книги из ГПНТБ / Федоров А.М. Основы контроля печатных схем

териала;

б— абсолютное естественное пружинение матери­ ала;

Z — двусторонний зазор, мм;

А — допуск на диаметр пробиваемого отверстия,

мм;

ДП — допуск на диаметр пуансона, мм; ДМ — допуск на диаметр матрицы, мм.

49

Значения величины относительного естественного пружинения могут быть, определены в зависимости от марки материала, его толщины и диаметра пробивае­ мого отверстия. Для этого пользуются следующей эм­ пирической формулой- [5]:

штамповке с прижимом, обеспечивающим давление не менее 1,5—2,5 кг/мм2, и при скорости, непревышающей 40 двойных ходов в минуту.

В зависимости от того, каков объем выпуска плат, в процессе пробивки отверстий используются универ­ сальные или специальные штампы.

2 — 5. ХИМИЧЕСКАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ ОТВЕРСТИЙ

Металлизация отверстий печатных плат обеспечивает электрическое соединение проводников, расположен­ ных на обеих сторонах оснований, способствует улуч­ шению электрического контакта и механической проч­ ности паяных соединений. Операции, связанные с под-

50

в)

ч Толщина основания, мм

Рис. 13. Величины естественного пружинения N при различных толщинах осно­ вания и диаметрах отверстий dw:

трудоемкая часть технологического процесса изготовле­ ния печатных плат из фольгированных диэлектриков. Успешное выполнение этих операций часто определяет

51

виду ряд преимуществ, они получили сейчас наиболь­ шее распространение.

Металлизацию отверстий можно выполнять иа осно­ ве двух способов: наносить химическое слабое покры­ тие медыо, а затем усиливать его в гальванической ван­ не до необходимой толщины, либо весь процесс нара­ щивания меди вести только химическим осаждением. Оно может быть применимо в отношении аппаратуры, к которой не предъявляются повышенные требования, при наличии отверстий незначительных диаметров, ког­ да толщина платы сравнительно большая [13].. Следу­ ет сказать, что в основном используется первый способ.

Химическое осаждение металлических пленок на обрабатываемую поверхность основано на явлении вытес­ нения металла из водного раствора его соли какимлибо восстановителем [17, 18]. Создание условий пред­ почтительного восстановления металла именно на по­ верхности отверстий заготовок плат предопределяет качество химической металлизации. Подобное восстанов­ ление сопровождается кристаллизацией металла на центрах, предварительно созданных, имеющих хорошее сцепление с поверхностью отверстий.

Надежное сцепление металлического покрытия с по­ верхностью отверстий определяют самые начальные эта­ пы металлизации и сверловки. Процесс химической ме­ таллизации может только тогда дать желаемый эффект, когда поверхность хорошо адсорбирует катализатор.

Таким образом, основными этапами, от которых за­ висит качество металлизации, являются:

1.Качество сверловки;

2.Предварительная обработка и очистка поверхности;

3.Сенсибилизация;

4.Активация поверхности;

5.Образование проводящей пленки.

После сверления и зенкования отверстий поверх­ ность их подготавливается для металлизации. Делает­ ся это путем удаления загрязнения. Для удаления ис­ пользуются моющие средства. Практикуется и продувка сжатым, воздухом і[19, 20]. Когда очистка выполнена правильно, поверхность легко смачивается водой. Однако необходимо учесть, что ни один из методов очистки, на­ сколько бы эффективным для повышения прочности сцепления он не являлся, при работе с печатными пла­

52

тами непригоден, если он ухудшает электроизоляционные свойства материала оснований.

При сенсибилизации поверхности на полярных уча­ стках той поверхности, которая должна быть металли­ зирована, первоначально адсорбируется сенсибилиза­ тор. Такой сенсибилизатор используется затем для образования (путем восстановления на месте) очень тон­ кой металлической пленки. При последующем селек­ тивном нанесении требуемого материала она действует как каталитическая поверхность.

В качестве сенсибилизатора используется водный раствор соли олова или совмещенный водный раствор солей олова н палладия.

Ионы олова оседают в углублениях микрорельефа поверхности отверстий и в результате адсорбции оста­ ются там после промывания, обеспечивая в последую­ щем направленное течение процесса. Активирование производится немедленно после сенсибилизации путем обработки в растворе хлористого палладия.

Ионы двухвалентного олова, замещаясь палладием, образуют центры будущей кристаллизации основного металла. Центры кристаллизации на поверхности пла­ ты, вследствие ее технологической защиты лаком, не возникают. С поверхности лака их удаляют, собирая палладий в «ловушке», промывая заготовку в ванне с

Совмещенный раствор (ионы олова и палладия):

53

ления и структура химической меди хорошие [2 1 ]. Известно множество составов, используемых для

химического меднения. С каждым годом эти составы совершенствуются. Выбирая или разрабатывая раство­ ры, надо учитывать их стабильность, то есть возмож­ ность длительного применения при несложном конт­ роле и корректировке.

Состав растворов, предназначенных для химического меднения, следующий: комплексная соль меди, вещест­ ва, регулирующие pH, восстановитель и стабилизирую­ щие добавки. В качестве соли меди служит сернокис­ лая медь, реже — углекислая. Комплексообразовцуелями меди являются глицерин, оксалаты, карбонаты, аммиак, трилон Б, соли винной кислоты. В качестве восстановителя используется исключительно формаль­ дегид, хотя для этой цели пригодны: гипофосфит, гидрозинсульфатидр. [2 2 ].

Химическое меднение происходит в условиях ком­ натной температуры в щелочной среде при pH > 11.

Для химического меднения различают разбавленные и концентрированные растворы. Разбавленные харак­ теризуются невысокими концентрациями основных ком­ понентов, незначительными скоростями осаждения (до 1 мкм/ч). Однако они обладают большой стабильностью. Что касается концентрированных растворов, то им при­ сущи высокие концентрации основных компонентов и бо­ лее повышенные скорости осаждения (до 5 мкм/ч). Но такие растворы нестабильны.

54

За последнее время на основе тартратных комплек­

ния. Такие растворы поддаются стабилизации и обеспе­ чивают в течение 15—30 минут достаточную толщину меди в отверстиях для дальнейшего гальванического наращивания.

Стабилизаторами в отношении растворов химическо­ го меднения могут быть тиомочевина, гипосульфат, диэтилдитиокарбамат и другие соединения. Растворы хи­ мического меднения, получившие практическое приме­ нение, приведены в табл. 14 [21, 22, 23, 24, 25].

Растворы 1, 5, 6 , 7, 8 используются для нанесения токопроводящего слоя меди в отверстиях с последую­ щим его усилением в гальванических ваннах, растворы 2, 3, 4 тогда, когда необходимо нарастить слой меди толщиной не менее 25 мкм, а электрохимическое осаж­ дение вызывает трудности.

Процесс химического меднения основан на восста­ новлении меди из ее комплексной соли формальдеги­ дом в щелочной среде.

Реакция восстановления меди может быть представ­ лена в следующем виде:

Cu2+ + 2НСНО + 40Н - = Си + Н2 + 2НСОО" + 2Н20.

Во время реакции pH падает и при этом необходи­ мо буферное действие или периодическое добавление щелочи.

На практике щелочь вводят в раствор сразу в из­ бытке. Восстановление меди формальдегидом начина­ ется при pH > 11 и увеличивается, о чем свидетельст­ вует рисунок 15, с повышением pH [26]. На рис. 16

55

56

Симгіч-ш*

жания формальдегида скорость осаждения меди возра­ стает. Формальдегид — единственный восстановитель, катализирующий реакцию восстановления меди при комнатной температуре.

Стабильность поддержания температуры раствора меднения в различное время года определяет актив­ ность формальдегида. Когда температура ниже 18° С, процесс восстановления происходит очень медленно, а при температуре выше 25° С раствор быстро срабаты­ вается, выделяя значительное количество водорода.

В работах [22, 27] отмечается, что на моль осаж­ даемой меди практически расходуется 3—5 молей фор­

рость осаждения меди уменьшается.

Тиомочевина препятствует самопроизвольному раз­ ложению раствора и в процессе его работы и в случае перерыва.

Коррекция растворов, особенно со стабилизирующи-

57

ми добавками (сегнетовоіі соли), осуществляется на основании анализов по расходуемым компонентам:, меди, щелочи, и формалину. Сегнетовая соль и хлори­ стый никель расходуются только за счет того, что пла­ ты уносят раствор и эти компоненты в небольших ко­ личествах необходимо добавлять периодически.

Использование вибрации токами промышленной ча­ стоты на операциях обезжиривания, сенсибилизации, активации, химического меднения способствует интен­ сивному прохождению растворов через отверстия пла­ ты; качество подготовки диэлектрика и его металлиза­ ции при этом улучшается.

Си. мг/ч-см2

Рис. 16. Зависимость скорости меднения от концентрации формальдегида

Качество металлизации поверхности сквозного от­ верстия находится в прямой зависимости от его диамет­ ра. Обработка отверстий, диаметр которых слишком малый, представляет большую сложность. С этой точки зрения оптимальным считается диаметр отверстия, рав­ ный половине толщины платы. В процессе нанесения покрытия и во время промывки поверхности отверстий меньшего диаметра вибрационная, ультразвуковая и другие виды специальной обработки обязательны [28]. Когда металлы осаждаются химическим восстановле­ нием, то для того, чтобы достигнуть более равномерной толщины их слоя и меньшего осаждения шлама, рабо­ чие растворы необходимо перемешивать и фильтровать.

2 — 6. ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ОСАЖДЕНИЕ

Нанесение покрытий методом гальванического на­ ращивания металла получило широкое применение в производстве печатных плат. Благодаря этому в мон­

5&