Главная Автоматизация производственных процессов



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 бестркового 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.............Ш-20

Тиомочевина..............80-90

Соляная кислота (y= 1190кг/м), мл/л.....15-17

Хлористый натрий............75-90

Температура раствора 55-5б°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) :

Хлористое олово .............. 8

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 дм поверхности в 1 л раствора, после чего заменяются свежцми. В отработанных растворах оставшееся неизрасходованное олов.о .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.

19. Осветленне н оплавленне покрытия олово-свинец

Осветленнё покрытия. В результате применения щелочных растворов травления оловянно-Свиицовое покрытие частично растворяется в этих растворах и образующиеся продукты растворения в виде темного шлама обволакивают поверхность покрытия и препятствуют выполненикз Последующих операций (оплавление или пайка выводов электрорадиоэлементов)Для удаленн-я 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 °С, 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, тиомочевина - 100 г, смачиватель ОП-7-10 мл, 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 нз 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), олиго-эфир ОЖ-1 (ТУ 6-05-221-489-81). Оплавление обычно производят погружением на 15 с в нагретый до 230± 10 °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. 10. Защитное покрытие во-свинец до (а) и после

оплавления: / - печатный проводник; 2-крытие олово-свинец

оло-(б)

- по-



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 нли керамических иагрет«х панелей, которые испаряют влагу за счет инфракрасного излучения во время перемещения платы по конвейеру между нагретыми поверхностями.

Оплавлению в инфракрасных лучах предшкггвует 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 применяю7 рамки нз 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, каплеобразоваиие и другие дефекты.

VI. ТРАВЛЕНИЕ МЕДИ 20. Растворы иа 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 подтравлнвание проводников должно быть минимальным; травильные растворы ие должны воздействовать на диэлектрическое основание печатной платы и иа защитный рисунок.

Ниже рассмотрены основные характеристики ряда применяемых в производстве растворов и даны рекомендации по наиболее эффективным травителям (3, 8J. 64

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. 11. Линия струйного травления печатных плат

На рис. 11 представлена типовая установка травления.

Растворы на основе хлорного железа. Водный раствор хлорного железа РеС1з является сильным окислителем и с большой скоростью растворяет медь, восстанавливаясь при этом до хлсистого железа РеСЬ по реакции

FeCb-fCo - FeCb-HCuCI.

Образовавшаяся хлористая медь окисляется хлорным железом до хлорной меди:

FeCla-fCuCl - FeClj-j-CuCla.

В свою очередь, хлорная медь растворяет медь:

CuClj-f Си-2CuCl2.

Таким образом, в растворе травления содержатся следующие продукты: FeCIa, FeCb, CuCl2, CuCl. Для травления используется раствор FeCb плотностью 1300 кг/« что соответствует концентрации 400 г/л; температура раствора - до 35 "С. Боковое травление - 40-66 мкм, ёмкость по меди -75-105 г/л, максимальная скорость травления -35 мкм/мин.

Емкостью по меди называют предельно допустимое увеличение концентрации меди в растворе за счет вытравливания ее с плат.



Раствор обладает высокой скоростью травления н 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 труднорастворнмых основных солей железа:

FCCI3 + H2O

Fe(OH)Cl2 + HCl.

Фснольные смолы диэлектрика частично обладают свойством ионообменных смол и адсорбируют ионы Fe"*", 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 н 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:

Cu+ + Fe -► Cu + Fe +

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 [1].

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 иа основе персульфатов. Персульфат аммония (NH4)2S208 относится к категории сильных окислителей и в кислой среде растворяет медь по реакции

(NH4)2S208-fCu -> (NH4)2S04-fCuS04.

Побочной реакцией является гидролиз персульфата:

(NH4)2S203-f Н2О->- 2NH4HSO4 + V2O2.

Раствор состоит из 200-250 г/л (NH4)2S208 и 5-7 г/л H2SO4. Температура раствора - до 50 "С, 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 CuS04-(NH4)2S04-61420. Осаждению меди должна предшествовать реакция перевода кислой соли NH4HSO4 (которая, как показано выше, образуется вследствие

гидролиза персульфатов) в среднюю соль (NH4)2S04 с помощью водного раствора аммиака:

NH4HS04-f NH4OH -► (NH4)2S04 + H20.

Затем следует дополнительное введение в реактор раствора CUSO4, 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.

21. Хлорио-медиый кислый и щелочной растворы

Хлорная медь окисляет и растворяет медь по реакции

CuCl2 + Cu -► 2CuCi.

Образующаяся хлористая медь CuCi нерастворима и может служить источником засорения форсунок в травильных установках. присутствии ионов хлора в виде HCI, NH4CI, NaCl, КС1 образуются хорошо растворимые комплексы, дислоцирующиев растворе с образованием иона СиС\~. Окисление образующихся соединений одновалентной меди можно осуществить различными способами, например воздействием газообразного хлора или перекисью водорода:

CUCI + CI2 -" 2CUCI2;

CuCl + H202-f2HCl-*- 2CuCl2-f2H20.

Частично хлористую медь окисляет кислород воздуха в кислой среде:

4СиСЦ-02 + 4НС1-- 4CUCI2+2H2O.

Таким образом, отработанный кислый раствор хлорной меди можно легко регенерировать в исходное состояние. Раствор содержит 100-150 г/л CuCI, 145-150 г/л NH4CI. Плотность раствора 1070-1120 кг/м рабочая температура 45-50 °С, рН 1-2.

Основные характеристики: боковое подтравливанне 40-60 мкм; емкость по медн 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 НС1 до рН 1-2 (20-25 мл/л HCI). Разбавленную в отношении 1:6 перекись водорода (пергидроль) ввести в регенерируемый раствор в количестве 110-115 г/л. Раствор перемешать сжатым воздухом и через 20-30 мии можно приступить к работе. Слитый раствор подлежит обработке для утилизации меди по нижеприведенному способу.

При автоматическом режиме все параметры раствора контролируются с помощью датчиков, имеюш,ихся в автоматической линии. Датчики информируют о температуре раствора t, кислотности рН, плотности V, редоксе-потенциале ф, уровне раствора h. Момент регенерации определяется по накоплении хлорной меди более



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


0.0116