Производство печатных плат

Главная → Печатные платы

Применение металлических (гальва­нических) покрытий является одним из наиболее распро­страненных методов защиты изделий от коррозии в машиностроении и приборостроении. Качество металлических покрытий во многом определяет качество изделий, их долговечность, работоспособность и надежность в эксплуа­тации.

 

Гальванические покрытия служат не только средством защиты от коррозии, но также и способом повышения износостойкости деталей, электропроводности и других важных свойств поверхности.

 

Химические процессы в производстве печатных плат.

Правильный выбор материалов, технологических процессов и элементной базы при разработке современных печатных узлов во многом определяет уровень работоспособности и надежность электронного устройства в целом при рациональных экономических затратах в производстве. Все методы изготовления плат можно расположить в следующий ряд возрастания плотности печатного монтажа:

1) односторонние печатные платы;

2) двусторонние печатные платы (ДПП) комбинированным позитивным методом и тентинг методом.

3) многослойные печатные платы методом металлизации сквозных отверстий.

 

Названные методы  признаны базовыми в отечественной и зарубежной практике производства печатных плат.                                                                                                                            

 

Тентинг метод (Tenting - устанавливать шатер) - метод, при котором отверстия для предохранения от стравливания металлизации закрываются «крышками» или «тентами», формируемыми из фоторезиста. Этот метод называется негативным, так как используются негативные фотошаблоны (белые поля в местах, где должен остаться металл). Также его называют субтрактивным (subtract - вычитать), так как формирование рисунка происходит путем вытравливания («вычитания») не входящих в рисунок участков.

 

Позитивный метод предполагает использование позитивных фотошаблонов. Его еще называют комбинированным, так как в процессе гальванической металлизации кроме меди высаживается еще один металл (в последнее время, как правило, олово), который при травлении используется как металлорезист и после травления удаляется. Иногда этот метод называют полуаддитивным, имея ввиду, что проводник формируется в процессе металлизации не полностью, а только частично. Часть его толщины формируется за счет фольги ламината.


Химико-гальванические процессы в производстве печатных плат.

Химико-гальванические процессы составляют значительную часть от всего объема процессов производства печатных плат, и от качества их выполнения в значительной степени зависит качество печатных плат (ПП).

 

В традиционной технологии изготовления печатных плат токоведущий слой меди в отверстиях создается с использованием процесса химического меднения. Известно, что для осуществления процесса химического меднения используются растворы, содержащие соли меди, комплексообразователи, формальдегид. Уже из приведенного перечня материалов видно, что процесс относится к экологически-опасным. Этот отрицательный показатель усугубляется еще тем, что растворы химического меднения нестабильны и склонны к саморазложению, что приводит к их периодическим залповым сбросам на очистные сооружения. Учитывая это, рядом зарубежных фирм были разработаны и освоены в производстве так называемые процессы "Прямой металлизации". Преимущество прямой металлизации - это способность прокрывать отверстия малого диаметра.

 

Базовые материалы.

Характеристики   печатного   монтажа   в   значительной   степени   определяются свойствами базовых материалов. Под понятием «базовые материалы» подразумеваются основания печатных плат. Перечень выпускаемых промышленностью материалов чрезвычайно широк. Практически можно найти материал под любые нужды проектирования печатных плат. Для изготовления печатных плат используют фольгированный стеклотекстолит марки FR-4:

- высококачественный;

- односторонний и двухсторонний с УФ блокировкой;

- толщина материала 0,5 0,8, 1,0, 1,5, 2,0;

- толщина фольги  18, 35 (мкм).

 

Одним из видов стеклотекстолита является стеклотекстолит марки FR-4 фирмы ILM. Отличительной характеристикой данного материала является высокое значение адгезии фольги к подложке диэлектрика под воздействием высокой температуры, высокое объемное и поверхностное электрическое сопротивление, высокая температура стеклования и стабильность геометрических размеров.


К базовым материалам относится и фоторезист. В работе используются только импортный фоторезист: Hitachi Chemical серии Н-6000 (Япония), КР - 2200 (Корея), Laminar 5000 (Великобритания), Atlas (Германия), Riston (Германия).

 

Таким образом, имеющиеся на сегодня технологии изготовления печатных плат, базовые материалы и   комплекс оборудования обеспечивает качественное изготовление ОПП и ДПП в соответствии с требованиями ГОСТ 107.4600092.028-96 «Технические требования к технологии изготовления», ГОСТ 23752-79 «Печатные   платы.   Общие   технические   условия   платы» и требованиями   к многослойным печатным платам «PERFAG 3С».

 

Комбинированный - позитивный метод.

Этот метод является наиболее распространенным и наиболее универсальным для всех типов ПП. В случае наличия смешанного производства печатных плат, т.е. при изготовлении двусторонних и многослойных печатных плат в едином технологическом  потоке,  всегда применяется субтрактивная технология для ДПП,  т.к.  она является  составной  частью  общего  технологического  цикла обработки спрессованных пакетов МПП. В то же время этот технологический процесс, постоянно развиваясь и совершенствуясь, позволяет решать сложные конструктивные задачи создания современных ДПП и МПП..

 

Преимуществом позитивного комбинированного метода по сравнению с негативным является хорошая адгезия проводника, повышенная надежность монтажных и переходных отверстий, высокие электроизоляционные свойства. Последнее объясняется тем, что при длительной обработке в химически агрессивных растворах (растворы химического меднения, электролиты и др.) диэлектрическое основание защищено фольгой.


Химико-гальванические процессы составляют значительную часть от всего объема процессов производства ПП и от качества их выполнения в значительной степени зависит качество ПП. Известно, что для осуществления процесса химического меднения используются растворы, содержащие соли меди, комплексообразователи, формальдегид. Уже из приведенного  перечня материалов видно, что процесс относится к экологически опасным. Этот отрицательный показатель усугубляется еще тем, что растворы химического меднения нестабильны и склонны к саморазложению, что приводит к их периодическим залповым сбросам на очистные сооружения.

 

Учитывая это, рядом зарубежных фирм были разработаны и освоены в производстве так называемые процессы «Прямой металлизации». Преимущество прямой металлизации - это способность прокрывать отверстия малого диаметра.


Тентинг - метод.

Промышленность производства печатных плат ставит перед собой очень жесткие экономические требования и, если есть возможность, за счет

сокращения   цикла   производства,   уменьшения   стоимости   материалов   и сохранения качества печатных плат, применяет иную технологию. В частности для ДПП такой иной технологией является "тентинг" - метод.

 

Процесс изготовления плат комбинированным позитивным методом становится короче, если для защиты рисунка от травления использовать не металлорезист, а прочный, сухой пленочный фоторезист. Главная проблема тентинг-процесса - надежно закрыть отверстия от доступа травящих растворов. Не все пленочные фоторезисты способны к этому. Но при использовании импортных фоторезистов, тентинг-метод успешно применяется для изготовления печатных плат.

 

При «стандартной» комбинированно-позитивной технологии вопрос получения печатной платы с чисто медными проводниками под маску решается путем применения временного удаляемого металлорезиста. В качестве временного травильного металлорезиста, удаляемого с меди после получения проводящего рисунка может использоваться олово.

 

Sulfotech GRS (фирмы АТОТЕСН ) - это электролит матового оловянирования на основе серной кислоты. Осадки из электролита получаются мелкозернистыми и плотными. Sulfotech GRS имеет превосходные кроющие характеристики, что делает его идеальным для покрытия глухих переходов. Sulfotech GRS не чувствителен к загрязнению фоторезистом, имеет превосходную, рассеивающую способность, и отличается простотой в обслуживании.

 

Использование данного электролита исключает содержание свинца и позволяет изготавливать печатные платы пятого класса точности. В современных конструкциях печатных плат использование паяльной маски стало настолько обязательным, что соответствующая ей последовательность процессов стала стандартной: удаление металлорезиста до обнажения меди, подготовка поверхности меди, нанесение паяльной маски, нанесение финишного покрытия под пайку на монтажные элементы, открытые в паяльной маске. Оставлять под маской металлорезисты, способные подплавляться при групповом нагреве в процессе пайки недопустимо. Это не только портит внешний вид плат, маска перестает выполнять защитные функции.

 

NPS3002 удаляет олово быстро и эффективно, оставляя чистую, яркую медную поверхность для последующих процессов, исключает образование интерметаллидов.

 

Более сокращенный вариант изготовления плат по меди тентинг-методом схематически выглядит следующим образом:

- получение заготовок и сверление отверстий;

- меднение на всю необходимую толщину;

- получение рисунка схемы;

- травление меди;

- нанесение покрытия на участки проводящего рисунка, свободные от маски.

Возможные варианты: горячее лужение HAL, иммерсионное олово, химический, никель-иммерсионное золото, ОЗП.

- финишная обработка.

 

Основные достоинства и преимущества тентинг-метода:

- наименьший    технологический     цикл,    благодаря    исключению    операций нанесения и удаления временного металлорезист.

- из-за отсутствия на плате покрытия из сплава олово/свинец или олово отпадает необходимость использования щелочных медно-хлоридных травильных растворов, содержащих аммонийные соединения. Наличие этих соединений в сточных водах затрудняет выделение из них тяжелых металлов, то есть ухудшает  экологические показатели производства.


При использовании тентинг-процесса необходимо обратить внимание на выполнение следующих требований:

1. Для изготовления плат следует использовать фольгированные диэлектрики с толщиной медной фольги не более 18 мкм;

2. Для   получения   рисунка   схемы   следует   использовать   пластичные   сухие пленочные фоторезисты толщиной не менее 50 мкм;

3. Для гальванического меднения следует использовать электролиты с высокой рассеивающей способностью.

 

Это вызвано тем, что при стандартном комбинированном позитивном методе изготовления плат формирование проводящего рисунка производится путем травления меди, толщина которой складывается из толщины медной фольги (обычно это 35 мкм) и толщины гальванической затяжки (обычно это 5-7 мкм). В этих случаях средняя толщина стравливаемой меди составляет примерно 40мкм. При оптимальном проведении процесса травления глубина бокового травления на всю ширину элементов проводящего рисунка при этом составляет до 40-45 мкм, что обеспечивает приемлемую точность получения проводников и зазоров.

 

При изготовлении плат тентинг-методом формирование проводящего рисунка производится путем травления меди, толщина которой складывается из толщины медной фольги и толщины гальванической меди, осажденной на всю необходимую толщину. Для получения в соответствии с требованиями ГОСТ 23752-79 «Платы печатные. Общие технические условия» средней толщины меди в отверстиях ДПП не менее 20мкм, на поверхность платы осаждают слой меди толщиной примерно 25мкм. Именно эта толщина суммируется с толщиной фольги   и   подвергается  травлению.   Чтобы  обеспечить  точность  получения проводников и зазоров такую же, как при стандартной технологии в качестве базового материала используют диэлектрик с уменьшенной толщиной фольги. Обычно, это диэлектрик с толщиной фольги 18 мкм.

 

Сравним последовательность выполнения операций в Комбинированном позитивном методе и Тентинг-методе.

 

Комбинированный позитивный метод

Тентинг-метод

1.   Изготовление фотошаблонов и подготовка информации

На этом этапе производится изготовление фотошаблонов, которые затем используются для формирования топологического рисунка внутренних и внешних слоев печатной платы при экспонировании. Различают позитивные и негативные фотошаблоны.

 

1. Рубка заготовок

Для изготовления ПП используется фольгированный стеклотекстолит марки FR-4 фирмы ILM. Его характеристикой является: высокое значение адгезии фольги к подложке диэлектрика под воздействием высокой температуры, высокое объемное и поверхностное электрическое сопротивление, высокая температура стеклования и стабильность геометрических размеров.

2.  Резка заготовок

 


 

3. Пробивка базовых отверстий

а) Пробивка базовых отверстий на прессе.

б) Сверление базовых отверстий на станке.

 

4. Подготовка поверхности заготовок

1. Зачистка поверхности заготовок ПП.

2. Обезжиривание и подтравливание заготовки.

Выполняется на линии химической подготовки КМ-2:  раствором,  содержащим кислоты серной 26-30 г/л и кислоты муравьиной 10-15 г/л, с t=15-25 oC, время обезжиривания определяется скоростью конвейера  (0,4-1,3  мин.)

Промывка проточной водой. Сушка.

 

 4. Химическая подготовка поверхности.

Обезжиривание и подтравливание заготовок печатных плат в Модуле 1 линии химической подготовки, осуществляется раствором персульфата аммония (10-20 г/мл), с добавлением 3-5 мл/л серной кислоты (плотность 1,83 г/см³). Промывка, сушка.

5. Предварительная электролитическая металлизация.

 

5. Химическая и гальваническая металлизация.

Изоляция 4-х базовых заклепочных отверстия (8 в случае никелирования) трубками полихлорвиниловыми ГОСТ 19034-82 согласно образцам.

 

1. Монтаж

2. Обезжиривание (Кондиционирование) в течение 10 минут при t=50-70oC,  в растворе кондиционера Conditioner Neopact UX 50-100 мл/л и буферного раствора Buffer Solution Neopact UX 50-60 мл/л.

3. Промывка сначала в горячей, а затем в холодной проточной воде.

4. Подтравливание кислым очистителем Секьюригант желтый Securigant Etch Cleaner с концентрацией 45-55 г/л при t=25-30 oC в течение 2 минут.

Промывка проточной холодной водой 4 мин.

5. Преддекапирование в растворе ортофосфорной кислоты ч., х.ч. ГОСТ 6552-80 содержанием 1,5мл/л  pH=1,8-2,3 в течение 2 мин

6. Активация (кондуктор). Обработка раствором кондуктора: базовый раствор Neopact Basic Solution 90-110 мл/л, восстановитель Reduction Solution [ до Е=(-220)-(-280)мВ ], соляная кислота ГОСТ 3118-77 [до рН 1,4-2,4]. Заготовки обрабатываются при 50-60ºС в течение 10мин.

 

7. Постдекапирование.

Обработка в растворе постдекапирования Post Dip Solution Neopact conc с содержанием 150-250 мл/л при t=20-30 oC в течение 2 минут, pH=10-12. Раствор постдекапирования удаляет излишнюю органическую составляющую коллоида с поверхности ранее сформированного проводящего слоя. При этом открываются палладиевые частицы и проводимость повышается.

8. Промывка проточной холодной водой

9. Демонтаж. Последующий монтаж на приспособления для гальванической металлизации, которые затем крепятся к катодной штанге на линии химико-гальванической металлизации.

10. Промывка.

11. Активация (декапирование) кислотой серной с концентрацией 100-150 г/л (использовать только дистиллированную воду) при t=18-25 oC в течение 0,5-1,0 мин

12. Меднение электролитическим раствором: медь сернокислая пятиводная (по металлу) 15-25 г/л, кислота серная 210-260 г/л, хлориды 30-60 мг/л, измельчитель зерна Купрацид BL-CT 15-25 мл/л, блескообразователь Купрацид BL 0,3-0,8 мл/л. При t=20-25 oC в течение 20 минут, при плотности тока 2 А/дм2. Толщина меди должна составлять от 5 до 7 мкм.

анод:   Cu - 2е = Сu2+

катод:  Сu2+ + 2e = Cu

2H+ + 2e = H2

 

13. Промывка.

14. Размонтировать приспособления.

 

15. Обезжиривание и подтравливание.

 На линии химической подготовки раствором: кислота муравьиная 10-15 г/л, кислота серная 26-30 г/л при t=15-25 oC в течение 0,4-1,3 мин.

Промывка холодной водой.

 

15. Снятие изоляции

16. Сушка в печи при 60-80 ºС, проверка         качества меднения.

 

17. Подготовка поверхности перед нанесением сухого фоторезиста.

1. Зачистка на установке механической подготовки поверхности.

2. Промывка.

3. Обезжиривание.

4. Промывка холодной проточной водой.

5. Сушка.

6. Контроль.

 

17. Получение рисунка ПП.

1.  Хим.подготовка

2.  Сушка

3.  Нанесение фоторезиста

-            Нанести фоторезист

-            Обрезать по контуру

4.  Выдержка

5.  Контроль нанесения фоторезиста

6.  Экспонирование

-      Протереть поверхность рамп

-      Смонтировать ф/ш

-      Экспонировать

-      Демонтировать рабочие ф/ш

§  Выдержка

§  Удаление защитной пленки

§  Проявление рисунка ПП

§  Контроль качества проявления.

§  Ретушь

§  Заполнение технологического паспорта

 

18. Получение рисунка.

1. Нанесение фоторезиста

5. Экспонирование.

6. Проявление.

7. Ретушь.

8. Удаление фоторезиста.

 

  1. 18. Травление

1. Травление

2. Проверка качества травления

 

19. Гальваническое меднение

1. Монтаж.

2. Обезжирить.

3. Струйная промывка.

4. Подтравливание.

5. Промывка проточной водой.

6. Активация.

7. Меднение.

Меднение раствором, содержащим: медь сернокислую пятиводную (по металлу) 15-25 г/л, кислоту серную 160-250 г/л, хлорид натрия 30-60 г/л, добавку BL 0,3-0,8 мл/л, добавку BL-CT 15-16 мл/л. При t=20-25 oC в течение 50 минут, при плотности тока 2 А/дм2. Ток выставляется в зависимости от площади металлизированной поверхности. Завешивать аноды медные АМФ холоднокатаные так, чтобы нижний край плат был погружен на 50-80 мм глубже нижнего края анодов, расстояние от края анода до стенки ванны должно превышать на 20-40 мм расстояние от края ПП до стенки. Необходима непрерывная фильтрация электролита.

8. Промывка.

 

  1. 19. Раздубливание (удаление щелочепроявляемых фоторезистов)

1. Удаление фоторезиста

2. Промывка

3. Промывка раствором HCl

4. Промывка

5. Промывка (на установке травления)

6. Сушка

7. Контроль

 

Электроконтроль, сдача полуфабриката, промежуточный контроль

20. Нанесение временного металлорезиста.

1. Активация.

2. Нанесение.

Нанесение покрытия матового олова для защиты проводников от вытравливания. Раствор состоит из: олова (по металлу) 17-30 г/л, добавки сульфотех ЖР 25-80 мл/л, добавки STH 30-80 мл/л, кислоты серной 160-200 г/л. t=18-25 oC, в течение 10-12 минут при плотности тока 2 А/дм2. Аноды помещают в чехлы из хлориновой ткани. Чехлы и аноды отмывают от шлама не реже 2 раз в месяц. Необходима постоянная фильтрация электролита.

3. Промывка в течение 0,5-1 мин.

4. Размонтирование приспособлений и установка заготовок на стойки.

 

  1. 20. Нанесение жидкой паяльной маски

1. Механическая подготовка

2. Химическая подготовка

3. Сушка

4. Настройка станка

5. Нанесение жидкой маски

-            Приготовление маски

-            Нанесение маски на одну сторону, сушка

-            Нанесение маски на вторую сторону, сушка

6. Экспонирование

7. Проявление рисунка

8. Контроль, ретушь

9. Дубление термическое

УФ-дубление (для отдельных типов масок)

21. Удаление фоторезиста (раздубливание).

1.  Загрузка.

2.  Удаление фоторезиста.

3. Промывка.

4. Проверка.

5. Сушка.

6. Ретушь.

7. Сушка.

 

  1. 21. Нанесение карбоновой пасты и финишного покрытия

1.  Подготовка поверхности

2.  Настроить станок

3.  Нанесение пасты

-            Нанесение пасты

-            Контроль

4.  Отвердение

5.  Контроль

6.  Подготовка поверхности

7.  Промывка (в установке травления)

8.  Флюсование

9.  Горячее лужение HAL

10.  Промывка

11.  Промывка

12.  Сушка

13.  Контроль качества покрытия

 

22. Травление.

1. Травление.

Раствором содержащим: медь хлорную (по металлу) 100-130 г/л, аммоний хлористый 130-160 г/л, аммиак водный 150-200 мл/л. pH=8,9-10,7. При t=48-50 oC .Раствор ежедневно корректируется добавлением 3-8 кг аммония хлористого, и доведением pH до величины от 9,0 до 10,0 аммиаком (7-25 литров 25%-ного аммиака). Время травления определяется скоростью конвейера и толщиной стравливаемой меди. На заготовке не должно быть недотравленных мест.

2. Промывка и проверка.

 

  1. 22. Никелирование.

Напаивание проводов, изолирование, удаления защитного покрытия, промывка, никелирование.

Зачистка шлифовальным порошком

-            Промывка

-            Обезжиривание

-            Промывка

-            Подтравливание

-            Промывка

-            Декапирование

-            Промывка

-            Никелирование

-            Промывка

Снятие изоляции, сушка, контроль

 

23. Удаление временного металлорезиста.

Удаление временного металлорезиста., промывка, сушка, проверка

  1. 23. Спец. Покрытие

 

24. Нанесение жидкой защитной паяльной маски методом напыления.

1. Подготовка поверхности перед нанесением маски по меди.

            2. Приготовление маски, нанесение жидкой маски на заготовку ПП.

3. Выдержать при комнатной температуре 5-10 минут (для удаления пузырьков), сушка.

4. Экспонирование.

5. Демонтаж.

            6. Проявление рисунка ПП.

Проявить на установке проявления КМ-1 раствором соды кальцинированной 9-12 г/л, пеногасителя 0,8-1,0 г/л. Промыть в холодной воде, затем в холодной проточной воде. Сушить при t=50-70 oC.

7. Контроль проявления маски.

8. Дубление термическое.

 

  1. 24.Нанесение маркировки

1.   Методом сеткографии

- Односторонняя

-            Настройка станка

-            Нанесение маркировки

-            Контроль

-            Естественная сушка

-            Сушка в печи

o Двусторонняя

-      Настройка станка

-      Нанесение маркировки с одной стороны, сушка

-      Нанесение маркировки с другой стороны, контроль

-      Естественная сушка, сушка в печи

-   Жидкой маской (односторонняя)

-      Настройка станка

-      Нанесение маски, сушка

-      Экспонирование

-      Протирка поверхность рамп, монтаж рабочих ф/ш

-      Экспонирование

-      Демонтирование рабочих ф/ш

-      Проявление рисунка

-      Контроль

-      Дубление термическое

 

25. Механическая обработка.

1. Обрезание технологических полей на припуск.

2. Разрезка ПП.

 

25. Второе сверление. Механическая обработка

1. Второе сверление на ЧПУ

2. Второе сверление на ручном станке

3. Фрезерование

4. Скрайбирование

5. Штамповка

6. Обрезка на пиле

7. Припиловка фасок

8. Притупление никелевого разъема (в случае операции никелирования)

26. Сдача готовой продукции.

 

27. ОТК

 

Подробней о некоторых операциях тентинг-метода.

В операции хим подготовки поверхности (п.4) процесс начинается с подтравливания заготовок печатных плат в Модуле 1 линии химической подготовки и осуществляется раствором персульфата аммония (10-20 г/мл), растворенном в половинном объеме теплой воды (температура 18-25ºС). При перемешивании вводится 3-5 мл/л серной кислоты (плотность 1,83 г/см³) и доводится водой до необходимого уровня. На всех операциях необходимо покачивание заготовок с размахом от 30 до 60 мм, частотой от 20 до 30 двойных ходов в минуту. Раствор заменяется 2 раза в неделю. Время промывки плат определяется скоростью конвейера линии, прохождение каждого модуля за 0,3-2,0мин. Затем заготовки плат промываются в модулях промывки холодной проточной водой (температура 18-25ºС) и сушатся сначала в модуле сушки линии химической подготовки при температуре 90-110 ºС, а затем в печи сушильной конвекционной 70-90ºС  в течение 20мин. Визуальная проверка 100% заготовок. Поверхность меди должна быть однородной, на поверхности не должно быть незащищенных мест, вмятин, царапин, следов масла и жира. Допускаются отдельные риски, царапины, не нарушающие целостность фольги.


Обезжиривание (кондиционирование) в операции химической и гальванической металлизации (п.5) необходимо для образования на поверхности диэлектрика в отверстиях заготовок печатных плат органического слоя, который в сочетании с кондуктором создает собственно проводящий слой.

Очень важно соблюдение соответствующего рН, которое следует измерять несколько раз в день. pH=11,0-12,0, при необходимости корректируется 32%-ным (по весу) раствором гидроксида натрия (для повышения pH на 0,5 единиц нужно добавить 1,6 мл гидроксида натрия с концентрацией 500 г/л раствора кондиционирования). При слишком   низком рН - худшие   результаты   по   предварительному   меднению, слишком  высокое   рН - ухудшает адгезиею меди. Потери от испарения раствора кондиционера восполняются ежедневно по окончании работы дистиллированной водой до уровня. Раствор подлежит замене после обработки от 3 до 5 м2 всей медной поверхности заготовок ПП на 1 литр раствора, либо при  заметном помутнении.


Подтравливание (Секьюригант), осуществляется травильным средством (Securiganth или Selector Neopact U) очищает медную поверхность и внутренние слои. На меди не должны оставаться ингибиторы или другие пассивирующие средства типа кондиционирующих средств, в противном случае образуется на следующем этапе с кондуктором так называемый "peeling" (проблемы с адгезией медь-медь). По этой  причине  нельзя применять протравливатели на основе серной кислоты/перекиси водорода с добавками смачивающих  средств. На приготовление 120 литров раствора идет 100 литров дистиллированной воды и 5 кг секьюриганта желтого. Свежеприготовленному электролиту дают выстояться 12-24 ч. Перед работой электролит подогревают до 25-30°С. Промывка проточной холодной водой при 15-25ºС в течение 4 мин.

 

Хорошая промывка - это трехкратный каскад и желательно барботаж. При этом  на печатных платах в процессе промывки могут образоваться затеки. Это можно предотвратить, если при первой промывке с серной кислотой pH поддерживать в пределах 2-3, чтобы не происходило осаждение гидроокиси меди (гидроокись меди может оседать в отверстиях). В растворе  с кондуктором (самое позднее) слой отделяется вместе с кондиционером и на этих местах не образуется проводящий слой.


Преддекапирование в растворе ортофосфорной кислоты ч., х.ч. ГОСТ 6552-80 содержанием 1,5мл/л  pH=1,8-2,3 в течение 2 мин. Заливается в рабочую емкость дистиллированная вода, добавляется расчетное количество кислоты, рН корректируется. Раствор менять 1 раз в 2 недели. Задача раствора заключается в том, чтобы еще раз прочистить медную поверхность и защитить следующий раствор кондуктора от вредных включений - сюда же относится и медь. Поэтому рекомендуется работать по возможности с холодный раствором и как можно чаще делать новый раствор.

Рабочая температура  - комнатная, содержание меди  <   40 кг/л.

После этого не  промывать!


Активация  (кондуктор) заготовок в растворе кондуктора Neopact. Кондуктор - это  слабый  солянокислый,     не содержащий олова коллоидный палладиевый  раствор, стабилизированный  органическим веществом. В сочетании с проведенным перед этим кондиционированием, здесь образуется  проводящий  слой.

 

Содержание  палладия - 220 - 270  мг/л

рН = 1,6-1,9 при 25ºС

Рабочая  температура  - 50ºС (40-55ºС)

(Нагрев  можно отключать в перерывах в работе, когда работает  циркуляционный насос). Насос не должен втягивать  воздух и нe должен перекачивать  жидкости более  2-4  раз в час. Обязательно соблюдать указанные рабочие температуры и непрерывно замерять окислительно-восстановительный потенциал, который должен быть порядка - 240 мВ. Для измерения потенциала  рекомендуются измерительные одностержневые электроды фирмы Ингольд Тип  РТ 4825-60-S7 / 120 (120 мм длина), РТ 4805-60-S7 / 300 (300 мм длина).

Окислительно-восстановительный потенциал никогда не должен долго быть в положительном диапазоне, особенно если содержание меди в растворе составляет     более 50 кг/л. Если же такое случится, то раствор можно попытаться спасти,  добавив одноразово 20 мл/л «Reductionslosung Neopact». При приготовлении  раствора кондуктора получается коллоид.

 

Приготовление на 100 л ванны

Вода дистиллированная 88 л, базовый раствор Neopact Basic Solution 10 л, раствор восстановителя Reduction Solution 2 л.

В работчей ванне нагревают 88 л дистиллированной воды до 50±5ºС. Между тем в отдельной емкости осторожно смешивают 10л базисного раствора с 2л раствора восстановителя при комнатной температуре. Периодически помешивая, оставляют смесь выстаиваться от 0,5 до 3 часов в зависимости от длительности химической реакции.


1 литр раствора восстановителя выделяет до 10,6 литров газа водорода!

Осторожно смешивают приготовленную смесь с раствором ванны кондуктора, тщательно перемешивают. Включить циркуляционный насос (если ванна им оснащена), помешивая раствор, добавляют до уровня (100л) дистиллированной воды, включают окислительно-восстановительную систему (потенциометр, дозирующий насос). Наполняют бутыль раствором восстановителя (1:1), подключают к дозирующему насосу при помощи специальных шлангов. Окислительно-восстановительный потенциал должен находиться в пределах от


(-220) до (-290) мВ (оптимально -240 мВ), корректируется раствором восстановителя. рН раствора Кондуктора устанавливается в интервале 1,7-2,1. рН доводится до нормы соляной кислотой, разбавленной 1:10. Измерение рН проводится при температуре 25ºС при помощи ионометра. Раствор выдерживается в течение 2 часов при температуре 60-70ºС, остужается до рабочей температуры 50±5ºС и проводится пробное осаждение на тест-пластине.


Ванна оснащается циркуляционным насосом со скоростью фильтрации 2 объема в час. В качестве фильтра используется полипропилен 5 мкм - ной пористости или полиспан. Недопустимо использование перемешивания сжатым воздухом во избежание окисления раствора кондуктора. В случае отсутствия системы постоянной фильтрации, необходима ежемесячная фильтрация раствора через специально изготовленные фильтрующие элементы, а перемешивание раствора НЕ ОТКЛЮЧАТЬ далее на короткий период!


При фильтрации необходима тщательная промывка ванны кондуктора составом: 30 - 40 г / л HCL (соляной кислоты) и 5 - 6 капель на литр Н2О2 (перекиси водорода). Эта смесь хорошо растворяет палладий, осевший на стенки и дно ванны, и убирает прочие загрязнения.


Постдекапирование в растворе постдекапирования Post Dip Solution Neopact conc с содержанием 150-250 мл/л при t=20-30 oC в течение 2 минут. pH=10-12 Раствор подлежит замене после обработки от 2 до 5 м2  поверхности заготовок ПП на 1 литр.


Раствор постдекапирования удаляет излишнюю органическую составляющую коллоида с поверхности ранее сформированного проводящего слоя. При этом открываются палладиевые частицы и проводимость повышается.


Содержание постдекапира в растворе должно быть в интервале от 150 до 250 мл/л ( предпочтительно - 200 мл/л ); определять содержание титрованием. Плотность раствора 1,155 г/см³.


Гальваническое меднение.

Одним из основных процессов, определяющих токоведущие характеристики печатных плат, является процесс гальванического меднения.\


Использование для металлизации отверстий электролитов гальванического меднения с высокой рассеивающей способностью целесообразно при любом методе изготовления печатных плат, а при тентинге является обязательным требованием.


CUPRASID   BL-CT (фирмы Atotech)  - предусмотрен для гальванического меднения печатных плат, используется на комбинированном-позитивном методе.

CUPRASID BL-CT отвечает требованиям производств по изготовлению печатных плат, благодаря высокой рассеивающей способности. Гальваническое покрытие имеет малое внутреннее напряжение, очень эластично, обладает высоким пределом прочности на разрыв, блестящее.


Для улучшения качества металлизированных отверстий может быть использован медный электролит Cuprostar LP-1, фирмы ENTHONE (Швеция), который широко применяется для гальванического меднения.


Cuprostar LP - мелкий кристаллический, шелковистый матовый осадок имеет превосходные физические свойства и отвечает всем требованиям. Отсутствуют образования неразлагающихся продуктов, могущих повлиять на эластичность, при этом значения эластичности остаются постоянными. При обеспечении правильной поддержки электролита, достаточного уровня толщины осадка отсутствует брак в   виде   трещин   на   границе   перехода   контактной   площадке   в   отверстие. Термический шок или испытания паяльной маски проходят без проблем. В процессе    меднения   добавкой    Cupostar   LP-1    наблюдается   очень   низкое содержание осаждающихся органических составляющих соединений. Данные характеристики   обеспечивают   превосходную   проводимость   осадков.   Для производства качественных печатных плат является очень важным соотношение толщины осадочного покрытия: середина отверстия: середина платы %. При нормальных электролитических условиях и при средней плотности тока в 2А/дм2 данное значение приблизительно равняется 95 %.

Электролит с добавкой Cupostar-LP-1 применяется на тентинг - методе.


Меднение электролитическим раствором: медь сернокислая пятиводная (по металлу) 15-25 г/л, кислота серная 210-260 г/л, хлориды 30-60 мг/л, измельчитель зерна Купрацид BL-CT 15-25 мл/л, блескообразователь Купрацид BL 0,3-0,8 мл/л. При t=20-25 oC в течение 20 минут, при плотности тока 2 А/дм2. Толщина меди должна составлять от 5 до 7 мкм.

Реакции, происходящие при меднении:


анод:   Cu - 2е = Сu2+

катод:  Сu2+ + 2e = Cu

              2H+ + 2e = H2


Металлическое покрытие получается в результате восстановления ионов металла веществами-восстановителями, входящими в состав раствора. Реакция восстановления металла является автокаталитической, так как металл, образовавшийся в результате химического восстановления, катализирует дальнейшую реакцию осаждения этого же металла.


Значение плотности тока ограничивается исходя из того, что при высоких значениях плотности тока, кристаллы крупнее. При данной плотности тока мы находимся в зоне компактного (мелкокристаллического) осадка. Повышение плотности тока может повлиять на качество покрытия - станет грубее, при очень значительном повышении, возможно, будет порошок (губчатый рыхлый осадок). Более низкая плотность тока может сказаться только на производительности - время покрывания увеличится.


Повышение температуры приводит к образованию более крупнокристаллических осадков.


Купрацид - блестящее медное покрытие с характерной зернистой структурой, имеющее малое внутреннее напряжение, очень эластичное, обладающее высоким пределом прочности на разрыв. Повышенное содержание меди может привести к полимеризации анода. Пониженное содержание меди снижает плотность катодного тока и уменьшает эффективность выравнивания. Серная кислота значительно снижает активность ионов меди, что способствует получению мелкокристаллических осадков. Повышенное содержание серной кислоты может создать пассивирование анода. Пониженное - снижает эффективность осаждения. Отношение катодной поверхности к анодной от 1:1 до 2:1. Используются  аноды медные с содержанием фосфора от 0,04 до 0,08 %, холоднокатаные. Нижний край плат должен быть погружен на 50-80 мм глубже нижнего края анодов. Расстояние от края анода до стенки ванны должно превышать на 20-40 мм расстояние от края платы до стенки. Аноды помещаются в чехлы из хлориновой ткани для избегания зашламления раствора. Все контакты (седло, штанга, крючки, кабели) очищаются от коррозионных продуктов для поддержания оптимальной проводимости. Необходимо горизонтальное покачивание с величиной перемещения 20-40 мм и частотой - 10 перемещений в минуту,  непрерывная фильтрация электролита и интенсивное перемешивание сжатым воздухом (барботаж), что позволяет увеличивать плотность тока. Очистка электролита от органических загрязнений производится при ухудшении физико-механических свойств осадка,  фильтрацией через угольную ткань. После очистки электролита углем выполняется корректировка по добавкам, соответствующая  пропусканию тока в количестве 5 А*ч/л, и проработанная на малом токе на бракованных деталях около 10 часов.


Гальваническая ванна.

Размеры ванны:

- Ширина ванны 60 см, длина - 70 см, и глубина 80 см.

- Расстояние между анодными штангами 35 см.

- Анодные пластины размером 50х10 см и толщиной 5-10 мм


Ванна изготовлена из винипласта.

 

Анодные штанги сделаны из чистой электролитической меди. Они подсоединены к выпрямителю тока.  Для каждой ванны устанавливается свой источник тока, а при необходимости подачи тока большей силы подключаются параллельно несколько выпрямителей.


Катодная штанга также сделана из чистой электролитической меди. Она лежит на специальных изолирующих устройствах, которые присоединены к специальному механизму для покачивания катодных штанг.  Крепится к медной гребенке, которая подсоединена к выпрямителю тока.

Аноды для меднения сделаны из чистой электролитической меди, помещены в чехлы из хлорвиниловой ткани, во избежание сильного зашламления раствора. Раз в 2 недели производится чистка анодов металлической щеткой.


Подвесочные приспособления для анодов изготавливаются из чистой электрической меди, они должны удовлетворять следующим требованиям: хорошо проводить электрический ток, не допускать экранирования на отдельных участках деталей, обеспечивать хороший контакт с деталями и штангой ванны, обеспечивать прочное закрепление деталей, быть простыми в изготовлении.


В фильтре раствор пропускается через хлориновую ткань.


Катодами служат медные ПП, которые прикреплены к подвесочному приспособлению из титана.

Барботаж в гальванической ванне меднения достигается путем установки на дно ванны специальной трубки с отверстиями, через которые в ванну подается сжатый воздух.


Финишные покрытия.

По сложившейся терминологии финишными покрытиями называют покрытия монтажных элементов под пайку. Финишные покрытия должны хорошо смачиваться припоем, долго сохранять паяемость, не отслаиваться в течении длительного времени эксплуатации. 

 

Большое разнообразие финишных покрытий говорит об отсутствии выбора в пользу какого-либо одного-двух, удовлетворяющих всем требованиям по стоимости и смачиваемости и долговечности.

 

Медь в чистом не окисленном состоянии представляет собой отличную поверхность для пайки. В зависимости от условий хранения медная поверхность быстро окисляется и поэтому нуждается в защите. И чтобы гарантировать паяемость и стойкость печатной платы после хранения, необходимо всегда предусматривать защиту поверхности.

 

На сегодняшний день внедряются новые технологические процессы финишных покрытий взамен устаревшей технологии нанесения сплава Розе. Это:

-  Гальваническое покрытие олово-свинец с последующим его осветлением и оплавлением; (Среднеуральский филиал ЗАО «Техносвяь»);

-  Лужение горячим воздухом (HASL)  с использованием импортных припоев ПОС 63 на новой установке PENTA 400 (Германия);

-  Иммерсионное олово с барьерным слоем органического металла.


Метод горячего лужения или HASL.

Это наиболее популярный на сегодняшний день метод защиты медной поверхности. Горячее лужение вполне надежный и отработанный процесс, завоевавший      свое   широкое распространение  в        связи с        появлением и использованием паяльных масок. Большинство российских изготовителей печатных плат в качестве финишного покрытия использует именно этот гомогенный, эвтектический сплав олова и свинца, наносимый методом горячего лужения на автоматических или полуавтоматических HASL-установках. Такое покрытие - хороший способ защиты медной поверхности печатной платы, обеспечения ее паяемости и сохранения способности к пайке в течение длительного времени.

 

Для удаления загрязнений и остатков окислов печатные платы перед лужением подвергаются предварительной обработке, причем для улучшения смачиваемости поверхности используются весьма агрессивные флюсы. Затем производится собственно горячее лужение в эвтектическом сплаве олова-свинца (Sn/Pb 63/37). После подъема из припоя печатная плата обдувается с обеих сторон воздухом, направляемым на нее из воздушных ножей. В результате обдува с поверхности и из отверстий удаляются излишки припоя, и достигается более или менее равномерное распределение толщины слоя на поверхностях для монтажа. Затем платы очищаются смесью воды с чистящими веществами для обеспечения полного удаления флюса и масел. Это делается для того, чтобы исключить на готовых платах ионогенные загрязнения, источником которых являются остатки активных флюсов. Эти соединения могут вызвать в условиях повышенной влажности один из наиболее опасных видов коррозии ­электрохимическую.

 

Нанести припой методом HASL можно на платы, изготовленные и по позитивному методу (технология Среднеуральска), и по тентинг-методу (технология Екатеринбурга).

 

При позитивном методе изготовления печатных плат перед нанесением расплавленного припоя после травления меди с пробельных мест удаляется олово-свинец со всех металлизированных поверхностей. Далее паяльная маска наносится на чистые медные проводники. Потом формируется рисунок защитного слоя, и вся печатная плата окунается в расплавленный 63/37 припой, который наносится на все поверхности, свободные от паяльной маски, ­монтажные контактные площадки.

 

При методе тентинг после травления рисунка операция снятия металлорезиста отсутствует, т.к. все проводники чисто медные. Поэтому одно из преимуществ этой технологии и лужения с выравниванием припоя в том, что уменьшается количество шагов обработки.

Другое преимущество заключается в том, что припой не подвергается дополнительной химической обработке, которая могла бы загрязнить поверхность или изменить состав сплава. Кроме того, здесь меньше термических воздействий, способных вызвать рост интерметаллидов. Контактные площадки после этого процесса имеют отличную способность к смачиванию.

 

Недостатком этого процесса является периодическое наплывание припоя на паяльную маску, приводящее к закорачиванию проводников, особенно на платах повышенной сложности, а также негативное влияние высоких температур расплавленного припоя на базовый материал печатной платы. При выравнивании паяльного покрытия плата подвергается также воздействию высокого давления горячего воздуха во время выхода из бака с припоем. Воздушный поток воздействует на поверхность платы воздушными ножами и при ударе о поверхность вызывает динамические нагрузки. Несмотря на недостатки, с точки зрения качества и исключительной способности к пайке это покрытие, безусловно, лучшее. К тому же, HAL придает эстетическую привлекательность и позволяет легко распознавать покрытые и непокрытые площадки для мгновенной переустановки параметров или переделки плат, если это необходимо.

 

С развитием миниатюризации компонентов и печатного рисунка все больше возрастают требования к точности монтажа. Новые технологии, такие как монтаж чипов на планарные выводы (СОВ) и применение шариковых микровыводов, требуют от поверхности платы свойств, которые уже не могут быть достигнуты при горячем лужении печатных плат, в частности, необходимой становится компланарность поверхности контактных площадок.

 

Для удовлетворения этой потребности разработан ряд альтернативньи финишных покрытий, обеспечивающих равномерный очень плоский защитный слой. Среди таких покрытий - иммерсионное олово.


Никелирование.

Процесс никелирования сопровождается значительной катодной поляризацией. Выход металла по току близок к 100%, однако выделение небольшого количества водорода всегда сопровождает осаждение никеля. Повышение плотности тока, уменьшение рН ванны, а так же уменьшение концентрации ионов никеля в электролите приводит к увеличению катодной поляризации и увеличению выделения  водорода. Соответственно снижается выход металла по току.

 

При нормальном течении процесса никелевые аноды растворяются с образованием растворимых солей никеля. Этот процесс тоже сопровождается значительной поляризацией. В неблагоприятных условиях анодный потенциал может достичь потенциала выделения кислорода(0.3В). Выделение кислорода приводит к окислению поверхности анодов, которые перестают растворяться. Происходит пассивирование анодов, которое приводит к окислению поверхности анодов, которое приводит к уменьшению содержания никеля в ванне и уменьшению рН. На рисунке показан принцип гальванического осаждения никеля в упрощенной форме. Катодом является предмет, подлежащий металлизации, например печатная плата, в качестве анода  используют растворимые никелевые аноды.


Весьма существенное значение для процесса никелирования имеет величина рН электролита. Из сильнокислых растворов никель почти не осаждается и идет разряд лишь ионов водорода. С другой стороны, из растворов, близких к нейтральным, на катодепротекает гидратообразование и образуются основные соли никеля (нерастворимые), которые, включаясь в никелевые осадки, делают их шероховатыми, темными, хрупкими. Рабочий интервал кислотности лежит в пределах рН 3,5-5,5.


Чтобы не происходило нарушение катодного процесса, потемнения осадка и обильного выделения водорода никелевый электролит должен обладать буферными свойствами. Это достигается путем введения в состав электролита борной кислоты.


И в заключение проведем сравнение рассмотренных ранее методов.

 

Основные преимущества тентинг-метода:

- Сокращенный техпроцесс, так как отсутствует необходимость наносить и снимать металлорезист, а следовательно - отсутствие ванны металлорезиста и снижение затрат на производство.

- Высокое качество гальванического осадка.

- Постоянная величина тока, так как из-за отсутствия рисунка площадь металлизации постоянна.

- Высокое качество поверхности под паяльную маску, так как на поверхности меди отсутствуют остатки металлорезиста.


Преимущества комбинированно позитивного метода:

- Пригоден для формирования более прецизионного рисунка (более мелких зазоров), что позволяет решать сложные конструктивные задачи современных ПП.

- Уменьшенный расход анодов, так как площадь металлизации значительно меньше.


В сущности, различие методов заключается в том, что при тентинге все сосредоточено на операции травления, а при позитивном - на операции металлизации.


Данная статья является интеллектуальной собственностью ООО "НПП Электрохимия" Любое копирование без прямой ссылки на сайт www.zctc.ru преследуется по закону. Текст статьи обработан сервисом Яндекс "Оригинальные тексты"

Яндекс.Метрика