Главная Автоматизация производственных процессов



новится анодом по отношению к соседним платам, имеющим хороший контакт с катодной штангой. Для обеспечения хорошего жесткого контакта всех плат с подвесочными приспособлениями необходимо, чтобы платы присоединялись с помощью резьбового соединения или пружинящего контакта.

Длина подвесочного приспособления должна выбираться таким образом, чтобы самая нижняя плата была иа уровне и даже несколько выше нижней кромки анодов, в противном случае происходит значительная концентрация тоЛа на нижних платах и в результате образуется «подгорелый» слой меди.

При загрузке ванн платами их следует компоновать таким образом, чтобы стороны, обращенные к каждой анодной штанге, имели бы приблизительно одинаковую поверхность, подлежащую меднению. Это обеспечивает получение более равномерных по толщине покрытий иа обеих сторонах платы.

17. Защитное покрытие сллавом олово-свинец (ПОС-60)

Защитные покрытия проводящего рисунка на платах должны выполнять в основном две функции: защиту проводников при вытравливании меди, т. е. роль металлорезиста, и пайку выводов радиоэлементов [6, 9].

В качестве металлорезиста могут быть использованы различные сплавы олова, серебро, золото, однако при пайке на волне расплавленного припоя хорошую растекаемость припоя с применением канифольных флюсов обеспечивает только сплав олово-свинец, соответствующий эвтектическому сплаву ПОС-60.

Другие сплавы олова и чистое олово для покрытия печатных плат непригодны не только из-за быстрой потери способности к пайке на волне припоя, но и вследствие склонности покрытий к иглообра-зованию после длительного хранения и практической невозможности их оплавления.

Особую ненадежность плат при длительном хранении и монтаж-но-сборочных операциях создает введенное в практику некоторых предприятий покрытие олово-кобальт и олово-внсмут с содержанием легирующих присадок в количестве 0,005-0,05 %. В условиях серийного производства эти присадки исчезают из покрытия и на проводниках получается по существу покрытие из чистого олова, которое, как хорошо известно, быстро теряет способность к пайке, подвержено разрушению при низких температурах и росту очень прочных, пронизывающих любые материалы игольчатых кристаллов («вискеры», «усы»). Даже при наличии указанных присадок на отдельных предприятиях, применивших покрытия олово-кобальт и олово-висмут, имели место случаи иглообразования, а плохая способность к пайке вынудила предприятие применить дополнительное лужение сплавом Розе, что ведет к чрезвычайно нерациональному расходу олова и других ценных металлов (висмут). Серебро, применявшееся для этой же цели на отдельных предприятиях, в настоящее время исключено из производственной практики как драгоценный металл и как металл, способный к миграции в диэлектрик, что приводит к снижению электроизоляционных свойств печатных плат.

Олово легко образует электролитические сплавы со свинцом, в которых соотношение олова и свинца зависит от состава электролита и режимов электроосаждения.

Концентрация солей олова и свинца в электролите определяет и соотношение металлов в осадке, однако при одном и том же составе электролита имеет место значительный разброс в составе сплава в зависимости от содержания поверхностно-активных веществ. Так, например, при снижении содержания олова в сплаве в электролит добавляют столярный клей, вследствие чего возрастает содержание олова. Это явление обусловлено тем, что некоторые поверхностно-активные вещества, увеличивая катодную поляризацию более электроположительного металла, т. е. свинца, снижают скорость его осаждения по сравнению с осаждением олова, в результате чего увеличивается содержание олова в сплаве.Это имеет большое значение при нанесении покрытия на печатные платы, так как условия осаждения сплава олово-свинец в отверстии и на проводнике значительно отличаются. Вследствие большого различия в плотности тока сплав олово-свинец на проводнике более богат оловом, чем сплав в отверстии. В результате этого смачиваемость припоем стенок отверстий и контактных площадок различна, что отрицательно влияет на качество пайки, осуществляемой иа волне припоя. С целью обеспечения хорошей растекаемости припоя следует применять также электролиты, которые позволяют получать одинаковый по составу сплав в большом диапазоне рабочей плотности тока. Стабильный по всей плате состав сплава необходим также и для того, чтобы обеспечить качественное выполнение операции оплавления.

В производстве печатных плат получили распространение фторборатиые электролиты, обеспечивающие осаждение сплава, содержащего 60 % олова. Состав приведен в табл. 17.

Таблица !7. Электролиты для получения олово-свинцового покрытия

Компоненты и режим работы

Номер раствора

Фторборат олова (в пересчете на металл)

Фторборат свинца (в пересчете на металл)

Борфторнстоводородная кислота (свободная)

Борная кислота

Пептон или мездровый клей

Гидрохинон

Температура, °С

Катодная плотность тока, А/т

50-60 25-40 40-75 25-30

3-5 1,0 18-25

14-18 7-9 250-280 20-30 4-6 0,8-1,0 18-25 1-2

Скорость осаждения сплава при плотности тока 2 А/дм - 1 мкм/мии.

Электролит 1 (ГОСТ 23770-79) широко применяется в гальванотехнике для покрытия металлических деталей. Неоднородность состава сплава иа отдельных участках печатных плат колеблется в пределах 40-60 % по олову, поэтому сплав плохо оплавляется и при моитажио-сборочных операциях возникает необходимость горячего облуживаиия плат припоем ПОС-60.

Электролит 2 рекомендован отраслевой иормативио-техиической документацией для покрытия печатных плат. Значительное увеличение содержания борфтористоводородиой кислоты по отношению к солям олова и свинца обеспечивает достаточно однородный состав сплава



при различных плотностях тока в пределах 0,5-2,0 А/дм. Однако повышенное содержание HBF4 обусловливает более агрессивное воздействие электролита на фоторезисты, а фоторезист на основе поливинилового спирта слабо устойчив в нем, что приводит к так называемым пробоям в процессе ианесения гальванического покрытия. Корректирование электролита по основным компонентам производится но да1Шым химического анализа не реже двух раз в месяц; корректирование электролита по добавочным компонентам (пептон, клен и др.) - на основе данных табл. 17, определяющей причины тех илн иных неполадок, связанных с присутствием ПАВ.

По мере накопления органических примесей производится периодическая очистка электролита от них посредством обработки активированным углем с последующей фильтрацией. В результате подобной обработки теряются органические добавки, введенные в электролит при его приготовлении, поэтому необходимо эти добавки вводить в полном объеме в соответствии с заданным составом (табл. 18).

С целью замены дорогостоящей борфтористоводородной кислоты иа более дешевый материал на ряде предприятий применяют кремие-фторидные электролиты, полученные на основе кремнефтористо-

Таблица 18. Осиовные неполадки при покрытии сплавом олово-свинец

Характер неполадок

У.чудшеиие способности к панке

Шероховатость покрытия («набросы»)

Осажде1ие «подгорелых» покрытий, склонность к дсндрнтообразованию

Плохая рассепвающая способность

Недостаточное количество олова в сплаве

Полосчатость покрытия

Возможные причины

Изменение состава сплава; накопление в электролите меди более 0,05 г/л Накопление механических примесей

Пониженное содержание HBF*; недостаток клея или другого ПАВ

Недостаток свободной HBF4, недостаток выравнивающих добавок

Пониженное содержание олова в электролите, недостаток клея или другого аналогичного ПАВ, избыточное количестио свинца в электролите, интенсивное перемешивание, пониженная катодная плотность тока

Накопление органических примесей вследствие выщелачивания фоторезистов илн попадания масел с механизмов, обслуживающих ванны

водородной кислоты HjSiPe, являющейся отходом ироизводства фосфорнокислых удобрений и поэтому более дешевой и доступной.

Состав электролита (г/л)

Кремнефторнд свинца........... 17-25

Кремнефторид слова............ 50-80

Кремнефтористая кислота (свободная)..... 40-60

а-нафтол ............... 0,2

Тиомочевнна.............. 12-13

Желатина............... 2

Температура электролита - 18-25 °С, катодная плотность тока для получения сплава, содержащего 60 % олова, должна составлять 1,3-1,5 А/дм. При отклонениях плотности тока от этих зиаче-ний состав сплава изменяется в соответствии с законами электрохимии.

Для электроосаждеиия сплава олово-свинец с содержанием олова 60±5 % институтом неорганической химии АН Латв. ССР разработан электролит следующего состава (г/л) [6]:

Олово (в пересчете на металл)........35-40

Свинец (в пересчете на металл).......20-25

Пирофосфат калия, свободный........130-250

Солянокислый гидразин..........8-12

Добавка ДДДМ............. 1,0

Гидролнзованный клей.......... 1,5

Величина рН 8,3-8,9. температура электролита 18-28 °С, катодная плотность тока 2-4 А/дм.

Солянокислый гидразин стабилизирует содержание Sn, предотвращая его окисление до четырехвалентного состояния.

Добавка ДДДЛ1 представляет собой соединение: 4.4 диамино 3,3 диметоксндифенилметаи н в сочетании с клеем обуславливает постоянство содержания олова в сплаве в рабочем интервале плотностей тока.

Основным преимуществом пирофосфатного электролита является его меньшая агрессивность по отношению к -фоторезисту, чем у фторборатного электролита, поэтому в нем меньше накапливается продуктов разложения, которые включаясь в покрытие, ухудшают его качество.

Для обеспечения постоянства состава сплава, а также стабильности его физико-химических свойств необходимо руководствоваться следующими рекомендациями.

1. Перемешивание электролита осуществляют медленным покачиванием плат в процессе электролиза (период качания 1-2 с) Более нитеисивное покачивание вызывает снижение катодной поляризации свинца и его увеличение в составе сплава.

2. Во избежание заноса в электролит сульфат-иона перед нанесением покрытия операцию активирования проводят в 10 %-ном растворе борфтористоводородиой кислоты и без промывки переносят платы в ванну для покрытия сплавом.

3. Аноды нз сплава олово-свинец с 60 %-ным содержанием олова и 40 %-ныМ - свинца применяют в виде металла, поставляемого по ТУ 48-13-20-77.

В том случае, если они готовятся на месте сплавлением свинца и олова, следует следить за тем, чтобы в этих металлах примеси меди, висмута, сурьмы, мышьяка н железа ие превышали 0,003 % от каждого вида примесей.

4. С целью исключения возможности накопления меди в электролите необходимо не допускать падения плат на дно ванны и не поднимать уровень электролита в ванне выше крючков, иа которых висят аноды.

Удаление сплава олово-свинец с разъемов печатных плат производят химическим растворением покрытия в одном из следующих



растворов: раствор 1-борфторнстоводородная кислота (330 мл), пергидроль (70 мл), вода (до 1 л). Температура раствора 18-25 °С. Продолжительность обработки 3-5 мин; раствор 2 - азотная кислота (400-500 мл/л), фторборатная медь (5-10 г/л), препарат ОС-20 (2-5 г/л). Температура раствора 18-25 °С, скорость растворения 3-4 мкм/мин.

18. Покрытия разъемов печатных плат

Разъемы печатных плат, или конечные контакты, служат для электрического соединения блоков на печатных платах между собой с помощью соединительных колодок.

Для обеспечения хорошего электрического соединения между пружинками колодки и проводниковыми полосками разъема необходимо покрытие, обладающее малым переходным сопротивлением, хорошей износоустойчивостью и отсутствием каких-либо пленок, ухудшающих контактные свойства.

Золото. Всем требованиям, предъявляемым к контактным покрытиям, в наибольшей степени удовлетворяет покрытие из сплава золото-никель или золото-кобальт с содержанием легирующего элемента до 0,6 % (твердое золото) [2]. Толщина слоя золота - 2,5 мкм. Другие металлы, как показано ниже, уступают этому покрытию по различным причинам.

Палладий. Обладает хорошей износостойкостью и более низкой стоимостью, однако на его поверхности вследствие каталитических свойств палладия со временем образуются полимерные пленки из органических продуктов, находящихся в воздухе. Из-за образования пленок нарушается контакт. Для покрытия разъемов палладий можно применять в условиях хорошо вентилируемой аппаратуры. Толщина слоя палладия 2,5-6 мкм.

Родий. Имеет наибольшую износоустойчивость и твердость, но естественные окисные пленки и склонность к образованию полимерных пленок ухудшают его контактные свойства. Родий является самым дорогим из группы драгоценных металлов и с учетом всех его свойств рекомендуется для покрытия контактов переключателей и кодовых дисков, рассчитанных на миллионы переключений при высоких контактных давлениях. Толщина слоя родия определяется требованиями к условиям контактирования.

Серебро. Это наиболее дешевый из металлов, применяемых для контактов, обладает самой высокой электропроводностью, однако быстро темнеет в результате воздействия серосодержащих продуктов, обладает плохой износостойкостью и легко корродирует. Серебряное покрытие рекомендуется длля малоответственных систем, когда контактная пара эксплуатируется в легких условиях при отсутствии сернистых соединений в воздухе. Толщина слоя серебра 6-15 мкм.

Никель. Применяется в качестве подслоя перед золочением с целью повышения износоустойчивости слоя золота за счет повышения твердости подложки. Подслой никеля улучшает также коррозионную устойчивость покрытия, исключая возможность окисления меди через поры золотого покрытия. Кроме того, подслой никеля препятствует диффузии меди в золотое покрытие и обеспечивает этим постоянство величины переходного сопротивления в процессе длительной эксплуатации и хранения золоченых контактов. Толщина никелевого подслоя €-9 мкм.

Состав (г/л) и режим работы электролита золочения следующие:

Дицианаурат калия (в пересчете иа золото) . . 8-10

Лимонная кислота .1........ 30-40

Лимоннокислый калий трехзамещеннын . . 30-40

Сернокислый никель или кобальт..... 1-2

Температура, °С.......... . . 35-45

Катодная плотность тока, А/дм...... 0,4-0,7

Выход по току, %......... 95-98

Аноды изготовлены из платинированного титана. Электролит периодически продувается азотом для вытеснения растворенного кислорода, который восстанавливаясь на катоде, снижает выход по току.

Скорость осаждения золота 1 мкм за 7 мин. В течение первых 5-10 с работы рекомендуется плотность тока 1-1,5 А/дм.

Состав и режим работы электролитов серебрения представлены ниже.

Электролит 1 Электролит 2

Азотнокислое серебро (в пересчете на металл) . ... 4050 -

Дицианаргентат калия (в пересчете на металл) .... - 40-50 Железосинеродистый калий 100-130 - Роданистый калий 120-150 200-250 Углекислый калий 50-60 20-30 Температура, °С 18-25 18-25 Катодная плотность тока,

А/лм..... . 0,5-1,0 0,5-1.0

рН . . . 10 9,5-10

Электролит 1 и 2 идентичны по составу и отличаются способами приготовления. В электролите 1 дицианаргентат (в малых количествах) образуется при реакции взаимодействия солей серебра с железистосинеродистым калием. В электролите 2 дицианаргентат применяется в виде готового продукта, поставляемого по ТУ 609-451-70.

Состав (г/л) и режим работы электролита палладироваиия следующие:

Хлористый палладий...........18-25

Хлористый аммоний...........15-20

Аммиак водный, 25 %-ный, мл/л.......2-5

Малеиновый ангидрид...........

Температура, °С.............18-25

Катодная плотность тока, А/дм.......0,8-1,0

рН .................8,5-9,5

Скорость осаждения равна 1 мкм за 4 мни при k-l А/дм Аноды нерастворимые: платинированный титан, палладий. Последний частично растворяется и расход палладиевых анодов (до 10%) необходимо учитывать в нормативах иа соль палладия.

Химические покрытия. Химические (бестоковые) покрытия применяют в тех случаях, когда на проводящий рисунок очень трудно наносить гальванические покрытия вследствие того, что проводники разрознены и не замкнуты в одну электрическую цепь.



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


0.0194