и растворяет медь по реакции

Отработанный раствор, содержащий одновалентную медь, легко регенерируется посредством окисления кислородом воздуха:

Регенерацию раствора можно осуществить в ручном исполнении или автоматически. При ручном исполнении сливается 1/2 раствора, в оставшуюся часть вводится 100-115 г/л  и разбавленный  до рН 9,5-9,8. Слитый раствор подлежит обработке с целью утилизации меди.

С помощью датчиков температуры, плотности и кислотности раствора на дозирующие устройства подается сигнал, по которому раствор автоматически корректируется. Окисление Сu⁺ в Сu²⁺ происходит непрерывно вследствие воздействия кислорода воздуха при струйном методе обработки. По достижении у=1300 кг/м^э подается сигнал на насос, который откачивает половину раствора и подкачивает порцию свежего раствора, состоящего из смеси  и .

При снижении рН до 8,5 по сигналу датчика рН открывается вентиль баллона с газообразным аммиаком и происходит насыщение раствора аммиаком, которое прекращается по достижении рН 9,5-9,8.

Корректирование раствора газообразным аммиаком приводит к его повышенному расходу вследствие большой летучести аммиака. На ряде предприятий освоен метод корректирования травителя раствором следующего состава: хлористый аммоний - 150 г/л; аммиак (25 % -иый) - 400-500 мл/л.

Раствор вводится по сигналу датчика рН. Автоматически цикл регенерации предусмотрен в линии щелочного травления, представленной на рис.11.

Утилизация меди из травильных растворов на основе хлорида осуществляется осаждением меди в виде окиси меди действием при нагреве и барботировании смеси воздухом. При этом происходят следующие реакции:

Количество NaOH, необходимое для осаждения меди, берется по стехиометрическим соотношениям с добавлением 50 %, чтобы создать его избыток и обеспечить полноту осаждения. Осадок окиси меди после декантации 2-3 раза промывается водой, сушится и упаковывается в тару (ящики, полиэтиленовые мешки и т, п.).

Недостатком медно-аммиачных травителей является загрязнение атмосферы аммиаком и сточных вод аммонийными солями, которые, попадая в систему очистных сооружений, могут образовать комплексные соединения тяжелых металлов (никель, медь и др.) и утечку их из нейтрализаторов в очищенные стоки.

К числу других щелочных растворов относят хлоридные и медно-сульфатные.

Хлорид натрия NaCl относится к категории сильных окислителей и растворяет медь в аммиачной среде по реакции

Травильный раствор на основе хлорида натрия используется на некоторых предприятиях для вытравливания меди в позитивном процессе при наличии защитного покрытия из сплава олово-свинец. Травильный раствор содержит 30-35 г/л хлорита натрия, 70-90 г/л хлористого аммония, 190-200 мл/л 25 % -ного водного аммиака.

Раствор обеспечивает хорошее качество травления и по своим возможностям аналогичен медно-аммиачному, так как растворение меди происходит не только по вышеприведенной реакции окисления меди хлоридов, но и за счет образовавшейся аммиачно-медной соли :

Основными недостатками хлоридных растворов являются взрывоопасность хлорида натрия и невозможность регенерации хлорида натрия из продуктов реакции, образовавшихся в результате травлении меди. Попытки промышленного использования для вытравливания меди таких окислителей, как, например, бромат калия КВrО, не дали положительных результатов. Аммиачный медно-сульфатный раствор является аналогом аммиачно-медного хлоридного раствора и основным компонентом раствора служит комплексная соль . Процесс травления протекает по реакции

.

Травильный раствор имеет состав (г/л): сернокислая медь - 170-190, сульфат аммония - 150-170, водный аммиак (25 % -ный) - 400-500 мл/л. Температура раствора 45-50ºС. Травление меди в этом растворе протекает более медленно, чем в аналогичном хлоридном, поэтому он рекомендуется для использования в полуаддитивной технологии при травлении тонких (5-7 мкм) слоев меди.

Хромовокислый раствор относится к категории очень сильных окислителей и может быть использован для вытравливания меди при различных резистивных покрытиях, однако широкого применения хромовокислые растворы не получили вследствие значительных усложнений, связанных с обезвреживанием сточных вод и больших затрат на обезвреживание залповых сбросов при смене растворов. Хромовые соединения, кроме того, являются дорогими и дефицитными. По этим причинам хромовокислые растворы не рекомендуются для промышленного использования.

3.6 Маркировка ПП

Маркировка ПП необходима для их идентификации в процессе изготовления, сборки ФУ и ЭА, для компьютерного считывания при учете расхода материалов, полуфабрикатов, отпуска готовой продукции, при автоматическом контроле, при самонастройке оборудования, комплектации и пр.

Маркировка ПП должна содержать:

товарный знак предприятия-изготовителя;

обозначение ПП;

дату изготовления (год и месяц);

порядковый номер вносимых изменений;

код техпроцесса сборки ФУ на ПП и др.

Маркировку выполняют теми же методами, что и рисунок печатных элементов (сеткографическим; фотохимическим и др.) На самоклеящихся этикетках из полимерных пленок: полиимида, полиэстера, полиэфирамида. Маркировка ПП с линейчатым (ID) штрих-кодом или двумерным (2D) матричным кодом. Высокая плотность размещения информации в матрице в виде темных и светлых прямоугольников позволяет закодировать большой объем информации вплоть до основных технических характеристик на этикетке шириной от 3 мм.

Информация на этикетку заносится на матричном, струйном, лазерном или термо-трансферном принтерах.

Наиболее перспективным является последний из-за высокого качества печати и производительности (до 14000 долл.).

Одной из фирм, занимающейся производством этикеток является фирма Brady Corp. (США).

Этикетки из полиимида можно размещать как на верхней, так и на нижней стороне ПП при пайке волной припоя или оплавлением припойной пасты; из полиэфирамида - на верхней при пайке волной припоя и на обеих сторонах при пайке оплавлением; из полиэстера - только на верхней при пайке волной припоя.

Фирмы Brady Coip. (США), Lackwerke Peters GmbH (Германия), компания Beicrsdorf AG (Германия) выпускают, кроме этикеток, стрипрезисты (липкие аппликации из полиимида) для временной локальной защиты ПП при обработке в электролитах золочения, при облуживании, при левеллировании горячим воздухом, при пайке волной припоя и пр.

Лазерная маркировка ПП осуществляется проекционным методом, при котором форма сечения лазерного луча задается с помощью маски и проецируется на ПП в нужном масштабе для получения любых сложных знаков идентификации; сканированием сфокусированного лазерного пучка на поверхность ПП, модуляцией его интенсивности для испарения части материала в заранее намеченных местах и получения требуемой маркировки.

4. Заключение

В данном курсовом проекте подробным образом описаны основные этапы изготовления печатных плат, а также рассмотрены конструкции и методы изготовления двусторонних печатных плат. В приложении описан технологический процесс изготовления двусторонних печатных плат с металлизированными отверстиями методом тин-тент.

5. Литература

1. А. Медведев. Технология производства печатных плат. - М.: Техносфера, 2005

. Е.В. Пирогова. Проектирование и технология печатных плат. - М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2005

. Ильин В.А. Технология изготовления печатных плат. - Л: 1984.