Электрохимическая металлизация

Применяется для усиления слоя меди (20 - 25 мкм); нанесения металлического покрытия для защиты рисунка печатных проводников при травлении (20 - 25 мкм); нанесения специального покрытия (палладирование, золочение концевых печатных контактов - 25 мкм).

Меднение (получение слоя меди) происходит в сложных растворах на основе сернокислой меди, скорость невысока - 2 - 4 мкм/час, плёнка толщиной 20-28 мкм наращивается 24 - 28 часов, поэтому реально получают 5 - 8 мкм химической меди, а затем электрохимическая металлизация, то есть гальваническое усиление меди (20 - 25 мкм) за 30-40 минут. Процесс электрохимической металлизации протекает при размещении заготовки плат на специальных подвесках - токоподводах в гальванической ванне с электролитом (анод - металл покрытия, катод - плата).

А.3.3. Полуаддитивный метод

Применение: ДПП, реже ОПП.

Сущность: рисунок получается нанесением проводящего слоя на основание с предварительно нанесённым тонким (1 - 5мкм) вспомогательным проводящим покрытием, которое затем удаляется с непроводящих участков.

Достоинства: хорошая адгезия, малое подтравливание, высокая разрешающая способность.

Недостатки: малоосвоенность.

А.4. Последовательность изготовления печатных плат

Химический субтрактивный метод

Нарезка заготовок.

Получение базовых отверстий.

Получение рисунка схемы - нанесение маски для защиты будущих проводников и контактных площадок.

Травление меди с проблемных мест.

Удаление защитной маски.

Образование необходимых монтажных и технологических отверстий.

Обработка платы по контуру ( штамповка, фрезеровка).

Маркировка.

Нанесение защитного покрытия.

Контроль.

Комбинированный позитивный метод ( комбинированный - применяется и травление, и наращивание меди; позитивный - сверление отверстий по сплошной фольге, что предохраняет от срыва контактных площадок; травление - на завершающем этапе, т. е. сплошной слой фольги защищает поверхность диэлектрика от воздействия агрессивных растворов).

Нарезка заготовок.

Образование базовых отверстий.

Сверление монтажных отверстий и их очистка.

Сенсибилизация и активизация поверхности.

Химическое меднение (5 - 8мкм.).

Создание защитного покрытия на будущих местах травления.

Гальваническое усиление меди (20-25мкм).

Гальваническое нанесение защитного слоя (олово - свинец, золото).

Удаление защитного рельефа.

Травление.

Создание неметаллизированных отверстий.

Обработка по контуру.

Маркировка.

Нанесение защитного покрытия.

Контроль.

Указанная последовательность необходима при использовании сухого плёночного фоторезиста при создании защитного покрытия. Жидкий фоторезист наносят и сушат до сверления монтажных отверстий.

В комбинированном негативном методе - вначале травление, затем сверление отверстий и их металлизация, что требует тщательной отработки техпроцесса, специальных приспособлений, контроля, поэтому в новых разработках этот метод не применяется.

Наиболее распространенными методами формирования рисунка печатных плат являются сеткографический и фотохимический, причем фотохимический метод позволяет получить минимальную ширину проводников и расстояний между ними 0,15 мм, что соответствует платам третьего класса плотности монтажа. Применение этого способа оправдано при серийном производстве РЭА, при изготовлении плат высокой плотности и точности рисунка.

А.5. Конструирование печатных плат

Конструирование печатных плат должно обеспечивать рациональное размещение навесных элементов с учетом наиболее коротких электрических связей с минимальным переходом печатных проводников со слоя на слой и размещением, исключающим паразитные связи.

Кроме размещения электрорадиоэлементов, трассировки электрических цепей и определения общих конструктивных характеристик (п.2.3.1) печатной платы следует рассчитать оптимальные конструктивно-технологические характеристики печатного монтажа, то есть

• минимальный диаметр металлизированного переходного отверстия;

• минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия;

• максимальный диаметр просверленного отверстия;

• минимальную ширину проводников;

• минимальный диаметр контактной площадки;

• минимальные расстояния между элементами печатного монтажа;

• расстояние, необходимое для прокладки п-го количества проводников между другими элементами печатного монтажа платы.

В расчетах учитывают условия и технологические факторы различных методов изготовления печатных плат.

3. а).Расчет диаметра металлизированных отверстий

- минимальный диаметр металлизированных переходных отверстий d_min>H·, где Н - толщина платы (мм),

- отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы, зависящее от рассеивающей способности электролита, класса платы (можно взять 0.5, 0.4, 0.3 соответственно для 1, 2 и 3 класса плат согласно ГОСТ 23751-82)

- минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия (используется не только как переходное, но и для монтажа штыревых выводов навесных элементов): d_min=d_в+[0,2...0,3]>H• где dв - диаметр вывода навесного элемента.

Диаметр сверла для получения такого отверстия с учетом усадки диэлектрика платы: d_св=d_min+[0,1...0,15]

• Минимальный диаметр просверленного отверстия с учетом погрешности, обусловленной биением сверла и его точностью: d_max=d_св+d, где d- погрешность сверла. Для прецизионных твердосплавных сверл - 0,01...0,03 мм.

б). Расчет ширины проводников

Односторонние печатные платы изготавливают чаще всего на одностороннем фольгированном диэлектрике субтрактивным химическим методом.

Минимальную ширину проводников определяют из условия достаточного сцепления проводников с диэлектриком. На рис. П А2 приведено схематичное изображение процесса образования проводников на печатной плате и геометрические параметры проводника.

Рис. П А2. Схема образования геометрических параметров проводника на печатной плате.

На рисунке: 1 - диэлектрическое основание, 2 - медная фольга (h_Ф-толщина фольги), 3 - защитный слой (фоторезист, краска), t - ширина проводника, t1- эффективная ширина проводника, t_Ш - величина окна в фотошаблоне, a - величина подтравливания, a1- величина уменьшения сцепления

t_min=t1 _min+1,5h_ф, где t1 _min - минимальная эффективная ширина проводника без отслаивания (0.18 мм).

Ширина проводника на фотошаблоне: t_{ш min}=t_min+Э t_{ш max}=t_{ш min}+t_ш Э - погрешность фотокопии при экспонировании рисунка; t_ш -погрешность изготовления окна в фотошаблоне.

Максимальная ширина окна в слое: t_max = t_{ш max} + Э

Величины t_{ш max} и t_{ш min} обеспечивают изготовление проводника в расчетных пределах.

Двусторонние печатные платы изготавливают преимущественно комбинированным позитивным методом, основанном на применении двустороннего фольгированного диэлектрика.

Металлизацию проводят химико-гальваническим способом после предварительной химической металлизации. Осаждают медь и металлорезист, стойкий к травителям, в окна из защитной краски или фоторезиста, нанесенной на будущий рисунок схемы.

После удаления слоя защитной краски (фоторезиста) производится травление меди с пробельных мест, при этом наблюдается боковое подтравливание элементов схемы. Одновременно при использовании сеткографической краски происходит «разращивание» гальванически осажденной меди и металлорезиста, что уменьшает расстояние между проводниками.

При использовании сухого пленочного фоторезиста толщиной 40...60 мкм разращивания не происходит и сечение элементов проводящего рисунка оптимально.

Сеткографический Фотохимический

метод получения рисунка метод получения рисунка

C– « разращивание ».

Толщина краски Толщина фоторезиста

h_к = 5...7 мкм h _фр = 40 мкм

C = h_г + h_р t _min = t1_min + 1,5(h _ф + h_пм)

t _min = t1_min + 1‚5 (h_ф+ t_{ш min}=t _min+э

+ h _пм) + h_г + h_р , t_{ш max}=t_{ш min}+t_ш

t _{ш min} = t _min - h_г - h_{р ,} t _max = t _{ш max}+э

t _{ш max} = t _{ш min} +  t _ш,

t _max = t _{ш max}+ h_г+ h_р.

медная фольга ( h _ф )

предварительно осажденная химическая медь (h _пм)

гальваническая медь ( h _г)

защитный слой металлорезиста (h _р)

в). Расчет диаметра контактной площадки

Минимальный диаметр контактной площадки определяют из условия сохранения целостности контактной площадки (нет разрыва) при сверлении плат. Учитывают явления подтравливания и разращивания проводящего слоя, погрешности расположения отверстий и контактных площадок.

Односторонние печатные платы (химический субтрактивный метод):

b_min – гарантированный поясок (0,05; 0,035; 0,025мм соответственно для плат 1, 2, 3 класса плотности);

d _max – максимальный диаметр просверленного отверстия; D – диаметр монтажного отверстия; D1 _min–минимальный эффективный диаметр контактной площадки: D1 _min = 2 · ( b _min + d _max /2 + _отв + _кп ),

d _max - из расчёта, проведенного ранее, _отв  ₀  _б , ₀; _б - погрешности соответственно расположения относительно сетки координат и базирования плат на станке, _кп = _ш + _э + (_п + _з)/2, _ш - погрешность контактной площадки на фотошаблоне относительно заданных координат, _э - погрешность расположения печатных элементов при экспонировании и проявлении рисунка, _п; _з - погрешности, соответственно, расположения базовых отверстий совмещения на фотошаблоне и заготовке плат.

D_{ш min} = D _min + Э

D_{ш max} = D_{ш min} + D_ш

D_max = D_{ш max} + Э

Двусторонние печатные платы , изготовленные комбинированным позитивным методом (распределение слоев в металлизации - аналогично печатным проводникам):