Главная Автоматизация производственных процессов



комбинируется с их прижимом к диэлектрику. Ненужная часть фольги удаляется.

Затем платы подвергаются нагреву в прессованном состоянии для полимеризации адгезионного слоя с целью получения прочного сцепления проводников с основанием. Метод эффективен для плат массового производства с относительно простой схемой проводников.

Операция травления не применяется, поэтому медь расходуется по прямому назначению, а отходы меди используются для переплавки. Данный способ - самый дешевый по расходу материалов и наименее трудоемкий.

Способ переноса заключается в получении проводящего рисунка на временном металлическом основании и затем переноса его на диэлектрик.

В качестве временного основания служит пластина из коррозионно-стойкой стали типа 18ХН9Т. На пластине получают защитный рисунок, как и при позитивном процессе, т. е. пробельные места закрыты фоторезистом или краской. Затем пластину подвергают гальваническому меднению в кислых электролитах и на ней образуется проводящий рисунок из меди толщиной 35-50 мкм. Фоторезист или краска удаляется, а пластина с проводящим рисунком прижимается к диэлектрику (гетинаксу), на поверхность которого нанесен клеевой слой.

Проводящий рисунок легко отделяется от поверхности корро-знонно-Стойкой стали и приклеивается к диэлектрику вследствие очень слабого сцепления электроосажденной меди с коррозионно-стойкой сталью. Как н в предыдущем случае, платы подвергаются нагреву в прессованном состоянии для полимеризации клеевого соединения.

Если положить металлическую пластину с медными проводниками в пресс-форму, с помощью которой прессуются пластины из различных пластмасс, например АГ-4, ДСВ и т. п., то проводящий рисунок будет впрессован в диэлектрик «заподлицо». Этот способ рекомендуется для изготовления переключателей, кодовых дисков и т. д. Преимуществом данного метода является возможность получения проводников различной толщины, что в сочетании с возможностью использования самых разнообразных материалов в качестве основания платы открывает широкие перспективы его применения.

Метод переноса целесообразен в условиях опытного и мелкосерийного производства при отсутствии очистных сооружений и условий для утилизации меди из травильных отходов. Технологический процесс представляет собой пример безотходной технологии.

Способ получения проводящего рисунка с помощью электропроводных красок или паст еще не получил широкого применения в промышленности из-за отсутствия соответствующих материалов необходимого качества, однако он является весьма перспективным и экономичным для получения плат широковещательной аппаратуры.

3. Электрохимический способ получения печатных плат

Этот способ осуществляется посредством следующих основных операций: резки заготовок, сверления отверстий, подлежащих металлизации; подготовки поверхности; химического меднения; усиления

меди гальваническим меднением; нанесения защитного рельефа на пробельные места; гальванического меднения; гальванического покрытия сплавом олово-свинец; удаления защитного рельефа; травления меди с пробельных мест.

Исходным материалом служит нефольгированный стеклотекстолит марок СТЭФ-1-2ЛК (ТУ АУЭО.037.000) или СТЭК-1,5 (ТУ 16-503.201-80). На обе стороны этих материалов нанесен адгезионный слой из эпоксидно-каучуковой композиции. Свойства этих материалов приведены в приложении 2.

Лодготовка поверхности диэлектрика заключается в ее химической обработке смесью хромовой и серной кислот, в результате которой на поверхности образуются микровпадины, обеспечивающие хорошую адгезию металлизированного слоя и хорошую смачиваемость водными растворами. Операция травления в данном процессе характеризуется очень малой продолжительностью (до 1 мнн), так как вытравливанию .подлежит весьма тонкий слой химически осажденной и усиленной гальванически до толщины 5-7 мкм меди. При вытравливании такого тонкого слоя меди эффект бокового подтравливания практически отсутствует, что позволяет получать очень узкие проводники шириной до 0,15 мм и с таким же зазором между проводниками.

Таким образом, технологический процесс изготовления печатных плат электрЬхимическим (полуаддитивным) способом освобождает от необходимости применять фольгированные медью диэлектрики и обеспечивает повышенную плотность монтажа на платах, что обусловливает возможность в ряде случаев заменить сложные в производстве многослойные печатные платы на двусторонние. Ниже приведены характеристики отдельных операций и условия их выполнения.

Заготовки из стеклотекстолита режутся с учетом технологических полей на одноножевых или многоножевых ножницах. На технологическом поле сверлятся фиксирующие отверстия в соответствии с рекомендациями, изложенными в гл. 2.

Подготовка поверхности производится следующим образом. Обезжиренную поверхность диэлектрика подвергают химической обработке с целью придания гидрофильностн и образования в адгезионном слое микронеровностей. Обработка ведется в две стадии: 1) набухание в водном растворе днметилформамида в течение 1-3 мин с последующей промывкой; 2) травление в растворе состава (г/л): хромовый ангидрид 450-500, серная кислота 200-240 при температуре 50--60 °С в течение 2-5 мин.

Удаление остатков хромовых соединений с поверхности заготовки производится в следующей последовательности; промывка в воде, нейтрализация в растворе NaOH (5-10%), повторная промывка, нейтрализация в растворе HCI (50-100 г/л), еще одна промывка в воде.

В растворе травления хром из шестивалентного восстанавливается до трехвалентного, а раствор разбавляется водой, вносимой заготовками плат. По достижении концентрации Сг+ до 20 г/л окислительная способность раствора значительно падает и ои подлежит замене или регенерации, которая может быть осуществлена следующим образом.

В ваниу завешиваются свинцовые аноды или, если ванна футерована свинцом, ее корпус подключают к положительному полюсу

2 Зак. 758



источника тока. Катодами служат свинцовые пластинки, поверхность которы.х приблизительно в 30 раз меньше поверхности анодов.Через ванну пропускают ток от источника тока с напряжением 18 В, плот-irocTb тока на электродах /« = 6065 А/дм и (а = 2-0,5 Л/дм. Раствор подогревается.до температуры 60-65 °С. В процессе электролаза происходит окисление Сг"*" в Сг"*, а вследствие испарения и электролиза воды возрастает концентрация HaSO,. Регенерацию постоянным током завершают после того, как содержание Сг"*" снизится до 3-5 г/л. Удобно вести процесс на двух ваннах, в одной из которых происходит регенерация, в то время как другая - эксплуатируется.

С целью замены пожароопасного днметилформамнда, а также нежелательного загрязнения сточных вод xpoNraeoH кислотой предложено операцию набухаиня проводить в растворе состава: мочевина 500-600 г/л и аммиак водный (25 %-ный) 300 мл/л (рН 9-10) при температуре 50 "С в течение 15 мин. И далее после промывки в горячей н холодной воде травление производить в растворе КМпОч с концентрацией 25-40 г/л.

Для удаления продуктов реакции промывку водой чередуют с промывкой в солянокислом растворе гидроксиламнна (20 г/л) и щелочном растворе трилона Б. Поверхность адгезионного слоя после травления приобретает равномерный матовый оттенок вследствие созда1[ИЯ мнкрошероховатости.

Сверление отверстий, подлежащих металлизации, осуществляют с помощью твердосплавных сверл, по технологии, указанной в гл. 2.

Операции химического меднения предшествует обезжнрование в щелочных растворах с добавками ПАВ, а затем активация в совмещенном растворе и химическое меднение в одном из растворов, приведенных в гл. 4.

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

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

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

Существует несколько видоизмененный процесс, названный дифференциальным травлением. В этом процессе нет операции гальванического покрытия сплавом олово-свинец, которое служит металле-резнстом, а при травлении тонкого слоя меди с пробелы[ЫХ мест одновременно вытравливается 5-7 мкм меди с проводящего рисунка. Для того чтобы сохранить заданную тех1[нческнмц условиями толщину проводника, при гальваническом мед1[еннн увеличивают толщину медн на 7-10 мкм с учетом вышеуказанного травления металла.

В производственной практике встречаются другие разновидности технологического процесса, отличающиеся от приведенного выше, но в настоящее вре.мя они применяются редко, например при изготовлении полосковых плат из иефольгнровалных диэлектриков. Характерной особенностью этих процессов является применение жид-

ких фоторезистов, которые наносятся на плату до сверления металлизируемых отверстий.

Одним из вариантов электрохимического (полуаддитивного) процесса является так называемый «тентинг-процесс». В этом варианте заготовка печатной платы, в которой просверлены отверстия, металлизируется полностью химическим, а затем гальваническим меднением с толщиноГ! слоя 25-30 мкм. Далее с помощью сухого пленочного фоторезиста толщиной 40-60 мкм и фотошаблона-негатива получается защит1гый рисунок из пленки фоторезиста, перекрывающей все отверстия и защищающей их от попадания травильного раствора. Как и в обычном химическом методе, проводящий, рисунок здесь образуется после травления меди. Проводники, контактные площадки и стенки отверстий облуживаются сплавом ПОС-60 горячим способом по методу «Левельэр» или ППВ (покрытие припоем с выглаживанием). Тентинг-процесс дает хорошие результаты при изготовлении многослойных плат с внутренними переходами нз диэлектрика, обе стороны которого покрыты 5- или 35-микронной медной фольгой.

Весьма перспективно применение электрохимического способа в производстве металлических плат, обеспечивающих повышенную теплопроводность. Структура такой платы представлена на рис. 3. Основными операциями техвологического процесса являются: сверление отверстий; анодирование в 20%-ном раст- j j воре НгЗО, при и =1,5 А/дм в течение двух часов, для получения оксидной пле1[ки, повышающей электроизоляционные свойства поверхности; нанесение изоляционного слоя; химическое меднение всей поверхности с «затяжкой» гальваническим меднением.

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

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

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


Рис. 3. Структура печатной платы па металлическом основании; / - металлическое основание; 2 - изоляционный слой; 3 - металлический слон

От английского выражения «LcveI air*, означающего «выравнивание воздухом».



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

Обрабатываемый диэлектрик в виде пленочного материала помещается между алюминиевой пластиной и эпоксистеклотканью, по наружной поверхности которой совершает возвратно-поступательное движение подвижный электрод из четырех цилиндров.

На подвижный электрод и алюминиевую пластину подается электрическое напряжение от высокочастотного генератора (20- 40 кГц) величиной 1,4 кВ. Плотность тока, при которой возникают коронные разряды, составляет 1,5 мА/см. В результате действия коронных разрядов поверхность становится микрошероховатой.

Технологический процесс электрохимической металлизации заготовок при использовании различных пленочных материалов состоит из операций: очистки (обычная), сушки, обработки коронным разрядом активации, обработки в растворе «ускорителя», химического меднения и гальванического меднения.

Шероховатость поверхности можно создать также гидроабразивной обдувкой, направляя абразивно-водяную пульпу под давлением 0,5-0,6 МПа.

4. Комбинироиаиный способ изготовления плат

В зависимости от метода защиты проводящего рисунка при вытравливании меди комбинированный способ может осуществляться в двух вариантах: негативном, когда защитой от вытравливания служат -краска или фоторезист, и позитивном, когда защитным слоем служит металлическое "покрытие (металлорезист). Названия эти способы получили от фотошаблона, применяемого при создании защитного рельефа: в первом случае при экспонировании рисунка используется негатив печатной схемы, во втором - позитив. Комбинированный метод изготовления печатных плат применяется рядом предприятий с мелкосерийным производством (табл. 2). Негативный комбинированный способ имеет следующие недостатки:

1. При сверлении отверстий на выходе сверла образуются заусенцы и создаются усилия, направленные на отрыв контактной площадки. Для сохранения контактной площадки в конструкции платы предусматривается увеличение диаметра контактной плащадки (ширины пояска) на 0,6-0,8 мм. Это требование приводит к снижению плотности монтажа.

2. В результате вытравливания меди в начале процесса диэлектрик остается обнаженным для воздействия агрессивных гальванических растворов и активных флюсов (НС1) при покрытии сплавом Розе. По этой причине сопротивление изоляции готовых плат на порядок ниже, чем при позитивном процессе.

3. В связи с тем, что гальваническая металлизация осуществляется в приспособлениях, закрывающих отверстия с одной стороны, толщина слоя металла в отверстии очень неравномерна; часто имеют место случаи отслаивания металла при перепайке деталей.

Таблица 2. Технологические процессы изготовления печатных плат комбинированным методом

Номер операции

Операция

А. Негативный способ

Резка заготовок и химико-механическая подготовка поверхности

Получение защитного рисунка с иегатива

Травление меди

Удаление защитного рисунка

Нанесение защитной лаковой пленки

Сверление и зенкование отверстий

Химическое меднение

Удалеине лаковой пленки

Гальваническое меднение в два приема с помощью рамочных приспособлений

Покрытие сплавом Розе

Номер операции

Операция

Б. Позитивный способ

Резка заготовок и хи-мико-мехаиическая подготовка поверхности

Получение защитного рисунка с позитива

Нанесение защитной лаковой пленки

Сверление и зенкование отверстий

Химическое меднение

Удаление лаковой плеикн

Гальваническое меднение Гальваническое покрытие сплавом олово-свинец Удаление защитного рисунка

Травление

4. Процесс предусматривает много ручных операций.

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

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

К недостаткам обоих способов можно отнести следующие.

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

2. Сверление через лаковую пленку ухудшает стойкость сверл.

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

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

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



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


0.0432