Печатные платы. Лекции.. 4 Конструирование элементов 1 и 2 уровня иерархии
 Скачать 0.81 Mb.
|
4.4. Химические и гальванические процессы изготовления печатных платОсновное назначение химических и гальванических процессов заключается в металлизации монтажных отверстий и защите рисунка печатной платы при травлении. Типовой технологический процесс химической и гальванической металлизации печатных плат (ГОСТ 23770—79) состоит из этапов подготовки поверхности, сенсибилизации, активации, химического и гальванического меднений, гальванического осаждения сплава SnPb. Подготовка поверхности монтажных отверстий печатных плат заключается в гидроабразивной обработке, подтравливании диэлектрика в отверстиях серной кислотой и фтористым водородом, промывки в проточной воде. Сенсибилизация (повышение чувствительности к меди) осуществляется в растворе двухлористого олова, соляной кислоты и металлического олова в течение 5...7 мин с последующей промывкой в дистиллированной воде. В результате сенсибилизации на поверхности стенок отверстий адсорбируется пленка ионов двухлористого олова, являющаяся восстановителем для палладия.  Рис. 4.4. Схема гальванического меднения печатных плат Активация проводится в водном растворе двухлористого палладия и аммиака в течение 5...7 мин. Металлический палладий служит центром кристаллизации при химическом меднении. Для сокращения технологического цикла и улучшения качества металлизации используют совмещенный активирующий раствор, в состав которого входят соли палладия и олова. Химическое меднение состоит в восстановлении меди на активированных поверхностях из раствора, в который входят соли меди, никеля, формалина, соды и др. Время осаждения слоя меди толщиной 0,25 ...0,5 мкм составляет 15... 20 мин. Для облегчения удаления водорода, выделяющегося в процессе меднения, и для лучшего смачивания отверстий раствором процесс ведется с плавным покачиванием плат или с наложением ультразвукового поля. Осадки меди в этом случае имеют более плотную структуру, что объясняется лучшими условиями для удаления водорода, закрывающего поверхность диэлектрика. Гальваническую металлизацию применяют для увеличения тонкого слоя меди, полученного при химической металлизации до толщины 5...8 мкм, и последующего образования проводящего рисунка схемы с толщиной меди в отверстиях 25 мкм. Гальваническое меднение требует замкнутого контура проводящих покрытий, которое осуществляется технологическими проводниками, прошивкой отверстий медной проволокой и применением специальных рамок. Медь наращивают в сернокислом,, борфтористо-водородном и других электролитах. При продолжительном воздействии электролита на изоляционное основание возможно ухудшение его диэлектрических свойств. Нанесение гальванических покрытий осуществляют в ваннах (рис. 4.14). Плату 4 зажимают в металлической рамке и подвешивают на шине 1, установленной в ванне 2 с электролитом. Шину подключают к отрицательному источнику тока, а электроды 3, изготовленные из электролитической меди, — к положительному источнику тока. На плате, которая является катодом, осаждается медь. Для получения хорошего покрытия на стенках отверстий предусматривается перемещение рамки, что обеспечивает постоянное обновление электролита в отверстиях. Важным технологическим параметром является рассеивающая способность процесса, от которой зависит отношение толщины покрытия в отверстии к толщине покрытия на поверхности платы. Так как это отношение не может быть больше единицы, то необходимо наносить более толстый слой на поверхность платы, чтобы получить слой заданной толщины в отверстии. Гальваническое осаждение сплава «олово — свинец» толщиной 4...20 мкм производится с целью предохранения проводящего рисунка при травлении плат и обеспечения хорошей паяемости. Возможно применение специальных покрытий (палладий, золото и др.) толщиной 4...5 мкм. Осаждение гальванических сплавов более сложно, что вызвано необходимостью поддержания определенного состава покрытия. Адгезия гальванического покрытия зависит от качества подготовки поверхности для металлизации и соблюдения режимов процесса. Травление является химическим процессом, при котором участки медной фольги, не защищенные резистом, удаляются с поверхности диэлектрического основания, а участки, покрытые резистом, сохраняются и формируют рисунок печатной платы. В качестве резиста используются фоторезист, трафаретная краска или устойчивый к воздействию травителей гальванически нанесенный слой оловянно-свинцового сплава (припоя) или благородных металлов. Процесс травления включает в себя предварительную очистку, собственно травление металла, очистку после травления и удаления фоторезиста. Травление печатных плат с рисунками, защищенными сплавами на основе олова-свинца или .благородных металлов, производится в растворах на основе хлорной меди (ГОСТ 23727— 79). Такие растворы имеют низкую стоимость, просты в приготовлении и легко удаляются с платы после травления. Если рисунок платы защищен печатными красками, то травление производится в железомедном хлоридном растворе. Травление набрызгиванием производится в ваннах (рис. 4.15, а). Плата 2 закрепляется в обойме и устанавливается в ванне 6 на небольшом расстоянии от поверхности травильного раствора 5. Сетка 3 защищает ротор 4 от случайного попадания деталей. Травильный раствор 5 набрызгивается на плату вращающимися лопастями ротора, установленного на дне ванны. По ходу процесса • концентрация раствора изменяется и содержание ванны необходимо своевременно корректировать. Травление набрызгиванием обеспечивает равномерное удаление фольги и малое ее подтравливание. Однако этим методом можно обрабатывать одновременно небольшое количество плат при невысокой скорости травления. Струйное травление обеспечивает высокую производительность. Травитель под высоким давлением через систему сопл распыляется на поверхность платы (рис. 4.15, б). С поверхностью платы постоянно соприкасается свежий раствор, поступающий из сопла, что обеспечивает высокую скорость травления. Этот метод является универсальным и обеспечивает травление с высокой разрешающей способностью. Время травления сокращается при повышении температуры раствора (до 40°С), увеличении силы удара струи травильного раствора о поверхность платы и количества воздуха, подаваемого в раствор. В зависимости от перечисленных факторов время травления фольги толщиной 35 мкм может составлять 4... 12 мин.  Рис. 4.15. Травление фольги: а — набрызгиванием; б — распылением; в — проводники после травления (1 — фоторезист, 2 — фольга) Травящий раствор действует со всех сторон и вызывает нежелательные боковые подтравливания (рис. 4.15, в), которые оцениваются коэффициентом травления K—v/A, где v — толщина фольги; А — боковое подтравливание. Для уменьшения подтравливания следует применять тонкую (18 мкм) или сверхтонкую (5 Мкм) фольгу. Защитный слой трафаретной краски или фоторезиста снимают в щелочных растворах. Для снятия некоторых красок используется дополнительное механическое воздействие вращающихся щеток. После травления необходима тщательная промывка в горячей проточной воде для удаления травителя. |