Главная Автоматизация производственных процессов



Продолжение табл. 10

Характер неполадок

Причины неполадок

Способы устранения

Медь не осаж» дается совсем

Завышено содержание стабилизаторов

Отклонение от нормы при активировании

Дополнить ваину свежим раствором без стабилизаторов

Проверить правильность выполнения операций активирования

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 процесса металлизации следует руководствоваться нижеприведенными правилами.

1. Заготовки плат с просверленными отверстиями помещаются в вертикальном положении в кассеты, изготовленные из коррзионно-стонкой стали или нз полимерных материалов (пол и пропилеи, фторопласт).

В процессе медиеиня и при выполнении предварительных операций необходимо осуществлять возвратно-поступательное движение кассет для того, чтобы растворы циркулировали через отверстия в платах.

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

3. Раствор ванны химического меднения должен непрерывно фильтроваться для удаления механических загряэиепий и частиц меди, образующихся в результате восстановления меди иа 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 NaOH, промывка н загрузка в ваниу химического меднения. В том случае, если производится электрополироваиие, обработка в щелочном растворе ие производится.

5. Если для активирования используется аммиачно-трилонатный раствор, то после промывок платы обрабатываются в растворе-восстановителе, содержащем 30- 50 г/л NaHjPOj вместо раствора едкого иатра, иезавнснмо от того, производится электрополирование или нет.

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

7. С целью замены в растворах химического меднения дорогой соли винной кислоты (сегиетовой соли) создан синтетический продукт - внио-градиокислыи калий-натрнй. Эта соль, хотя и имеет аналогичный состав, но отличается по структуре от сегиетовой н вследствие этого растворы химического меднения с применением вииограднокислых солей характеризуются худшей стабильностью.

По опыту ряда лредпряятий достаточно хорошей стабильностью обладает раствор следующего состава;

Сернокислая медь.............. 10-15

Вииоградиокислый калий-натрий......... 60-70

Едкий натр................. 20-25

Кальциинроваииая сода............ 20

Хлористый никель ... .......... 4

Формальдегид (37 %-ный), мл/л......... 10-15

Диэтилдитиокарбомат, мг/л . . . . ,...... 50

рП.......... . ........- 12,8

IV. ПОЛУЧЕНИЕ ЗАЩИТНОГО РЕЛЬЕФА 12. Способы создания защитного рельефа

Для всех применяемых в производстве методов изготов-теиия печатных плат необходимой операцней 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 изготовлеинн печатных плат применяют фотохимическую, трафаретную или офсетную печать 13, 7],

Процесс фотохимической печати основан на том, что под действием света, его ультрафиолетовой части спектра, некоторые виды материалов, называемые фотополимериыми материалами, полн-меризуются, 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. Фотополимериые материалы, обладающие подобными свойствами, называют фоторезистами. Фотохимическая печать применяется главным образом в условиях мелкосерийного производства, а также в тех случаях, когда требуется повышенная разрешак>щая спосоСиость (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 иа 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 иа резиновый валик, а при дальнейшем движении валика краска переносится на плату, формируя на ней рисунок, повторяющий изображение па клише. Метод обладает большой производительностью, легко автоматизируется, но защитный красочный слой, образуемый на плате, очень тонок (~ 1 мкм) и порист, а многократное нанесеине изображения ухудшает точность рисунка. Офсетный способ ие получил распространения на предприятиях.

13. Жидкие фоторезисты

Существует очень много материалов, обладающих способностью полимеризоваться под действием света, однако в практике производ-



ства печатных плат применяют фоторезисты иа основе поливинилового спирта (ПВС), фоторезисты иа 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 мии, второй - при температуре 3-45 °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. Окрасканужна 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 °С 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 приготовления" и употреблении. Однако он обладает и рядом недостатков: «темповое дубление» (задубливаиие 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 иа операции получения защитного рисунка. Оно является результатом окисления фоторезиста свободной хромовой кислотой, которая образуется вследствие гидролиза двухромовокислого аммония, входящего в состав фоторезиста. «Темновое дубление» усиливается с увеличением влажности воздуха и повышением температуры, а также при длительном (более 3 ч) хранении заготовок с нанесенным фоточуаствительным слоем. Повышенная влажность и температура окружающей среды, кроме того, ухудшают механическую прочность и адгезию фото-чувствительного слоя.

Фоторезмсты на основе диазосоедимений. Эти фоторезисты являются позитивными по способу образования рисунка, т. е. при экспонировании они разрушаются под действием света. Фоторезисты этого типа характеризуются очень высокой разрешающей способно-ностью (350-400 линий на 1 мм), отсутствием «темпового дубления» и повышенной химической стойкостью, однако оди еще очень дорогие, токсичные и применяются только в технически обоснованных случаях. Светочувствнтельвость обусловлена наличием «диазогрупп» - N = N -, которые под действием света разлагаются и образуются продукты в виде сложных органических кислот. Эти продукты в щелоч-

ной 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 ПВС.

Фоторезист «холодная эмаль» является продуктом, аналогичным фоторезисту ФПП, и приготавливается непосредственно на предприятии из отдельных компонентов, к которым относятся бензол-форм альдегидная 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 составом иа основе ПВС, в частности большей химической стойкостью, прочностью, стабильностью, и характеризуется отсутствием «темпового дубления».

Формирование защитного рельефа с помощью фоторезиста ФПП производится в той 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 необхрдимости, так как защитный рисунок создается весьма устойчивой пленкой.

Из отработанного проявителя можно утилизировать фоторезист, добавляя к проявителю 10 %-ный раствор серной киЬюты до рН 5-б (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 недостатоком 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 отверстий 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 слунаях, когда фоторезист наносится на заготовку с металлизированными отверстиями на валковых установках. Тогда он ие 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. Основные характеристики жидких фоторезистов приведены в ГОСТ 23727-70.



14. 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, н полимерные связующие. В состав фоторезиста вводятся также сенсибилизаторы, игнбиторы, адгезивы, красители и пластификаторы. Структура фоторезиста представлена на рис. 7.

Импортные сорта фоторезиста типа «Ристон» выпускаются в четырех модификациях и имеют толщину слоя 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 панесення рисунка схемы иа заготовки с отверстиями, обладают высокой стойкостью к действию травильных растворов н к электролитам гальванических ванн. Их разрешающая способность обеспечивает получение минимальной ширины проводников и зазоров 0,15 мм. Сухие пленочные фоторезисты наносятся



Рис. 7 Структура пленочного фото- Ри- 8- Схема нанесения

резиста: пленочного фоторезиста:

/ - полиэтиленовая пленка; 2 - сухой I - бобина для намотки

фоторезист; 3 - пленка лавсаиа полиэтиленовой пленки;

2 - рулон фоторезиста;

3 - отделительный валик;

4 - прижимной валик:

5 - плата

на платы посредством прокатывания их горячим валиком через защитную лавсановую пленку в установках-ламинаторах. Температура валиков 100-120 °С. Защитная полиэтиленовая пленка перед этим отделяется н наматывается иа вспомогательную бобину.

Схематически операция нанесення СПФ представлена на рис. 8. В том случае, когда СПФ наносится с целью защиты от вытравливания, используют фоторезист толщиной 20 мк.м; 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 трихлорэтнлен, которые относятся

• 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 (так называемое «неактиинчиое» освещение) для снятия внутренних напряжений в пленке. Экспонирование производят через прозрачную лавсановую пленку так же. как и для жидких фоторезистов, применяя ультрафиолетовый источник света в виде ртутно-кварцевых ламп сдиапазоном спектра 300-400 им. Продолжительность экспонирования определяется опытным путем. Перегрев платы недопустим, так как при этом происходит прилипание защитной лавсаиоаой пленки к фоторезисту. После экспонирования заготовка плат выдерживается в течение 20-30 мни 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 метилхлороформа в течение 1-2 мин.

Удаление фоторезиста по окончании операции травления или гальванического покрытия сплавом олово-свинец производят также распылением растворителя 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 струйнрй 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 н 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 и отвозятся за пределы населенных пунктов для захоронения в специально отведенных местах или сжигаются в печах с улавливанием продуктов сгорания водой во избежание загрязнения атмосферы хлоросодержа-шимн газообразными веществами (фосгеном, хлористым 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 водощелочиого проявления: ТФПК (ТУ ЫУО.037.074) и СПФ-ВЩ (ТУ 6-17-1086-80) Фоторезисты этого тина можно применять только в тех случаях, когда последующие гальванические и химические операции производятся в нейтральных илн кислых растворах. Проявление изображения производится в 2 %-ном растворе кальцинированной соды, а удаление - в 2 %-иом растворе едкого натра. В результате в растворах постепенно накапливаются продукты, входящие в состав фоторезиста. Эти продукты удаляются путем подкислеиня раствора проявителя 10 %-иым раствором серной или соляной кислот. Выпадающий осадок продуктов отфильтроаывается, подсушивается и укладывается в тару для пересылки в места уничтожения промышленных отходов. Для обработки пленочного фоторезиста типа СПФ-2 имеется необходимый комплект оборудования в том числе:



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


0.0472