Главная Автоматизация производственных процессов



Оба способа характеризуются значительной трудоемкостью, так как в технологических процессах имеется много ручных операций, поэтому они могут использоваться лишь в условиях опытного и мелко-сернниого производства. Наиболее перспективным является позитивный способ, осушеств-ляемый по так называемому базовому технологическому процессу, структура которого аналогична вышеизложенному полуаддитивному процессу. К основным операциям процесса можно отнести резку заготовок и сверление отверстий, подлежащих металлизации; подготовительные операции; химическое меднение; утолщение слоя меди до 5-7 мкм гальваническим меднением; нанесение защитного рельефа на пробельные места; гальваническое меднение; гальваническое покрытие сплавом олово-свинец; удаление защитного рельефа; травление; обрезку по контуру. Оплавление покрытия олово-свинец; маркировку, консервацию, упаковку.

Процесс обеспечивает получение зазоров между проводниками и ширину проводников до 0,2 мм.

Подготовительные операции перед химическим меднением заготовок плат с просверленными отверстиями могут осуществляться в двух вариантах: 1) механическая зачистка с целью удаления заусенцев и дефектов на поверхности фольги в сочетании с химическими операциями; 2) электролитическое полирование. Последовательность операций для обоих вариантов представлена в табл. 3, где знаками плюс и минус обозначена применяемость операции.

Таблица 3. Подготовительные операции перед химическим меднением

Операция

Номер варианта

Механическая зачистка фольги

Химическое обезжиривание

Промывка в горячей и холодной воде

Подтравливаиие

Промывка в холодной воде

Активирование

. Промывка в улавливателях

Промывка в холодной воде

Электролитическое полирование

Обработка в растворе «ускоритель»

Промывка в холодной воде

Ниже даны основные характеристики отдельных подготовительныхопераций.

Химическое обезжиривание осуществляется в растворе следующего состава (г/г): тринатрийфосфат - 30-35, сода кальцинированная - 30-35, препарат ОС-20 - 3-5.

В том случае, когда раствор используется в установках струйной обработки, в него вводится пеногаситель, например эмульсия КЭ-10-21 (1-2 г/л). Температура раствора 40-60 °С, продолжительность обработки 2-5 мин.

Подтравлнвание медной фольги производится в растворе, содержащем 200-250 г/л надсериокислого аммония и 5-7 г/л серной кислоты.

Промывки в холодной и горячей воде осуществляются в ваннах с проточной водой, С целью значительного снижения расхода воды редамендуется устанавливать двухступенчатые ванны каскадного типа.

Электролитическое полирование заключается в анодной обработке заготовок, в результате которой растворяются заусенцы, образующиеся при сверлении, а на поверхности фольги создается оксидный слой, препятствующий осаждению меди иа поверхности заготовки при химическом меднении. Выполнение этой операции после активирования позволяет удалить с поверхности адсорбированный слой палладия, который при этом растворяется вместе с медью, что также препятствует химическому осаждению меди на фольгу

Электролитом служит раствор ортофосфорной кислоты (1140- 1170 г/л) с добавлением 70-100 мл/л бутилового спирта (бутанол)

Раствор готовится следующим образом. К бутанолу добавляется равное количество воды, в полученную смесь медленно при постоянном перемешивании добавляется ортофосфорная кислота плотностью 1600-1700 кг/м По достижении плотности раствора 1540- 1550 кг/м добавление кислоты прекращают.

Катодами в ванне служат листы из меди или коррозионно-стойкой стали, помещенные в чехлы из хлориновой ткани. Отношение поверхности катода к поверхности анода (заготовки плат) должно быть от 3: 1 до 5 : 1.

Процесс электрополирования ведут при комнатной температуре и анодной плотности тока 2-2,5 А/дм, однако регулирование силы тока на ванне следует производить по напряжению на зажимах ванны, поддерживая его в пределах 1,5-3 В в зависимости от размеров ванны. Рабочее напряжение иа ванне должно быть иа 0,2-0,3 В меньше того, при котором начинается выделение на полируемой поверхности кислорода.

Продолжительность операций 15-20 мин. На катодной поверх-.ности вначале выделяется водород, но затем, по мере накопления в электролите меди, начинается ее осаждение в виде порошка. Увеличением катодной поверхности можно добиваться получения медн в виде пленки, которая лег}со снимается с поверхности катода.

Уровень электролита следует поддерживать, доливая ванну водой или ортофосфорной Кислотой в зависимости от плотности раствора, которая составляет 1560-1600 кг/м Бутанол вводится по мере ослабления блеска поверхности или появления растравленных участков полируемой поверхности.

Используя комбинированный метод, можно изготавливать платы с повышенной плотностью моитджа. В этом случае исходным материалом служит стеклотекстолит, фольгированный очень тонкой мед ной фольгой (толщина фольги 5 мкм). Медная фольга защищается от возможных повреждений, при хранении, транспортировании и сверлении отверстий медным или алюминиевым листовым протектором толщиной 50-75 мкм. Материал с-медным протектором получил название «Слофаднт», а с алюминиевым протектором - СТПА. После сверления отверстий в заготовке и операции химического меднения протектор отделяется от поверхности фольги и укладывается в отдельную тару для последующей сдачи предприятиям цветной металлургии как вторичное сырье. Заготовка подвергается гальванической металлизации («затяжке») и другим операциям, приведенным выше.



Продолжительность операции травления уменьшается в 5 раз, так как толщина слоя меди, подлежащая вытравливанию, составляет 10-12 мкм вместо 45-50 мкм в случае применения обычных фоль-гированных диэлектриков. В результате этого эффект бокового подтравливания практически исключается н достигается возможность получения узких проводников шириной до 0,15 мм и таких же зазоров между ними, что характерно для плат, изготавливаемых по полуаддитивиой технологии.

Технологический процесс изготовления двусторонних печатных плат комбинированным методом из материала типа <Слофадит» обеспечивает повышенную плотность монтажа (класс 3 по ГОСТ 23751--79), что позволяет во многих случаях многослойные платы в 6-8 слоев заменить на двусторонние.

Широкое применение микросборок, интегральных схем и изделий современной полупроводниковой техники привело к тому, что прн монтаже их на печатные платы резко возросла коммутация между ними н появилась необходимость размещения проводников в различных изолированных друг от друга слоях многослойной платы. Многослойные соединения осуществляются через металлизированные сквозные отверстия, поэтому и метод изготовления МПП получил название * метод сквозной металлизации». Другие способы межслой-ного соединения применяются очень редко н поэтому не предусмотрены нормативно-технической документацией [5].


Рис. 4. Структура многослойной платы: / - металлический слой; 2 - тонкий диэлектрик слоя МПП; 5 - изоляционная прокладка из стеклоткани;

4 - контактная площадка в слое МПП

Структура многослойной платы представлена на рис. 4. Технологический процесс изготовления МПП состоит из трех основных этапов: 1) подготовки отдельных слоев; 2) сборки пакета и прессования; 3) получения проводящего рисунка на наружных слоях.

На заготовках из тонких фольгнрованных диэлектриков, например марок СТФ-1 или СТФ-2 {приложение 3), химическим методом получают проводящий рисунок, используя жидкие нли сухие пленочные фоторезисты. Б качестве травителя могут быть использованы различные по типу растворы: кислые или щелочные, представленные в гл. 6 настоящей брошюры. При выборе раствора следует остановиться на том составе, который принят для основного процесса, т. е. аммиачно-хлоридиого, так как нецелесообразно в производственных условиях иметь два различных состава. После вытравливания меди наблюдается нежелательная деформация сжатия диэлектрика, обусловленная внутренними напряжениями, проявляю-

щими свое действие после удаления части медной фольги. Величина этих деформаций зависит от характера проводящего рисунка и она минимальна в случае применения диэлектриков, фольгнрованных медью с двух сторон.

Вначале на каждом технологическом поле отдельно взятого слоя с проводящим рисунком пробиваются базовые или фиксирующие отверстия, с помощью которых прн сборке достигается хорошее совмещение контактных площадок по вертикали. Количество отверстий устанавливается в зависимости от размеров платы нормативно-технической документацией и доходит до 10.

Для выполнения данной операции предназначена установка совмещения н штамповки базовых отверстий. Установка рассчитана на заготовки плат с максимальным размером 500 X 500 мм и минимальным - 200 X 200 мм. Шаг перемещения стола - 10 мм. Точность базирования ±0,05 мм. Диаметр базовых отверстий - 5 мм. Аналогичные отверстия пробиваются в листах прокладочной стеклоткани СП.

Прокладочная стеклоткань представляет собой листы стеклоткани из крученых нитей диаметром 0,1-0,25 мм, пропитанной эпоксидным лаком ЭД-8-Х. Этот материал находится в иедополи-меризованном состоянии и имеет следующий состав (масс, доли, %): летучие - 0,3-1,2; связующие-45-52; растворимые смолы - 85-100. Время гелеобразования - 5-15 мин, срок хранения прокладочной стеклоткани - 6 мес. По истечении этого срока процессы полимеризации в материале, протекающие самопроизвольно, ухудшают его способность к склеиванию при прессовании многослойных плат.

Для обеспечения высокой прочности сцепления поверхности медных проводников с изолирующими межсловными материалами необходимо придать им микрошероховатость, а еще лучше создать оксидный слой соответствующей химической или струйной обработкой растворами травителей состава (г/л): СиСЬ-40-45, NH4CI- 145-150 или (NH4)2S208 -200-250, H2SO4 - 5-7. Температура раствора - до 60 °С. Для выполнения этой операции выпускается установка в виде линии химической подготовки слоев перед прессованием. Линия модульной конструкции имеет в своем составе отдельные модули для подтравливания, промывок и сушки заготовок. Скорость конвейера регулируется и этим обеспечивается необходимая производительность и качество обработки.

При наличии больших участков меди более эффективно химическое оксидирование в растворах типа «Эбаиол» следующего состава (масс, доли, %): NaCIOj - 48; NaOH - 40; NasPO. - 12. Обработка заготовок производится в водном растворе, содержащем 180 г/л этого состава, при температуре 90 "С до образования черного оксидного покрытия. Для осуществления этой операции можно использовать линии ванн из комплекта ванн гальванической лиинн АГ-38, по отдельной компоновке.

Сборка пакета производится в пресс-форме путем последовательной укладки отдельных слоев МПП и прокладочной стеклоткани, количество листов которой определяется соответствующей нормативно-технической документацией, например три листа толщиной 0,025 мм для односторонних слоев. При сборке пакета необходимо обращать внимание на правильное ориентирование нитей стеклоткани. Для устранения влияния неровностей поверхности пресс-



формы, разнотолщиниости прокладочных листов и т. п. на них укладываются листы триацетатной пленки, кабельной бумаги и других материалов.

Трессование происходит при постоянной температуре (160

170 °С) в две ступени: первая - при давлении 0,1-0,5 МПа, продолжительности ее - от 10 до 200 мин в зависимости от времени геле-образования, характерного для данной партии стеклоткани; вторая - при давлении от 2 до 3,4 МПа. Давление уточняется для каждой партии стеклоткани на основе результатов анализа при входном контроле. Время выдержки 50-70 мни. После охлаждения пресс-формы и извлечения спрессованного пакета следует обрезка облоя на роликовых ножницах.

Для обеспечения хорошего качества МПП необходимо следить за состоянием помещения. Температура воздуха в помещении должна быть в пределах 23-25 °С, относительная влажность-не более 40%. Помещение должно быть обеспылено, так как попадание пылинок при сбврке вызывает образование различных дефектов в МПП.

Получение проводников, а также металлизация монтажных и переходных отверстий производится в основном по вышеприведенной технологии комбинированного метода с дополнительной химико-механической обработкой стенок отверстия для обеспечения прочного сцепления слоя металлизации с торцами контактных площадок в отдельных слоях.

В результате химико-механической обработки создается ступенчатый рельеф на стенках отверстий, который показан на рис. 5. Кроме того, при этом медные торцы контактных площадок хорошо очищаются от эпоксидной смолы, наволакиваемой на них в процессе сверления, а обнаженные нити стеклоткани становятся слегка шероховатыми.

Химико-механическая обработка отверстий включает в себя операции, которые проводятся в следующей последовательности: 1. Гидроабразивная обдувка. Абразивно-водяная пульпа, содержащая электрокорунд зернистостью М40 в отношении с водой 1:4 по массе, прогоняется через каждое отверстие под давлением 0,4-0,5 МПа в специально созданной для этой цели установке.

2. Травление диэлектрика. Обработка в концентрированной серной кислоте при температуре 35-40 °С в течение 0,5-0,7 мни, при этом глубина травления получается в пределах 15-20 мкм.

На некоторых предприятиях применяют более агрессивный раствор в виде смеси серной и плавиковой кислот, взятых в отношении 5:1. Серная кислота растворяет эпоксидную смолу, а плавиковая-стекло с образованием газообразных продуктов по реакции

Si02 -f 4HF - SiF4 -f 2Н2О.

3. Двукратная промывка в проточной воде с интенсивным покачиванием плат.


Рнс. 5. Ступенчатый рельеф отверстия в МПП: / - контактная площадка в слое МПП;

2 - изоляционная прокладка; 3 - ме-тал.1нческнн слой

4. Сушка теплым воздухом.

5. Гидроабразивная обдувка вторичная.

6. Промывка в проточной воде.

7. Промывка с наложением ультразвуковых колебаний. Применяя базовую технологию производства МПП,. можно

получить гибко-жесткую конструкцию плат. В этом случае гибкий общий для двух плат слой изготавливается методом травления фольгироваиного полиимида (приложение 4).

Сборка пакета и прессование всех элементов конструкции производятся одновременно.

С помощью металлизированных отверстий достигаются межс-лойные соединения в том числе и соединения с проводниками гибкого слоя.

5. Аддитивный способ изготовления плат

Этот способ предусматривает получение проводящего рисунка из меди толщиной 25-30 мкм, осажденной химическим способом (толстослойное химическое меднение). При этом слой меди должен иметь плотность 8800-8900 кг/м чистоту 99,8-99,9 %, электрическое сопротивление не более 0,0188 Ом-мм и эластичность, характеризующуюся величиной относительного удлинения 8=4-f-6% Прочность сцепления меди с диэлектриком должна соответствовать ОТУ и составлять не менее 0,4 Н/3 мм.

Основные преимущества аддитивного метода следующие: уменьшение количества операций и соответственно производственных площадей и оборудования; равномерность слоя осажденной меди при соотношении толщины платы к диаметру отверстий 10 : 1; высокая плотность монтажа, допускающая возможность создания зазоров между проводниками и ширину их до 0,1 мм; снижение расхода материалов вследствие отсутствия травления; возможность использования для химической металлизации солей меди из травильных отходов; возможность полного исправления дефектных плат после стравливания меди и повторной металлизации.

Технологические процессы изготовления печатных плат определяются типом исходного материала и могут быть представлены в трех вариантах:

1) из диэлектрика с введением в его состав катализатором процесса химического меднения; 2) иа материале СТЭФ-1 с покрытием каталитической эмалью; 3) из диэлектрика для полуаддитивнон технологии.

1. Исходным материалом для плат служит диэлектрик марки СТАМ по ТУ ОЯЩ.503.041-78. Основными операциями технологического проце/са являются резка заготовок; сверление отверстий; получение защитного рельефа; подготовка поверхности; химическое меднение, предварительное и толстослойное.

Операции механической обработки выполняются в соответствии с рекомендациями, данными в гл. 2.

. Получение защитного рельефа осуществляется с помощью сухого пленочного фоторезиста СПФ-2.

С целью повышения устойчивости рисунка к длительной обработке в щелочных растворах химического меднения плата подвергается термообработке в воздушной среде при температуре 95+5 °С в течение 30 мни. Подготовка поверхности заключается в травлении



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


0.0488