Технология многослойных печатных плат

вание электролита, покачивание катодных штанг, непрерывная или периодическая фильтрация электролитов, нестационарные ре­ жимы, электролиз; «перемешивание электролита барботированием сжатым воздухом или механическими мешалками не дает эффекта, так как в зону отверстий диаметром 0,5... 0,6 мм не обеспечивает­ ся подача свежего электролита и в результате этого осаждение меди на стенки отверстий происходит из сильно истощенного элек­ тролита в условиях предельного тока.

Один из простых способов повышения PC — применение раз­ бавленных электролитов, однако при этом обычно резко снижа­ ется допустимая рабочая плотность тока. Лучшее решение — под­ бор специальных добавок, вводимых в электролит, сочетающих выравнивающее действие с блескообразующим. По механизму воздействия на кинетику осаждения металлов добавки условно разделяются на блокирующие поверхность и влияющие на скорость разряда иона металла. Адсорбция добавок, главным образом, на выступах, краях замедляет осаждение металла на этих участках, металл наращивается в микровпадинах, выравнивая покрываемую поверхность. Изменение скорости разряда иона металла из-за вве­ дения добавок вызывается влиянием адсорбированного вещества на распределение потенциала на границе раздела фаз электро­ лит— катод. Изменение потенциала влияет на адсорбцию заря­ жающего иона и скорость перехода электрона с катода на само покрытие. К сожалению, органические соединения, используемые в качестве выравнивающих добавок, трудно поддаются контролю, оптимальная концентрация их часто находится в узких пределах. В ряде случаев они или образующиеся продукты их разложения вызывают крупность осадков, а иногда ухудшают их вид.

Из геометрических факторов, влияющих на равномерность оса­ ждения, в первую очередь, следует отметить расстояние между анодами и покрываемыми ПП. Установлено, что при металлиза­ ции ПП большого размера межэлектродное расстояние должно быть увеличено. Для того чтобы это расстояние не изменялось, целесообразно всю систему электродов перемещать синхронно. Хотя это и несколько усложнит конструкцию ванны, тем не ме­ нее обеспечит более высокое качество покрытия.

Небрежное завешивание плат на приспособления приводит к тому, что они располагаются в различных направлениях по отно­ шению друг к другу, а также по отношению к анодам. Даже в ци­ анистом электролите серебрения, PC которого является одной из наиболее высоких, толщина покрытия на ближайших к анодам участках плат может быть в 3... 4 раза больше, чем в средней зо­ не ванны. Для остальных электролитов, особенно кислых, это соот­ ношение возрастает в десятки раз. Для получения равномерных и гладких гальванических покрытий следует учитывать два основных правила, являющихся следствием законов Ома и Кирхгофа.

1. С электролита ток всегда течет по линии наименьшего со­ противления. Следовательно, наибольшее количество тока прохо-

пряжениями. Наличие значительных внутренних напряжений в осадке является скрытым дефектом. Этот дефект выявляется в процессе пайки, в металлизированном слое стенок отверстий об­ разуются трещины, нарушающие в конечном счете целостность электрических цепей.

Контакт платы с подвесочным приспособлением и подвесочно­ го приспособления с катодной штангой необходим для того, чтобы на всех платах осаждалось равное количество меди. При отсутст­ вии контакта может произойти полное или частичное растворение меди, осевшей в начальный период электролиза. Это явление, на­ зываемое биполярным эффектом, происходит из-за того, что медненная поверхность платы, не будучи поляризована, становится анодом по отношению к соседним платам, имеющим надежный контакт с катодной штангой. При загрузке ванн платами их сле­ дует компоновать так, чтобы стороны, обращенные к каждой анод­ ной штанге, имели бы приблизительно одинаковую поверхность, подлежащую меднению. Это обеспечивает получение более рав­ номерных по толщине покрытий на обеих сторонах платы.

Электрический режим осаждения также существенно влияет на равномерность покрытий. При использовании низких плотностей тока участки в середине плат будут иметь заниженную толщину покрытия. При работе на верхнем пределе плотностей тока на углах и кромках плат толщина покрытия оказывается повышенной, что приводит к утолщению и шероховатости слоя на этих участ­ ках. Экспериментальные данные, полученные при электроосажде­ нии меди, показывают, что по ширине катода ток распределяется неравномерно, приблизительно по параболическому закону. При этом чем больше катодная плотность тока, тем более неравномер­ но распределение тока по поверхности катода, что связано с диф­ фузионными ограничениями.

Почти во всех электрохимических процессах, применяемых в технологии ставится вопрос об устранении диффузионных огра­ ничений электролиза. Это достигается интенсивным механическим перемешиванием, разработкой новых конструкций ванны и дру­ гими способами.

Для повышения PC и улучшения равномерности металлизации в отверстиях необходимо обеспечить интенсивное прохождение электролита через отверстия покачиванием катодных штанг в го­ ризонтальной плоскости с частотой 30... 40 колебаний катодной штанги в минуту, амплитуда колебаний — до 50 мм. Увеличение амплитуды ограничивается расстоянием между платой и анодом, которое должно составлять не менее 150 мм во избежание поДгара осадка. Установлено, что чисто электрическим путем, лишь изменением формы и параметров тока, — представляется возмож­ ность при всех прочих одинаковых условиях получать более каче­ ственные катодные осадки. Первые попытки проводить электро­ лиз током, отличным от постоянного, были сделаны более ста лет назад используя реверсированный ток (ток переменной полярно­ сти). Реверс — обычный постоянный ток, который с помощью раЗ­

11.2.ГАЛЬВАНИЧЕСКОЕ МЕДНЕНИЕ

Впроизводстве ПП в качестве основного токоведущего слоя широко используется гальваническая медь. Гальванический слой

меди определяет надежность ПП, на него впоследствии осажда­ ется металлический резист, поэтому качество осажденной меди в значительной мере определяет защитные свойства резиста.

Металлизация отверстий на ПП должна выполняться медью и удовлетворять следующим требованиям: наличие сплошной метал­ лизации; одинаковая толщина покрытия в отверстии и на поверх­ ности фольги, мелкозернистая структура покрытия; отсутствие утолщений, включений, избыточного нарастания металла на входе отверстия или на внешнем крае контактной площадки, трещин в покрытии; минимальная толщина 1меди в отверстии 25 ...30 мкм.

середине отверстия. При использовании СПФ возможны два ва­ рианта наращивания гальванического медного покрытия: по всей поверхности, включая стенки отверстий, так называемое сплош­ ное наращивание («тентинг-процесс») по рисунку печатного монтажа и межслойному переходу, — избирательное наращивание. При сплошном наращивании вся поверхность платы и просверлен­ ные отверстия покрываются гальванически медью слоем в 30 мкм, те участки, где не должно быть рисунка схемы, защищают орга­ ническим резистором. Затем свободные от органического резиста участки гальванически защищаются металлическим резистом, как это выполняется при позитивном комбинированном методе. При избирательном наращивании гальваническое осаждение ме­ ди и металлического резиста производится лишь по рисун­ ку схемы и на стенках отверстий. Оба варианта имеют свои достоинства и недостатки. При сплошном наращивании меди ос­ новная, более длительная часть гальванического процесса (медне­ ние) выполняется до нанесения органического резиста и электро­ лит не загрязняется им. При сплошном наращивании допустимо использовать более высокие плотности тока, чем при избиратель­ ном наращивании, так как отсутствуют изолированные проводники и контактные площадки, на которых концентрируются практически все силовые линии. С производственной точки зрения привлекатель­ нее способ избирательного наращивания, так как при этом сокра­ щается расход энергии и материалов, меньше подтравливание.

Для увеличения надежности и обеспечения возможности мно­ гократной перепайки при замене компонентов за рубежом исполь­ зуется толщина покрытия 37 75 мкм. По данным фирмы «Отонетикс» (США) платы с малыми диаметрами сквозных отверстий выходят из строя при меньших температурах и после меньшего числа циклов охлаждения и нагревания, чем платы с более круп­ ными отверстиями, где можно осадить равномерное по толщине покрытие. Установлено, что при толщине меди в отверстиях

тролит вплоть до прекращения процесса при Dk 2,5 А/дм2. Поэто­ му процесс нужно вести так, чтобы плотность анодного тока не пре­ вышала этого значения. Если для сернокислых электролитов мед­ нения с добавкой Б-7211 (производство НРБ) оптимальное со­ держание фосфора в медных анодах составляет 0,03...0,06%, то для электролита приведенного состава 0,07... 0,1%. Выявлено, что по мере работы фосфорсодержащих медных анодов в электролите накапливается фосфор, при содержании которого 0,16 г/л катод­ ные осадки «охрупчиваютея». Рекомендуется очистка углем.

С целью экономии дефицитного материала анодов разрабо­ таны и внедрены насыпные аноды, позволяющие безотход­ но использовать анодную медь. Насыпной анод конструктивно

ня электролита в ванне гальванического меднения насыпаны пла­ стинки из отработанных листовых анодов размером 20X20 мм. Анодные корзины подвешиваются в гальваническую ванну на ла­

тунных крючках. Порядок обслуживания таких анодов тот же, что и обычных. Существенное влияние на работу медных анодов оказывает содержание NaCl в электролите. Отмечено, что при концентрации NaC1^80 мг/л. резко усиливается анодное шламообразование, снижаются физико-механические свойства и блеск медных осадков. В процессе эксплуатации этого электролита ус­ тановлено влияние режима корректирования электролита органи­

ческими добавками на физико-механические свойства осадков. Так, введение в больших количествах добавки ЛТИ (1 мл/л раст­ вора, содержащего 50 г/л ЛТИ и 100 г/л ОС-20) приводит к рез­

с учетом количества пропущенного электричества не оказывает столь резкого влияния на б. Принят следующий режим корректи­ рования: после прохождения 30 А-ч электричества вводится 20 мл раствора, содержащего в 1 л 2,5 г добавки ЛТИ и 100 г препарата ОС-20.

Для получения качественных медных осадков на ПП необходим контроль гальванических ванн по такому параметру, как физико­ химические свойства осадков.

На передовых предприятиях с этой целью проводится ежене­ дельный контроль медных осадков, осаждаемых на пластины из нержавеющей стали марки 12Х18Н10Т. Из осадков меди с расчет­ ной толщиной 5*10“5 вырубают образцы, соответствующие ГОСТ 11701—69, которые испытывают на растяжение в разрывной машине со скоростью перемещения зажимов 5... 6 мм/мин. Отно­

сительное удлинение образца (б) после разрыва является одним из критерием физико-механических свойств медных осадков. Ус­ тановлена зависимость физико-механических свойств меди от