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

тажных и переходных отверстиях слой меди после хи­ мической металлизации усиливается до необходимой толщины.

Основа осуществления гальванических покрытий — электролиз водных растворов солей металла. Если че­ рез такой раствор пропустить постоянный ток, то соль, в зависимости от состава раствора, разлагается на га­ зообразные, твердые и жидкие составные части, то есть

кислотные и водные остатки. Например, молекула сер­ нокислой меди C11SO4 распадается на положительно за­ ряженный ион (катион) Си++ и на отрицательно заря­ женный ион (анион) S 04— .

Металлическое покрытие возникает путем восста­ новления ионов металла в растворе электронами, пода­ ваемыми на катод от внешнего источника постоянного тока. В качестве катода используется проводящая по­ верхность печатной платы.

Под действием электрического поля, образованного электронами, катионы, заряженные положительно, дви­ гаются по направлению к катоду, а отрицательно заря­ женные анионы — в направлении к аноду. Соприкаса­ ясь с электродами, ионы разряжаются, превращаясь в нейтральные атомы или группы атомов.. В этом случае на катоде выделяются металлы или водород, а анод ра­ створяется и на его. поверхности выделяется кислород. Гальваническим путем в водных растворах могут осаж­ даться около тридцати элементарных металлов, а так­ же большое количество двойных и тройных сплавов. Однако при изготовлении печатных схем наиболее ши­ роко используется осаждение меди, серебра, золота, олова, никеля, родия и сплава олово—-свинец [29].

Толщина слоя осажденного металла пропорциональна плотности тока и длительности процесса. Зависимость между величиной тока, проходящего через электро­ лит, количеством вещества, выделяемого на поверх­ ности платы или растворяемого на электроде, и време­ нем данного процесса выражается законом Фарадея

[30].

59

относятся такие факторы, как выход по току; водород­ ный показатель pH; рассеивающая и кроющая способ­ ность электролитов.

Отношение количества металла, фактически выде­ ленного или растворенного, к подсчитанному теорети­ чески, выраженное в процентах, называется выходом по току или использованием по току. Различают катод­ ный (по осажденному металлу) и анодный (по раство­ ренному металлу) выход тока. Состав ванны считается постоянным тогда, когда катодное и анодное использо­ вание тока одинаково. Если в ванне значение катодно­ го выхода по току, необходимого для осаждения метал­ ла, падает, то на катоде, как правило, интенсивность выделения водорода увеличивается. Частично водород выделяется из раствора в виде газа, а также диффун­ дирует в покрытие и в основной металл. Водород дела­ ет покрытие и основной металл хрупким, жестким. Он может вызвать в покрытии внутренние напряжения и пористость [31].

Интенсивность образования водорода можно сни­ зить за счет уменьшения плотности тока. Накопивший­ ся газообразный водород частично удаляют, перемеши­ вая электролит и повышая его температуру в пределах возможности используемой ванны.

Пористое покрытие образуется обычно в результате выделения на катоде водорода, воздуха и другого газа,

60

ции перед гальваническим осаждением способствует со­ зданию прочного контакта и предупреждает отслаива­ ние медного слоя, отложенного в электролитической ванне. Хорошие результаты в подготовке поверхности медной фольги или проводников можно достигнуть при обезжиривании венской известью, при промывке хо­

димо, чтобы электрический контакт плат с источником тока был надежным. При позитивном' способе создание такого контакта не представляет трудности, при нега­ тивном, контактирование — операция довольно трудо­ емкая. В этом случае отверстия плат прошиваются медной проволокой диаметром 0,2—0,35 мм таким обра­ зом, чтобы все печатные проводники оказались замкну­ тыми, либо из фольги в процессе травления создаются замыкающие1 технологические проводники.

Более производительный и удобный способ обеспе­ чения электрического контакта — замыкание печатных проводников на технологическую медную фольгу. Она плотно прижимается к плате через прокладку из пори­ стой резины или к резиновым мешкам, заполненным водой.

Кислотность электролита зависит от того, какова в нем концентрация водородных ионов. Для удобства концентрация выражается показателем степени их кон­ центрации, взятым- с обратным знаком, и называется водородным показателем, обозначаемым pH.

Растворы, водородный показатель которых равен 7, носят название нейтральных. Для кислотных раство­ ров показатель pH меньше 7, для щелочных больше 7. Границы изменения значений pH — от 0 до 14.

61

В процессе электроосаждения необходимо получить равномерное мелкозернистое и свободное от внутрен­ них напряжений покрытие в отверстиях печатных плат.

Равномерность гальванических покрытий зависит от многих факторов и прежде всего от электрохимических, электрических и геометрических условий. Например, чтобы улучшить электрохимические условия осаждения, надо подбирать электролиты, обладающие высокой рассеивающей способностью. Рассеивающая способ­ ность— свойство электролита обеспечивать равномер­ ное распределение металла на катоде при прохож­ дении через электролит электрического тока. Ванны с простыми сернокислыми электролитами используются редко. Дело в том, что в таких ваннах на поверхностях, сложных по своему очертанию, образуется осаждение неоднородное по толщине, п относительно грубая струк­ тура осажденного металла [30]. Ванны, имеющие циа­

кремнефтористоводородного электролита: медь кремне-

Ванны, имеющие борфтористоводородный электро­ лит, используются при pH от 0,5—1,5, температуре 18— 25DС, плотности тока 2—6 а/дм2. Такой электролит вследствие токсичности исходных компонентов и слож­ ности его приготовления в эксплуатации менее удобен.

Ванны с кремнефтористоводородным электролитом

62

ка, принятых для электролита. Это условие объясняет­ ся тем, что, когда плотности тока низкие, средние уча­ стки платы имеют весьма заниженную толщину по­ крытия или не покрываются совсем. С другой стороны, при использовании верхнего предела плотности тока на углах и острых кромках, на краях платы оказывается излишне толстый слой металла.

Улучшить режим осаждения можно путем реверси­ рования тока, то есть периодически переключать полю­ са так, чтобы процесс анодного растворения покрытия по количеству расходуемой электроэнергии не превы­ шал 10—15% от общего расхода постоянного тока.

Что касается геометрических факторов, влияющих на равномерность осаждения металла, то в первую оче­

способность электролита, тем более однородный осадок обеспечивает электролит на предметах неправильной формы и углублениях. Данная величина, если не ме­ нять плотность тока и концентрацию электролита, является постоянной. Следовательно, получение требуе­ мой толщины металлизации в отверстиях прямо зави­ сит от того, каково отношение толщины платы к диа-

63

метру отверстий. Осуществлять гальваническое нара­ щивание металла в отверстиях диаметром менее Чг тол­ щины платы весьма трудно. Когда величина поверхно­ сти, удельный вес металла покрытия, толщина его слоя,' плотность тока и выход по току известны, можно под­ считать время, необходимое для ведения процесса осаждения покрытия. Чтобы решить эту задачу, вна­ чале определяется вес металла, который отложится на изделия из выражения:

где I — величина тока на выходе источника, А;

F — поверхность изделия, загруженного в ванну, дм2. При электроосаждении меди используются медные аноды из горяче-илн холоднокатаных листов по ГОСТ 767—41 марки Ml. Аноды распределяются на поддер­ живающей штанге на расстоянии, одинаковом друг от друга. Крайний анод устанавливают от края ванны на таком расстоянии, чтобы оно превышало расстояние от ее края до изделия. Соблюдение перечисленных пра­ вил позволяет получать покрытие одинаковой толщины

и препятствует «подгару» осаждаемой меди.

Подвеска анодов осуществляется с помощью изоли­ рованных медных крючков или приспособлений. При этом необходимо, чтобы площадь поперечного сечения приспособлений соответствовала величине тока:

(14)

7ÄU’

64

электродных потенциалов, напряжения, затрачиваемого на преодоление электрического сопротивления объема электролита, заключенного между анодом и катодом, и падения напряжения в контактах.

ции, с уменьшением электропроводности электролита, а также с увеличением переходного сопротивления в контактах.

Чтобы поддерживать на ванне нормальное напря­ жение, следует, помимо правильного соблюдения режи­ ма электролиза, обращать внимание на чистоту катод­ ных и анодных штанг, завешивающих приспособле­ ний, особенно в местах их контакта с обрабатываемыми платами или анодом'* и электродными штангами.

Для получения качественного покрытия поверхно­ сти сквозных отверстий в ванне, не обеспечивающей не­ обходимой равномерности осаждения, толщина покры­ тия должна ( быть достаточной. Так в отечественной практике толщина осажденной меди установлена не ме­ нее 25 микрон. За рубежом в многослойных печатных платах она превышает 25 микрон.

3 Зак. 4261

Г Л А В А 3

ТЕХНИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА

ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

3 — 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КОНТРОЛЯ

Высокое качество, надежность и долговечность изде­ лия достигаются за счет разработки и внедрения комп­ лекса организационно-технических мероприятий на всех стадиях его проектирования, промышленного производ­ ства и эксплуатации. Путь решения этих задач — управ­ ление качеством продукции.

Под управлением качеством продукции" понимается установление, обеспечение и поддержание необходимо­ го уровня ее качества в процессе разработки, производ­

обеспечивающих ее пригодность удовлетворять опреде­ ленные потребности в соответствии с ее назначением

[32].

Под контролем за качеством понимается часть си­ стемы управления качеством, надзор за тем, как выпол­ нены работы после определения требований, предъяв­ ляемых к качеству. Иными словами, функции контроля за качеством осуществляются тогда, когда требования в отношении уровня качества уже установлены и изло­ жены в соответствующей нормативной и технической документации.

Контроль качества продукции — это проверка соот­ ветствия показателей качества продукции установлен­ ным требованиям [32], причем в заключении контроля

66

обязательно принимается решение о годности или не­ пригодности продукции, предъявленной к сдаче.

Следовательно, система контроля за. качеством — это система контроля за исполнением нормативных до­ кументов, определяющих качество (ГОСТов, техниче­ ских условий, чертежей и т. д.). При этом такие доку­ менты рассматриваются как подлежащие неукосни­ тельному исполнению.

Основной смысл системы управления качеством, в отличие от прежней системы обнаружения дефектов и извещения об их наличии, заключается в том, чтобы предотвратить появление дефектов. Имеется в виду от­

организационную, воспитательную, хозяйственную и

2.Запрещение каких бы то ни было отступлений от технической документации;

3.Массовый самоконтроль — систематический конт­ роль и анализ деятельности подразделений по показа­ телям, специально разработанным;

4.Аттестация исполнителей для того, чтобы опреде­ лить, соответствуют ли они работам, закрепленным за ними;

5.Разработка на каждый месяц организационно­ технических мероприятий, предусматривающих устра­ нение выявленных недостатков; •

6.Работники контрольного аппарата не имеют пра­ ва разбраковывать продукцию, составляя дефектные ведомости;

7.Изменение порядка предъявления продукции и деятельности ОТК;

8.Усиление работы профилактического, воспитатель­ ного и инструктивного характера;

9. Материальное поощрение за бездефектный труд. Непосредственный исполнитель — рабочий несет полную ответственность за качество изготовленной им продукции. Производственный мастер и начальник це­ ха отвечают за организацию работ, обеспечивающих надлежащее качество выпускаемых изделий. Продук­ ция, предъявленная для приема, не должна иметь ни одного дефекта. Перед тем, как предъявить продукцию к сдаче, рабочий обязан проверить, соответствует ли она действующей технической документации, и только после этого представить мастеру участка для проверки. Продукция, имеющая отклонения от требований тех­ нической документации, отделяется рабочим (масте­ ром) от годной и передается отделу технического конт­

роля для составления акта о браке.

Всем руководителям подразделений предприятия и инженерно-техническим работникам запрещается оформлять временные разрешения на сдачу контроль­ ному аппарату отдельных партий, узлов, изделий, изго­ товленных с отступлением от технической документа­ ции и технологических процессов, а также замену марки и сертификата материалов, установленных конст­ рукторской и технологической документацией.

Система бездефектного изготовления продукции и сдачи ее с первого предъявления позволяет улучшить конструктивные и технологические параметры изделия; снизить издержки производства, брак и количество рек­ ламаций; ликвидировать «узкие места» в производстве; повысить чувство ответственности всех работников за порученное дело.

Основные задачи, стоящие перед отделом техниче­ ского контроля в современных условиях таковы:

1. Контроль соответствия качества и комплектно­ сти выпускаемой продукции требованиям действующей нормативно-технической документации, клеймение про­ дукции, оформление принятой продукции и контроль изъятия из производства забракованной;

2. Окончательная техническая приемка и испыта­ ние готовой продукции, оформление сопроводительной документации, удостоверяющей ее годность;

3. Проведение совместно с цехами, отделами, лабо­ раториями анализа конструктивных, технологических, производственных и эксплуатационных дефектов, выяв­

68