Главная Автоматизация производственных процессов



Автоматизация производственных процессов

. При изготовлении печатных плат в зависимости от их конструктивных особенностей и масштабов производства применяются различные варианты технологических процессов, в которых используются многочисленные химико-технологические операции и операции механической обработки.

В брошюре рассматриваются оборудование и операции механической обработки, такие как сверление, резка, абразивная очистка поверхности; описываются различные способы получения заш.итных рисунков схемы: фотохимическая печать, сеткография; представлены условия выполнения операции травления, с помощью которой создается проводящий рисунок в основных производственных процессах.

Особое внимание уделяется в книге технологии электрохимических процессов, применяемых при изготовлении печатных плат, так как Они в первую очередь обеспечивают основные качества плат: равномерность осаждения металла, способность проводящего рисунка к пайке, необходимую эластичность слоя металлизации в отверстиях, электропроводность и другие функциональные свойства печатных плат. Для обеспечения указанных качеств металлических покрытий составы приведенных в брошюре растворов и электролитов гальванических ванн несколько отличаются от аналогичных растворов, применяемых в гальванотехнике и описанных в других выпусках библиотечки гальванотехника.

Для многих операций технологических процессов изготовления представлены краткие характеристики оборудования.и средств автоматизации, рекомендованных для производства.

Перечень основных дизлектрических материалов, используемых для изготовления печатных плат, с указанием соответствующих ГОСТ или технических условий дан в приложении к брошюре, эти сведения могут оказаться полезными при выборе материалов для плат.

Для некоторых процессов приведены способы утилизации ценных материалов из отходов производства и, в частности, способы утилизации меди из отработанных травильных растворов.

В пределах небольшого объема настоящей брошюры не представилось возможным с исчерпывающей полнотой дать всю информацию, необходимую, например, при разработке производственных инструкций, однако читатель найдет ответы на многие вопросы, возникающие при внедрении новых технологических процессов.

Для облегчения этой задачи в тексте брошюры даны таблицы, характеризующие причины неполадок, возникающих в производстве печатных плат, а также приведены необходимые схемы технологических процессов. Все замечания н пожелания по данной книге просим направлять по адресу: 191065, Ленинград, ул. Дзержинского, 10, ЛО издательства «Машиностроение».



I. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

1. Назначение и способы изготовления печатных плат

Печатная плата представляет собой плоское изоляционное основание, на одной или обеих сторонах которого расположены токо-проводящие полоски металла (проводники) в соответствии с электрической схемой.

Печатные платы служат для монтажа на них электрорадиоэлементов (ЭРЭ) с помощью полуавтоматических и автоматических установок с последующей одновременной пайкой всех ЭРЭ погружением в расплавленный припой или на волне жидкого припоя ПОС-60. Отверстия на плате, в которые вставляются выводы электрорадиоэлементов при монтаже, называют монтажными. Металлизированные отверстия, служащие для соединения проводников, расположенных на обеих сторонах платы, называют переходными.

Применение печатных плат позволяет облегчить настройку аппаратуры и исключить возможность ошибок при ее монтаже, так как расположение проводников и монтажных отверстий одинаково на всех платах данной схемы. Использование печатных плат, обусловливает также возможность уменьшения габаритных размеров аппаратуры, улучшения условий отвода тепла, снижения металлоемкости аппаратуры и обеспечивает другие конструктивно-технологические преимущества по сравнению с объемным монтажом.

К печатным платам предъявляется ряд требований по точности расположения проводящего рисунка, по величине сопротивления изоляции диэлектрика, механической прочности и др. (ГОСТ 23752-79). Одним из основных требований является обеспечение, способности к пайке, достигаемое соответствующим выбором гальванического покрытия и технологией металлизации, поэтому в производстве печатных плат особое внимание уделяется химико-гальваническим процессам.

Изготовление печатных плат (ГОСТ 20406-75) осуществляется химическим, электрохимическим или комбинированным способом. В последнее время получили распространение новые способы изготовления - аддитивные. Ниже дана краткая характеристика каждого из способов.

Исходным материалом при химическом способе служит фольги-рованный диэлектрик, т. е. изоляционный материал, обычно гетинакс, на поверхность которого с одной или двух сторон наклеена медная фольга толщиной 35-50 мкм (приложение 1).

На поверхность медной фольги вначале наносится защитный рисунок (рельеф) таким образом, чтобы он защитил проводники при вытравливании меди. Защитный рисунок схемы выполняется стойкими к воздействию травильных растворов материалами. Затем следует операция травления, в результате которой полностью вытравливается медь и создается проводящий рисунок.

В зарубежной практике данный способ называют субтрактивиым. Отверстия для установки выводов электрорадиоэлементов (резисторы, конденсаторы и т. д.) сверлятся или штампуются после вытравливания меди и не металлизируются. Пайка выводов электрорадиоэлементов производится непосредственно к контактным площадкам печатных проводников, как показано на рис. 1. Химический


Рис. 1. Пайка выводов электрорадиоэлементов на одностороннюю печатную плату: / - проволочный вывод; 2 - диэлектрик; 5-припой; -контактная площадка

метод применяется главным образом в производстве плат широковещательной радиоаппаратуры.

Электрохимический способ в зарубежной литературе и частично в отечественной практике называют полуаддитивным от латинского слова «aclclitio> (сложение), так как проводящий рисунок создается в результате электрохимического осаждения металла, а не вытравливания. Приставка «полу» означает, что в технологии изготовления сохранена операция травления тонкого слоя металла, который образуется по всей поверхности платы при химической металлизации.

Исходными материалами в этом случае служат нефольгиро-ванные диэлектрики (приложение 2). Защитный рисунок в отличие от предыдущего метода наносят таким образом, чтобы открытыми оставались те участки поверхности, кбторые подлежат металлизации с целью образования проводниковых элементов схемы.

Электрохимический способ предусматривает получение металлизированных отверстий одновременно с проводниками и контактными площадками.

Комбинированный способ представляет собой сочетание первых двух способов. Исходным материалом . служит фольгированный с двух сторон диэлектрик (приложение 1), поэтому проводящий рисунок получают вытравливанием меди, а металлизация отверстий осуществляется посредством химического меднения с последующим электрохимическим наращиванием слоя меди. Пайка выводов электрорадиоэлементов производится посредством заполнения припоем монтажных отверстий в плате. На рис. 2 показана структура платы, изготовленной комбинированным методом.

Комбинированный метод в настоящее время является основным в производстве двусторонних и многослойных печатных плат для аппаратуры самого разнообразного назначения.

Аддитивный метод заключается в создании проводящего рисунка посредством металлизации достаточно толстым слоем химической меди (25--35 мкм), что позволяет исключить применение гальванических операций и операции травления. Исходным материалом при этом служит иефольгиро-ванный диэлектрик. Исключение вышеуказанных операций позволяет существенно уменьшить ширину проводников и зазоры между ними, что, в свою очередь, обеспечивает возможность увели-


Рис. 2. Структура печатной платы, изготовленной комбинированным методом:

/ - диэлектрик; 2 - медная фольга; 3 - металлический слой



чить плотность монтажа на платах. Кроме того, как показал опыт, применение этого метода на ряде фирм США способствует снижению стоимости плат на 15-20 %. а также расходов химикатов, сокращению производственных площадей и состава оборудования. До 10 % плат, производимых в Европе и США, изготавливаются по аддитивному методу. Более широкому его распространению препятствуют патентные ограничения.

2. Химический способ изготовления плат

Последовательность основных технологических операций представлена в табл. 1.

Таблица 1. Технологические процессы изготовления печатных плат химическим методом

Номер

Номер

опера-

Операция

опера-

Операция

А. Негативный способ

Б. Позитивный способ

Резка и рихтовка заго-

Резка и рихтовка заго-

товок

товок

Зачистка поверхности

Зачистка поверхности

Получение защитного

Получение защитного

рельефа на проводниках

рельефа на пробельных

участках i

Травление меди

Нанесение гальваниче-

ского покрытия на провод-

ники

Удаление защитного

Удаление защитного

рельефа

рельефа

Сверление или штамповка

Травление меди

отверстий

Обработка контура

Сверление или штамповка

Маркировка

отверстий

Обработка контура

Нанесеине защитной маски

Маркировка

Консервация

Консервация

Вариант А назван негативным потому, что для получения защитного рельефа методом фотопечати в качестве фотошаблона используется негативное изображение проводящего рисунка платы, т. е. пробельные места черные, а проводники - оптически прозрачные. Таким образом, проходящий через светлые участки поток ультрафиолетовых лучей при экспонировании полимеризует фоторезист, нанесенный на поверхность заготовки, образуя защитный рельеф.

В варианте Б защита проводящего рисунка при травлении осуществляется металлическим покрытием, поэтому защитный рельеф наносится на пробельные места и, следовательно, при фотопечати используется позитивное изображение платы.

Вариант А наиболее распространен в производстве плат бытовой радиоаппаратуры, он характеризуется минимальной трудоемкостью и возможностью автоматизации всех операций. В качестве метода

получения защитного рельефа при этом используется наиболее дешевый в массовом производстве способ трафаретной печати - сеткография - с применением краски, полимеризующейся с помощью ультрафиолетового облучения. Для выполнения основных операций технологического процесса создана автоматическая линия модульного типа, в которой предусмотрены следующие операции: трафаретная печать, сушка краски, травление, промывка, удаление краски и сушка готовой платы. Линия рассчитана на производство 800 тыс. плат в год, размер заготовок 500X500 мм.

Химико-механическая подготовка поверхности фольги может производиться также на автоматической линии ГГМ1.240.006. Защитная маска из эпоксидной смолы наносится на поверхность платы таким образом, чтобы открытыми были только контактные площадки проводников, которые обслуживаются припоем ПОС-60 при выполнении монтажных операций.

Проводники, защищенные эпоксидным покрытием, обслуживанию не подвергаются и этим достигается значительная экономия оловянного сплава. Эпоксидная защитная масса наносится также способом трафаретной печати. Пробивка отверстий обычно производится штамповкой с помощью кривошипных прессов.

По опыту одного из предприятий защита проводников от облу-живания при пайке выводов радиоэлементов осуществляется посредством их химического, пассивирования (хроматирования), так как хроматная пленка на меди предотвращает смачивание ее припоем.

Защита контактных площадок от пассивирования достигается путем нанесения на них через сетчатый трафарет маски состава (масс, доли %): канифоль-• 100; этиловый спирт - 35; вазелин медицинский - 35.

Пассивирование производится погружением плат на 2-5 с в раствор следующего состава (г/л):

Двухромовокислый натрий ........ 200-250

Медный купорос............ 1-2

Сернокислый цинк........... 1-5

Серная кислота аккумуляторная...... 9-11

Хлористый натрий .... *..... . 1-2

Защитная маска на контактных площадках служит затем флюсом при панке на волне припоя.

Главным преимуществом данного метода является исключение из технологии операции нанесения маски из эпоксидной смолы, представляющей большую профессиональную вредность.

Вариант Б применяется весьма редко и ограничивается обычно изготовлением полосковых плат. В качестве гальванического покрытия при этом служит серебро с тачщиной слоя 9-12 мкм.

Платы с односторонним или двусторонним расположением проводников без металлизации отверстий могут быть изготовлены способами штамповки, переноса а также нанесения токопроводящих красок (паст).

Способ штамповки рекомендован для массового производства, при этом в качестве основания служит любой диэлектрик, в том числе и картон. Медная фольга толщиной 35 мкм, смотанная в рулой, с одной стороны покрыта адгезионным слоем. Этим слоем фольга накладывается на диэлектрик, при штамповке вырубка проводников



[0] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12


0.0218