Краткий справочник гальванотехника - 1993 - Ильин. Справочник гальванотехника санктПетербург " политехника"

• Название: Справочник гальванотехника санктПетербург " политехника"
• Дата: 17.07.2022
• Размер: 3.02 Mb.
• Имя файла: Краткий справочник гальванотехника - 1993 - Ильин.doc
• Тип: Справочник; #632290
• страница: 30 из 41

31. Химическое и гальваническое меднения

Общие сведения. Получение металлического проводящего ри­сунка как в отверстиях, так и на поверхности диэлектрических материалов осуществляется обычно в две стадии. Вначале ди­электрик металлизируется химическим (бестоковым способом), а затем на полученный тонкий слой металла гальваническим спо­собом осаждается медь до необходимой толщины металлического слоя. В аддитивных методах изготовления печатных плат прово­дящий рисунок получают за одну операцию химической металли­зации, осаждая достаточно толстый слой металла, не прибегая к гальваническим процессам.

Способом химической металлизации можно осаждать различ­ные металлы: серебро, медь, никель, кобальт и др. Однако наи-

более экономичным является процесс химического меднения, который обеспечивает также хорошее сцепление металла с ди­электриком и необходимую электропроводность. Основные законо­мерности процесса химического меднения и условия осаждения меди приведены в гл. 9.

Ниже представлены технологические особенности химической металлизации, связанные со спецификой изготовления печатных плат и в частности, с подготовкой поверхности заготовок печатных плат по субтрактивной и полуаддитивной технологии. В первом случае заготовкой служит панель из фольгироваиного медью стеклотекстолита с просверленными отверстиями, во втором случае — панель из нефольгированного материала с адгезионным слоем из циклокаучуковой композиции.

Химическое меднение. Механическая зачистка производится с целью удаления различных дефектов поверхности: заусенцев около отверстий, мелких царапин, оксидных пленок. Эта опера­ция осуществляется в установках конвейерного типа: обработка поверхности производится вращающимися дисками из объемно-шлифовального полотна типа «Акрол». Механическая зачистка часто комбинируется с химической обработкой, в этом случае к технологическому модулю механической зачистки присоеди­няется модуль струйной химической обработки 5%-ным раствором соляной кислоты, струйной промывкой и сушкой воздухом. Подобные линии выпускаются рядом отечественных предприя­тий; весьма популярны линии зарубежных фирм «Реско», «Билка», «Ганс Хольмюллер» и др.

Если операция химической зачистки выполнялась отдельно и заготовки плат хранились на воздухе некоторое время; то не­обходимо выполнить химическое обезжиривание, которое осу­ществляется в растворе состава, г/л: тринатрийфосфат— 30—35; сода кальцинированная — 50—55; препарат ОС-20 — 3—5. В том случае, когда раствор используется в установках струйной обра­ботки, в него вводятся пеногаснтели, например, эмульсия КЭ-10-21 (1—2 г/л). Температура раствора 40—60 °С. Продолжительность обработки 2—5 мин.

Обработка в растворах, содержащих антистатические добавки, производится с целью удаления остатков статического электри­чества, образовавшегося на диэлектрике в результате сверления. Наличие электростатических зарядов затрудняет смывку мель­чайших пылинок, прочно приливающих к стенкам отверстий, что обусловливает различные дефекты химического меднения. Антистатическая обработка производится в растворе, содержа­щем продукт «Стеарокс 6—7—9» (ТУ 6-15-584—78) в количестве 1—2 г/л при температуре 40—60 °С в течение 1—2 мин.

Для удаления оксидных пленок с поверхности медной фольги, а также для создания микрошероховатой поверхности, обеспе­чивающей необходимую прочность сцепления слоев меди, оса­ждаемых при химических и электролитических операциях, про-

изводят подтравливание в растворах: надсернокислого калия (200 г/л) и серной кислоты (5—7 г/л) при температуре 20—30 °С в течение 2—3 мин; перекиси водорода (37%-ной) (80—100 мл/л) и серной кислоты марки Ха плотностью 1,84 г/см³ (50—100 мл/л) при температуре 25—30 °С в течение 2 мин. Последний раствор обеспечивает лучшее сцепление осаждаемой меди с фольгой.

Далее после промывки (струйной) следует погружение заго­товки на 20—30 с в раствор НС1 и перенос в ванну для активи­рования.

Активирование производится в растворе состава (г/л): палла­дий хлористый — 0,2—0,5; олово двухлористое—10—15; ки­слота соляная — 20—25; натрий сернокислый — 65—70; натрий хлористый — 90—200. Для обеспечения необходимой концен­трации хлоридов иногда NaCl заменяют на НС1. Продолжитель­ность обработки 7—10 мин при температуре 18—30 °С. Приго­товление и корректирование раствора осуществляется по мето­дике, приведенной в п. 27.

При образовании осадка или ослаблении активирующего дей­ствия необходимо корректировать раствор и прогреть его при 70—80 °С в течение 20—30 мин.

После промывки в сборнике и в проточной воде следует опе­рация в «ускорителе», которую производят в растворе соляной кислоты (50—70 г/л) при температуре 18—30 °С в течение 2—3 мин, затем операция промывки и загрузки в ванну химического мед­нения.

Составы раствора ванны химического меднения для меднения печатных плат используются те же, что и при металлизации диэлектриков; рекомендуются растворы № 1 и 3 по табл. 135. В настоящее время значительное применение получили растворы, в которых калий—натрий виннокислый заменен на калий—нат­рий винограднокислый (ТУ 6-09-4149—84), являющийся синтетиче­ским продуктом и представляющий собой изомер KNaC₄C₄O₆. Состав раствора химического меднения на основе калия—натрия винограднокислого рекомендуется следующий г/л: медь серно­кислая — 15—25; калий—натрий винограднокислый — 60—80; натрия гидрат окиси — 20—30; формалин — 3—5; натрия диэтилэитнокарбомата — 0,04—0,05. Величина рН 13,1—13,3, плот­ность загрузки 2—3 дм²/л. Режимы осаждения меди не меняются. Способы приготовления растворов, их корректирование изло­жены в гл. 10 настоящего справочника.

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 корро­зионно-стойкой стали или полимерных материалов (полипроли-

лена, фторопласта). В процессе меднения и при выполнении предварительных операций необходимо осуществить возвратно-поступательное движение кассет для того, чтобы растворы цир­кулировали через отверстия в платах. Возможно и горизонталь­ное размещение плат, если они крупногабаритны.

2. 
   После каждого цикла операции меднения кассеты следует обрабатывать в одном из травильных растворов для удаления частиц меди, которые могут осесть на их поверхности в ванне хи­мического меднения.
   

2. 
   Раствор ванны химического меднения должен непрерывно фильтроваться для удаления механических загрязнений и частиц меди, образующихся в результате восстановления меди на взве­шенных в растворе механических примесях. Ванну необходимо
   устанавливать в местах, где нет пыли.
   

2. 
   После активации плат в совмещенном растворе и промывки в двух сборниках следует обработка в растворе НС1 (20-—21 г/л), промывка и загрузка в ванну химического меднения.
   
3. 
   Следует корректировать раствор добавлением химикатов тогда, когда в ванне нет плат.
   
4. 
   Необходимо следить за тем, чтобы в зимнее время ванны не охлаждались из-за стоящей рядом (а иногда и вплотную) ванны холодной промывки.
   
5. 
   Перед загрузкой плат в ванну необходимо, чтобы промыв­ная вода полностью стекла с плат, так как в воде часто содержатся органические и неорганические примеси.
   

Гальваническое меднение. Меднение является основным гальваническим процессом в производстве печатных плат; гальваническим меднением получают слой меди в монтажных и переходных отверстиях, а также проводящий рисунок в полуаддитивной технологии. К слою меди предъявляют следующие требования большая равномерность распределения толщины слоя в отвер­стиях и на контактных площадках; эластичность меди; высокая
электропроводимость. Электролиты, используемые для получе­ния меди, должны обеспечивать высокую скорость осаждения, быть стабильными в работе, нетоксичными и по возможности не
содержать дорогостоящих компонентов.

Наиболее перспективны в производстве печатных плат пирофосфатные и сульфатные электролиты. Пирофосфатные электро­литы имеют следующие преимущества: высокую рассеивающую способность, обеспечивающую получение слоя меди в отвер­стиях 80—90% от толщины слоя меди на проводниках при отно­шении толщины платы к диаметру отверстий от 2 : 1 до 5 : 1.

Современные сульфатные электролиты характеризуются также высокой рассеивающей способностью, более удобны в эксплуата­ции и не содержат дорогостоящих продуктов. В табл. 146 приве­дены составы электролитов.

Для приготовления сульфатных электролитов рекомендуется использовать обессоленную воду. Добавки ЛТИ или БЭСМ и
Таблица 146. Составы сульфатных электролитов меднения и режим электролиза

Компоненты и режим	Концентрация, г/л
	1	2
Компоненты: Медь сернокислая кристаллогидрат Кислота серная (х. ч.) Спирт этиловый Натрий хлористый Блескообразующая добавка ЛТИ или БЭСМ, мл/л Добавка ОС-20 Режим: Температура, °С Катодная плотность тока, А/дм2	220–230 50–60 10 – – – 18–25 1–2	60–100 100–200 – 0,03–0,06 3–4 4–5 18–25 2–4

раствор препарата ОС-20 вводят в виде заранее приготовленных растворов: ЛТИ или БЭСМ — 50 г/л, препарат ОС-20 — 100 г/л. При использовании добавки ЛТИ NaCl в приготавливаемый электролит не вводят, так как добавка ЛТИ содержит в своем составе до 3,5% NaCl. Корректирование по содержанию всех добавок производят по количеству ампер-часов. Через каждые 5 А∙ч/л добавлять 0,7 г/л препарата ОС-20 и 0,3 мл/л раствора добавки ЛТИ или БЭСМ.

Периодически электролит ванны меднения необходимо обра­батывать активированным углем (10 г/л) для очистки от органи­ческих примесей, накапливающихся вследствие частичного вмы-вания фоторезистов. Обычно это производят после того, как эластичность меди снижается до 2—4%.

Электролит № 1 рекомендован ГОСТ 23770—79 для плат, у которых отношение толщины платы к диаметру отверстия 2,5 и менее. Электролит № 2 характеризуется лучшей рассеивающей способностью и более производителен. Блескообразующая добавка вводится в виде ее раствора в воде с концентрацией 50 г/л.

Перемешивание электролита барботированием сжатым воз­духом или механическими мешалками не дает должного эффекта, так как в зону отверстий диаметрами 0,6 и 0,8 мм не обеспечи­вается подача свежего электролита и в результате этого осажде­ние меди на стенках отверстий происходит из истощенного элек­тролита.

Лучшие результаты достигаются в том случае, когда платы, жестко закрепленные на катодной штанге, совершают в электро­лите возвратно-поступательное движение, что обеспечивает хоро­ший обмен электролита в отверстиях.

Хороший контакт платы с подвеской и подвески с катодной штангой необходим для того, чтобы на всех платах осаждалось

равное количество меди. При отсутствии контакта может про­изойти полное или частичное растворение меди, осевшей в на­чальный период электролиза. Это явление, обусловленное бипо­лярным эффектом, происходит из-за того, что медненная поверх­ность платы, не будучи поляризована катодно, становится ано­дом по отношению к соседним платам, имеющим хороший контакт с катодной штангой. Для обеспечения хорошего жесткого контакта всех плат с подвесками рекомендуется присоединять платы с помощью резьбового соединения.

Длина подвески должна выбираться таким образом, чтобы самая нижняя плата была на уровне и даже несколько выше ниж­ней кромки анодов. В противном случае происходит значительная концентрация тока на нижних платах и в результате образуется «подгорелый» слой меди. Ванны следует загружать платами таким образом, чтобы стороны, обращенные к каждой анодной штанге, имели приблизительно одинаковую поверхность, подлежащую меднению. Это обеспечивает получение более равномерных по толщине покрытий на обеих сторонах платы. В качестве анодов необходимо применять меднофосфористые (АМФ).