Контрольные вопросы

1. Классификация методов изготовления ПП.

2. Химический субтрактивный метод изготовления ПП. Сущность метода. Его достоинства и недостатки.

3. Краткая характеристика основных технологических операций изготовления ПП химическим методом.

4. Основное назначение подготовительных операций. Способы подготовки поверхности заготовок.

5. Назначение и способы получения рисунка на поверхности ПП.

6. Основное назначение, способы травления медной фольги.

7. Типы травильных растворов, применяемых в промышленности.

8. Назначение контроля ПП. По каким признакам оценивается качество ПП.

Лабораторная работа № 2

Комбинированный метод изготовления печатных плат

Цель работы

Изучение технологического процесса изготовления печатных плат (ПП) пози­тивным комбинированным методом.

Теоретические сведения

Методы изготовления ПП разделяют на две группы: субтрактивные и аддитив­ные. В субтрактивных методах (subtratio-отнимание) проводящий рисунок образуется за счет удаления проводящего слоя с пробельных мест. В аддитивных методах (addi­tio-прибавление) рисунок проводников получают нанесением проводящего слоя за­данной конфигурации на диэлектрическое основание.

Существуют и так называемые комбинированные методы изготовления ПП, при которых проводятся как операции нанесения проводящего слоя, так и операции трав­ления излишней металлизации.

Односторонние ПП и гибкие печатные кабели (ГПК) изготавливают преиму­ществен­но субтрактивным химическим методом. Двухсторонние ПП и гибкие ПП из­готавливают преимущественно позитивным комбинированным методом, основанным на применении двухстороннего фольгированного диэлектрика. Для электрического со­еди­нения рисунков проводников двусторонних печатных плат применяют металли­за­цию отверстий. Металлизацию отверстий проводят химико-гальваническим мето­дом, который является типичным методом массового производства ПП.

Сущность позитивного комбинированного метода состоит в том, что в заготовке из фольгированного диэлектрика сверлят отверстия, после чего подвергают их хими­ческой металлизации. Затем одним из способов получают рисунок ПП, проводят элек­тро­литическое меднение проводников и отверстий с последующим их покрытием ме­таллорезистом. Далее защитный слой фоторезиста или краска с пробельных мест уда­ляется, а обнажившаяся медная фольга вытравливается.

Позитивным комбинированным методом изготавливают преимущественно ДПП. Металлизацию отверстий производят электрохимическим способом, а проводящий ри­сунок получают травлением меди с пробельных мест. Сечения проводников ПП до травления и после травления меди показаны на рисунке 1.

После предварительной химико-гальванической металлизации 3 поверхности фольги 2 и монтажных отверстий одним из способов наносится негативный рисунок 4 схемы. На проводящий рисунок и отверстия, не защищенные маской, гальванически осаждаются медь 5 и металлорезист 6, стойкий к травящим растворам. Защитный слой (маска) снимается и производится химическое травление с пробельных мест слоя предварительной металлизации и фольги. Защищенный металлорезистом проводящий рисунок остается не вытравленным, однако, происходит боковое подтравливание эле­ментов схемы на величину а, что значительно снижает адгезию фольги 2 к диэлектри­ческому основанию 1.

Рисунок 1. Сечение проводников печатной платы

Разрешающая способность позитивного комбинированного метода несколько ниже, чем химического, что объясняется большим боковым подтравливанием и разра­щиванием (увеличением) элементов схемы, характер которого зависит от способа на­несения защитного рисунка на поверхности заготовки ПП. При сеткографическом спо­собе, где создаются защитные слои толщиной не более 5..7 мкм, в процессе гальвани­ческого осаждения меди 5 и защитного металлорезиста 6 происходит разращивание элементов схемы (рис. 1,а).

При фотографическом способе с использованием сухого пленочного фоторе­зиста 4 толщиной 40..60 мкм разращивание меди не происходит (рис. 1,б).

Ширина проводников зависит также от вида металлорезиста. Если применят не­оплавленный металлорезист, то их ширина увеличивается из-за разращивания метал­лорезиста при металлизации, а расстояние между ними уменьшается.

Оплавляемый металлорезист, например сплав олово-свинец, за счет сил по­верхностного натяжения при его расплавлении стягивается в пределах медного слоя, что обеспечивает более оптимальное сечение элементов проводящего рисунка схемы.

Схема технологического процесса изготовления ПП позитивным комбинирован­ным методом представлена на рис.2.

Рассмотрим особенности технологических операций производства ДПП.

При образовании монтажных и переходных отверстий в ПП применяют в основном два метода: пробивка на специальных штампах и сверление.

Пробивку отверстий на универсальных или специальных штампах применяют в тех случаях, когда отверстия в дальнейшем не подвергаются металлизации и их диа­метр не менее 1 мм.

Сверление обеспечивает необходимое качество отверстий и одновременно высо­кую точность. Ранее основной объем сверлильных работ выполнялся на настольных станках вручную (по разметке), а также на станках с оптическим наведением сверла на центр контактных площадок. Переход на обработку отверстий для образования ри­сунка схемы, а также стремление увеличить производительность операции и сократить объем ручного труда привели к широкому применению специальных одно - и много­шпинделевых сверлильных станков с числовым программным управлением.

С пециальные сверлильные станки с программным управлением имеют коорди­натный стол с автоматизированным приводом по двум координатам и сверлильные шпиндели с бесступенчатым регулированием скорости, а также систему числового программного управления позиционного типа.

Двусторонний фольгированный диэлектрик

Сверление и очистка отверстий

Сенсибилизация и

активация

Химическое меднение

Создание защитного покрытия

Гальваническое усиление меди

Рис. 2. Схема технологического процесса изготовления двухсторонних печатных плат позитивным комбинированным методом (см. также с. 19)

Гальваническое осаждение металлорезиста

Удаление защитного покрытия

Травление

Создание неметаллизированных отверстий

Рис. 2. (окончание)

К таким станкам предъявляются высокие требования по жесткости конструкции, точности и скорости позиционирования, диапазону числа оборотов, частоте подач шпинделя и совершенству системы программного управления. В станках высшего плана стремятся повысить скорости подач и обратного хода, а также применить авто­матическую систему смены сверл по программе и оснастить их управляющими микро­процессорами или мини - и микроЭВМ.

Применение гранитных станин вместо традиционных чугунных обеспечивает вибропоглощение, снижает температурные деформации. Воздушные циркуляционные подшипники, размещенные в гранитной опоре, имеют малый коэффициент трения и практически не изнашиваются. Гранит хорошо обрабатывается, и направляющие из него долговечны. Повышение скорости подач, а следовательно, и число рабочих ходов шпинделя в единицу времени зависит от предельного числа оборотов шпинделя, т.к. подача на один оборот сверла не должна превышать 0.05 мм. Проведенные исследова­ния процесса сверления показали, что оптимальная частота вращения составляет 45000…120000 об/мин. Для обеспечения высокого качества поверхности просверлен­ных отверстий важно как можно быстрее извлечь сверло из отверстия. Поэтому станки должны иметь возможно более высокие скорости обратного хода шпинделя. У лучших образцов современных станков эта скорость доходит до 25 м/мин.

Современные материалы, применяемые для изготовления ПП, характеризуются повышенными абразивными свойствами, что ведет к быстрому затуплению инстру­мента. Получение большого числа отверстий в структуре с различными физико-меха­ническими свойствами (медь, стеклоткань, эпоксидные композиции и др.) затрудненно даже при использовании высококачественных твердосплавных сверл. Если плата имеет, например, 3000 отверстий, то сверло может затупиться до окончания их сверле­ния. При числе ходов шпинделя в минуту, равном 150, время сверления средней платы составит 20 мин. Если добавить 10 минут на смену сверл, то время, необходимое для сверления, увеличится на 50 %. При обработке платы с 1200 отверстиями смена сверл займет 10 мин., а собственно сверление 8 мин. Автоматическая замена сверл устраняет этот недостаток. В станках, оснащенных устройствами смены сверл по программе, эта операция занимает около 10 с.

В качестве инструмента для обработки отверстий в гетинаксовых ПП применяют спиральные сверла из быстрорежущей стали Р18. Использование этих сверл для свер­ления отверстий плат из стеклотекстолита невозможно, так как вследствие высоких абразивных свойств материала ими можно обрабатывать не более 20-30 отверстий. Поэтому для сверления стеклопластиков применяют специальные спиральные сверла из металлокерамического твердого сплава ВК 80М или ВК 6М. Их стойкость состав­ляет 3000…7000 тысяч отверстий. Если сверление плат производят на станках с на­правляющей твердосплавной втулкой (например, ABL-24), то сверла должны быть ци­линдрическими. При сверлении на станках других типов применяют сверла с утол­щенным хвостиком. Так как современные конструкции ПП не предусматривают зен­кование отверстий, то комбинирование сверла типа “сверло-зенкер” используют только для сверления односторонних плат с отверстиями, металлизирован­ными пистонами.

Номинальное значение диаметра сверла следует выбирать исходя из зависи­мости

d_св=d+0.7(₁+₂), (1)

где d-номинальный диаметр отверстия, мм;

₁-допуск на этот диаметр, мм;

₂- допустимое уменьшение диаметра обрабатываемого отверстия после охлаждения слоистых пластиков, мм.

К применяемым для обработки твердосплавным спиральным сверлам предъявляются следующие требования:

-диаметр сверл должен быть на 0,1…0,15 мм больше диаметра металлизированного отверстия для компенсации некоторой упругости диэлектрика и толщины последующей металлизации;

-рабочая часть сверла должна иметь обратную конусность в пределах 0,02…0,03 мм для уменьшения трения в процессе обработки;

-радиальное биение рабочей части относительно хвостовика не должно превышать 0,01 мм;

-форма режущих кромок должна быть прямолинейной, они должны быть острыми, без выкрашивания и завалов;

-несимметричность относительно оси сверла должна составлять не более 0,02 мм, а осевое биение кромок, проверяемое на их середине, не более 0,01…0,02 мм;

-нецентричность сердечника спирали не должна превышать 0,01 мм, а его толщина в зависимости от диаметра сверла должна находиться в пределах 0,01…0,03 мм;

-поверхности спинок и спиральных канавок должны быть полированными для предотвращения налипания смолы в процессе сверления;

- оптимальный угол при вершине сверл должен составлять 120-130 С, угол спирали зуба 30 С, угол крутизны спирали 25-30 С.

Оптимальная скорость резания твердосплавными сверлами составляет 25-30 м/мин при числе двойных ходов шпинделя до 200 в минуту. Стойкость сверла 2000-4000 отверстий, после чего сверло должно быть переточено на 20-30 % ниже. Твердосплавные сверла для обработки плат допускают 5-6 переточек. Нефольгированный диэлектрик из-за худшего теплоотвода изнашивает сверла быстрее.

Несмотря на непрерывное совершенствование процесса сверления и попытки применения охлаждающих агентов, не содержащих смазок (вода, водяной туман, сжатый воздух), при сверлении происходит наволакивание, размягченной смолы на медные кромки контактных площадок, препятствующие последующей металлизации отверстий. Попытки глубокого охлаждения также не дают требуемого эффекта. Приводящее к лучшим результатам сверление под водой технически трудно осуществимо, а рекомендуемое последующее рассверливание отверстий значительно увеличивает трудоемкость операции. Наиболее эффективным средством устранения наволакивания признана последующая групповая гидроабразивная очитка поверхности отверстий.

Если отверстия в дальнейшем не подвергаются металлизации и их диаметр не менее 1 мм, то применяют пробивку отверстий на специальных или универсальных штампах. Правильный выбор зазоров между рабочими частями штампа, их размеров и геометрии, а также усилий при штамповке позволяет свести к минимуму образование трещин на материале и расслоений. При пробивке отверстий в односторонних фольгированных диэлектриках применяют штампы с увеличенным двухсторонним зазором между пуансоном и матрицей, обеспечивающим затягивание фольги в отверстие, чем достигается его частичная металлизация. Максимальная глубина затягивания фольги в отверстие диаметром 1…1,3 мм достигается при технологическом зазоре 0,4^+0,2 мм. В этом случае диэлектрик со стороны фольги укладывается в плоскости пуансонов, а удельное усилие прижима увеличивается в два раза по сравнению с обычным вариантом. Если плата имеет высокую плотность монтажа, большое количество отверстий и малый шаг координатной сетки, то применяют последовательную пробивку на нескольких штампах. Применение универсальных штампов, в которых необходимое количество отдельных пуансонов набирается в специальном трафарете, делает процесс штамповки экономичным в условиях мелкосерийного производства.

При изготовлении ПП комбинированным методом химическая металлизация используется как подслой перед гальваническим осаждением.

Процесс химической металлизации основан на окислительно-восстановительной реакции ионов металла из его комплексной соли в определенной среде, при которой для восстановления катионов металла электроны получают в результате окисления специальных веществ, называемых восстановителями. На диэлектрике реакция восстановления протекает при наличии на его поверхности каталитического активного слоя. Для придания диэлектрику способности к металлизации производят операции сенсибилизации и активирования.

Сенсибилизация-это процесс создания на поверхности диэлектрика пленки ионов двухвалентного олова Sn²⁺, которые впоследствии обеспечивают восстановление ионов активатора металлизации. Платы обрабатывают в растворе двуххлористого олова и соляной кислоты (SnCl₂-5…10 г/л, HCl-20…40 г/л, остальное дистиллированная вода) в течение 5-7 минут и промывают в холодной воде. При этом происходит гидролиз хлористого олова по реакции:

SnCl₂+H₂OSn(OH)Cl+HCl; (2)

Sn(OH)Cl+H₂OSn(OH)₂+HCl.

Активирование заключается в том, что на поверхности, сенсибилизированной двухвалентным оловом, происходит реакция восстановления ионов каталитического металла. Обработку проводят в растворах благородных металлов, преимущественно палладия (PdCl₂ – 0.5…4 г/л, HCl – 10…20 г/л, остальное дистиллированная вода), в течение 5…7 минут. На плате происходят следующие реакции:

на диэлектрике

Sn²⁺+Pd²⁺ Pd+Sn⁴⁺; (3)

на поверхности фольги

Cu+Pd²⁺ Pd+Cu²⁺; (4)

Контактное выделение палладия на меди приводит к образованию барьерного слоя из рыхлой и не прочной пленки гидридов палладия, которая снижает адгезионные свойства химически осажденной меди и увеличивает переходное сопротивление. Для улучшения качества металлизации используют совмещенный раствор, в котором контактное выделение палладия существенно уменьшается. Совмещенный раствор имеет следующий состав, г/л: PdCl₂ – 0,8…1, SnCl₂H₂O – 40…70, KCl – 140…150, HCl – 150…200.

После активирования и промывки платы поступают на химическое меднение.

Химическое осаждение меди происходит вследствие восстановления ионов двухвалентной меди на активированных поверхностях из-за ее комплексных солей. В состав растворов для химического меднения входят соли меди, являющиеся источниками катионов Cu²⁺, соли никеля для более прочного сцепления меди с диэлектриком; щелочь комплексообразователь, предотвращающий выпадение гидроксида металла в растворе; формалин в качестве восстановителя; сода как буферная добавка, повышающая скорость меднения; стабилизаторы, т.е. размягченные добавки, улучшающие качество медного слоя.

При производстве ПП применяют разбавленные растворы с невысокими концентрациями основных компонентов (скорость осаждения меди до 1 мкм/ч); стабильная в эксплуатации и концентрированные (скорость осаждения меди до 5 мкм/ч), но сравнительно быстро разлагающиеся, например, следующего состава, г/л: сернокислая медь CuSO₄ – 15…20; виннокислый калий – натрий KnaC₄H₄O₆ – 50…60; гидроксид натрия NaOH – 10…15; углекислый натрий Na₂CO₃ – 2…4; двуххлористый никель NiCl₂ – 2…4; серноватокислый натрий Na₂S₂O₃ – 0,1; 33%-ный раствор формалина CHOH – 4…6.

Время осаждения подслоя меди толщиной 0,25…0,5 мкм в таком растворе при температуре 18…25 С составляет 15…20 минут. Для облегчения удаления водорода, выделяющегося в процессе меднения, и для лучшего омывания растворов отверстий малого диаметра процесс ведется с плавным покачиванием плат (8…10 кач/мин при амплитуде 50…100 мм).

Слой химически осажденной меди должен быть плотным, без разрывов и царапин, светло-розового цвета, с полным покрытием стенок отверстий, достаточно пластичным и мелко зернистым. Он легко окисляется на воздухе, поэтому желательно наносить гальваническую медь непосредственно после операции химического меднения.

Как видно, основными проблемами химической металлизации являются низкая производительность, сложность процесса, использование дорогостоящих материалов. Для устранения указанных недостатков разрабатываются методы беспалладиевой металлизации, например термохимический (термолиз). Процесс проводится в растворе, г/л: кальций фосфорноватисто-кислый – 130…170, медь сернокислая пятиводная – 200…250, гипофосфат аммония – 6…10, аммиак (25%) –200…300 г/л. После обработки платы выдерживаются в термошкафу при 100…150 С в течение 8…10 минут. В результате термического разложения комплексной соли гипофосфата меди на поверхности печатной платы и в монтажных отверстиях образуется электропроводящее покрытие, которое служит основой для электрохимического наращивания металла.

Нанесение рисунка схемы на ПП необходимо для получения защитной маски требуемой конфигурации. Рисунок должен иметь четкие границы между областями защищенных и незащищенных участках схемы с точным воспроизведением узких линий (разрешающая способность); быть стойким в процессе травления подготовки поверхности металлизации (без отслаивания, шелушения и проколов); не загрязнять платы, растворы и электролиты какими-либо примесями; иметь окраску для контроля качества его нанесения и хорошо сниматься после выполнения своих функций.

Перенос рисунка печатных проводников на фольгированный диэлектрик, т.е. создание покрытия, осуществляют методами офсетной печати, сеткографии и фотопечати.

Метод офсетной печати основан на переносе изображения проводников с печатной формы (клише) на основание ПП с помощью печатного валика. Метод применим в условиях массового и крупносерийного производства, так как, в противном случае, из-за больших затрат на техническое оснащение становится неэкономичным. Достигаемое качество и точность рисунка ПП ниже, чем при других методах.

Сеткографический метод основан на нанесении специальной краски на плату путем продавливания ее резиновой лопаткой (ракелем) через сетчатый трафарет. При этом образуется устойчивый к травлению или гальваническому осаждению слой, толщиной 10…30 мкм. Этот метод обеспечивает высокую производительность и экономичен в условиях массового производства.

При методе фотопечати поверхность фольгированного диэлектрика покрывают светочувствительным слоем (фоторезистом), на который с фотошаблона копируют рисунок печатного монтажа.

Метод фотопечати по отношению ко всем другим методам создания защитных рельефов обеспечивает самую высокую точность и плотность монтажа, соответствующую 4-5 классу.

Гальваническую металлизацию при производстве ПП применяют для предварительного увеличения тонкого слоя химической меди до толщины 5…8 мкм с целью последующего нанесения на поверхность проводящего рисунка схемы; образования проводящего рисунка схемы с толщиной меди в отверстиях не менее 25 мкм; нанесения металлического резиста толщиной 8…20 мкм с целью предохранения проводящего рисунка при травлении плат, защиты его от коррозии и обеспечения хорошей паяемости; создания на части проводящего рисунка специальных покрытий (палладий, золото, родий) толщиной 2-5 мкм.

Металлизируемые платы, закрепленные на специальных подвесках-токопроводах, помещают в гальваническую ванну с электролитом между анодом, выполненным из металла необходимого покрытия и закрепленным во избежание образования шлама в чехлы из специальной хлориновой ткани. Подвеска с платами выполняет функции катода. Для электролитического осаждения металла на платах необходима их тщательная подготовка, обеспечивающая полное смачивание электролитом поверхности, подлежащей металлизации, и создание надежного электрического контакта с платами (катодами) и анодами. Место электрического контактирования с анодами должно находиться выше уровня электоролита в ванне. Электролитическое осаждение осуществляют при напряжении 6 В, плотности тока 1,5…5 А/дм², скорости 0,5…1,0 мкм/мин.

Равномерность толщины гальванического покрытия зависит от:

- габаритов металлизируемых плат (с их увеличением равномерность покрытия снижается, что может быть частично скомпенсировано увеличением расстояния между анодами, а также подбором их положения в пределах гальванической ванны;

- расположения плат в ванне (для улучшения равномерности покрытия платы должны быть расположены симметрично и параллельно анодам, площадь последних должна в 2-3 раза превышать площадь металлизации плат при расстоянии между платами и анодами не менее 150 мм);

- рассеивающей способности электролитов;

- оптимальной плотности тока (при низких плотностях тока уменьшается толщина покрытия в середине плат; при высоких плотностях тока происходит утолщение покрытия на углах и кромках плат при увеличенной зернистости осажденного металла).

Адгезия гальванического покрытия зависит от качества подготовки поверхности для металлизации, длительности перерыва между подготовкой поверхности и нанесением покрытия и соблюдения заданных режимов процесса. Повышенная пористость и дефекты чистоты осажденного металла обусловлены загрязнением электролита, недостаточным качеством металлических анодов и дефектами предыдущей металлизации. Недостаточная толщина металлизации вызывается нарушением технологических режимов процесса, заниженной расчетной площадью покрытия или неисправностью оборудования и оснастки.

Для гальванического меднения при изготовлении ПП применяют различные электролиты. Рекомендуемый некоторыми отраслевыми стандартами электролит для предварительной металлизации (затяжки), г/л: борфтористая медь Cu(BF₄)₂ – 230…250; борфтористоводородная кислота HBF₄ –5…15; борная кислота H₃BO₃ – 15…40. В электролите борфтористоводородная кислота повышает электропроводность электролита, а борная кислота способствует стабилизации ионов фтор бората. Процесс идет при комнатной температуре, плотность тока составляет 3…4 А/дм², время осаждения 5-8 мкм меди составляет 15…20 мин.

Обладающий лучшей рассеивающей способностью и дающий более пластичные, блестящие слои (для предварительной металлизации предпочтительны матовые слои, имеющие лучшую адгезию с фоторезистами) сернокислый электролит с комплексной добавкой имеет состав: сернокислая медь CuSO₄ – 60…70 г/л; серная кислота H₂SO₄ – 150…180 г/л; хлористый натрий NaCl – 0.03…0,06 г/л; комплексная добавка – 1…3 мг/л. Этот электролит применяют для окончательной металлизации рисунка схемы. Время осаждения 25…30 мкм меди в отверстиях плат средних размеров при плотности тока 1,5…3 А/дм² составляет 30…40 минут.

К металлизированному проводящему рисунку ПП предъявляются следующие требования;

- металлизация должна быть сплошной, без трещин и отслоений, с шириной проводников не менее допустимой и качеством, соответствующим ТУ;

- слой меди должен быть мелкозернистым светло-розового цвета, пластичным (относительное удлинение 6 %) и прочным (предел прочности на разрыв 20 кг/мм²), без шероховатостей, набросов, пузырений;

- толщина слоя меди в переходных и монтажных отверстиях должна быть не менее 25 мкм;

- поверхность покрытия не должна иметь посторонних включений, раковин, неровностей в виде утолщений, металлизированных заусенцев и т.п.

В качестве металлорезиста чаще всего применяют покрытие олово-свинец. Электроосаждение двух элементов по сравнению с осаждением одного элемента более сложно, что вызвано необходимостью поддержания определенного состава покрытия. При нанесении покрытия олово—свинец для обеспечения последующего оплавления при минимальной температуре и хорошей паяемости ПП необходимо поддерживать соотношение составляющих покрытия, близкое к эвтектическому состоянию, т.е. Sn – 63 %, Pb – 37 %. Содержание олова в осажденном покрытии увеличивается при повышении плотности тока, увеличении количества добавок, снижения температуры электролита, избытка олова в электролите и сильном его перемешивании.

Осаждение покрытия олово-свинец производят в борфтористоводородных электролитах. Процесс ведут при комнатной температуре, плотности тока 1…2 А/дм² и скорости осаждения 1 мкм/мин. При определении толщины покрытия следует учитывать, что в растворах травления меди и осветления покрытия стравливается 2…5 мкм толщины сплава олово-свинец.

Качество гальванических покрытий оценивается визуально под микроскопом типа МБС-1, МБС-2, МБС-9, на увеличивающих телевизионных установках, а также с помощью луп с бестеневым освещением. Повышенная шероховатость покрытия свидетельствует о загрязнении электролита или о недостаточной чистоте металла анодов. Хрупкость осажденного металла вызывается повышенным содержанием органических веществ в составе электролита; покрытие олово-свинец характеризуется при этом наличием разнооттеночных полос. Старый электролит или малое содержание выравнивающих добавок приводят к неудовлетворительному соотношению толщины покрытия на поверхности плат. Темные пятна на поверхности покрытия олово-свинец указывает на увеличенное содержание олова, белый налет – на избыток свинца; более точно заданное содержание покрытия олово-свинец определяют химическим анализом реплик, снятых со специальных контрольных заготовок.

Гальванически нанесенный металлорезист олово-свинец имеет пористую структуру, матовый светло-серый оттенок, быстро окисляется, теряя способность к пайке, и создает эффект нависания покрытия после травления меди. Для устранения этих недостатков производят оплавление металлорезиста с помощью инфракрасного излучения в жидкости или газе. В результате оплавления при кратковременном воздействии температуры, превышающей точку плавления сплава олово-свинец, происходит изменение физического состояния и кристаллической структуры покрытия. Исходная матово-серая кристаллическая поверхность металлорезиста образует сплошное покрытие, одновременно улучшая сцепление на границе припой-медь. Платы приобретают хорошую паяемость, в течение длительного времени поверхность покрытия не коррозирует, силами поверхностного натяжения нависшие кромки металлорезиста собираются в границах покрываемой меди.

Качество оплавления зависит от состава и толщины гальванического покрытия олово-свинец, времени между операциями травления, осветления, оплавления, тщательности подготовки поверхности, активности и физических свойств примененных флюсов. Лучшие результаты оплавления достигаются при составе покрытия, близком к эвтектическому состоянию сплава олово-свинец. Платы с тонким покрытием олово-свинец (до 8 мкм) после оплавления имеют матовый оттенок и недостаточно хорошую паяемость. При толщине гальванического покрытия 8…15 мкм поверхность сплава гладкая, блестящая и обладает хорошей паяемостью.

Оплавление покрытия инфракрасным излучением производят на конвейерных установках, которые включают в себя валковую секцию флюсования плат, зону предварительного нагрева плат до 90…100 С для уменьшения термоудара, подсушки флюса и отсоса его паров, зону оплавления покрытия и зону охлаждения платы интенсивным обдувом воздуха.

Недостатками инфракрасного оплавления являются неравномерный наплыв сплава олово-свинец в отверстия плат и уменьшение их эффективного диаметра.

Оплавление покрытия с помощью жидких теплоносителей производят в специальных линиях с агрегатами флюсования, оплавления, выравнивания слоя сплава олово-свинец ламинарным потоком нагретого воздуха или жидкости, промывкой и сушкой.

Важнейшим этапом формирования проводящего рисунка схемы при изготовлении печатных плат позитивным комбинированным методом является процесс травления (удаления) меди с непроводящих (пробельных) участков схемы.

Травление представляет собой сложный окислительно-восстановительный процесс, в котором травильный раствор служит окислителем. Как правило, травление состоит из операций предварительной очистки меди, способствующей ее более равномерному удалению, собственно удаления меди с пробельных мест платы, очистка поверхности диэлектрика и при необходимости осветления поверхности металлорезиста.

Травление выполняют химическим и электрохимическими способами. Для химического процесса разработаны и используются в промышленности многочисленные составы на основе хлористого железа, персульфата аммония, хлорной меди, перекиси водорода, хлорида натрия и др.

Электрохимическое травление ПП основано на анодном растворении меди с последующим восстановлением ионов стравленного металла на катоде. Такой процесс по сравнению с химическим травлением обладает рядом преимуществ: упрощением состава электролита, методикой его приготовления, регенерации и очистки сточных вод, высокой и стабильной скоростью травления в течение длительного периода времени, экономичностью, легкостью управления и автоматизацией всех стадий.

Широкое применение электрохимического травления сдерживается неравномерностью удаления металла по плоскости платы, что приводит к образованию не вытравленных островков и прекращению процесса. Индивидуальный токопровод, медленное погружение платы в электролит, совмещение электролитического процесса с последующим химическим не обеспечивает его эффективность. Полностью реализовать преимущества электролитического метода позволяют подвижные носители заряда, которые представляют собой частицы графита, расположенные в суспензированном электролите. Эти частицы принимают заряд с анода и переносят его на поверхность меди, переводя последнюю в ионную форму.

Использование электрохимического травления сводит к минимуму боковое подтравливание токопроводящих дорожек и обеспечивает разрешающую способность, равную 70…100 мкм, но стоимость технологического оборудования превышает стоимость машин для химического травления.

После удаления меди с пробельных участков ПП промывают оборотной (используемой для разбавления растворов в модулях травления), а затем холодной проточной водой. Если на поверхности металлических резистов (особенно Sn-Pb) в результате химического взаимодействия с травителем образуются нерастворимые соединения, вызывающие потемнение и ухудшение их паяемости, то их осветляют при температуре 18…25 С в течение 3…5 минут. Растворы осветления готовят на основе кислот и тиомочевины.

Качество полученных ПП проверяется визуально под микроскопом типа МБС-9, а также с помощью луп. Элементами ПП являются диэлектрическое основание, металлическое покрытие в виде рисунка печатных проводников и контактных площадок, монтажные и фиксирующие отверстия.

Диэлектрическое основание ПП должно быть однородным по цвету, монолитным по структуре и не иметь внутренних пузырей и раковин, посторонних включений, сколов, трещин и расслоений. Допускаются одиночные вкрапления металла, царапины, следы от удаления одиночных не вытравленных участков и другие дефекты, которые не ухудшают электрических параметров ПП и не уменьшают минимально допустимых расстояний между элементами проводящего рисунка.

Проводящий рисунок ПП должен быть четким, с ровными краями, без вздутий, отслоений, подтравливания, разрывов, темных пятен, следов инструмента и остатков технологических материалов. Допускаются отдельные местные протравы при условии, что оставшаяся ширина проводника соответствует минимально допустимой по чертежу, риски глубиной не более 25 мкм, отслоения проводников на длине не более 4 мм и остатки металлизации на пробельных участках ПП, не уменьшающие допустимых расстояний между элементами.

Для повышения коррозионной стойкости и улучшения паяемости на поверхность проводящего рисунка наносят электролитическое покрытие, которое должно быть сплошным, без разрывов, отслоений и подгаров. В отдельных случаях допускаются участки без покрытия площадью не более 2 мм² на один проводник, но не более 5 на неоднородность цвета покрытия на ухудшающие паяемость, отсутствие покрытия на торцах проводников.

Монтажные и фиксирующие отверстия должны быть расположены в соответствии с требованиями чертежа и иметь допустимые отклонения, определяемые классом точности ПП. Слой меди внутри монтажных отверстий должен быть не менее 25 мкм. Покрытие должно быть сплошным, без включений, пластичным, с мелкокристаллической структурой и прочно сцепленным с диэлектрическим основанием. Оно должно выдерживать токовую нагрузку 250 А/мм² в течение 3 с при нагрузке на контакты 1…1,5 Н и четыре перепайки выводов без изменения внешнего вида, подгаров и отслоений. После циклического изменения температур сопротивление перехода металлизированного отверстия не должно отличаться более чем на 20 % от значения сопротивления в нормальных климатических условиях. Допускаются в отверстиях точечные не металлизированные участки диаметром не более 0,2 мм. Число таких отверстий не должно превышать 0,3 % от общего числа отверстий. При недопустимом повреждении металлизированные отверстия восстанавливают с помощью пустотелых заклепок, и их число не должно превышать 2 % от общего числа отверстий, но не более 10 шт. на ПП.

Контактные площадки должны быть без разрывов и отслоений. Площадь контактных площадок должна быть такой, чтобы при сверлении оставался гарантированный поясок меди шириной не менее 50 мкм. Разрывы контактных площадок не допускаются, так как при этом уменьшаются токонесущая способность проводников и адгезия к диэлектрику. Допускаются частичное отслоение отдельных (до 2 %) контактных площадок вне зоны проводника и их ремонт с помощью эпоксидного клея. Контактные площадки монтажных отверстий должны равномерно смачиваться припоем за время 3…5 с и выдерживать не менее трех перепаек без расслоения диэлектрика, вздутий и отслаивания.

Весь технологический процесс изготовления ПП химическим методом не должен ухудшать электрофизические и механические свойства применяемых конструкционных материалов.

В процессе производства возникает деформация ПП, которая приводит к изгибу и скручиванию, затрудняющим последующую сборку. Величина деформации определяется механической прочностью фольгированных диэлектриков, характером напряженного состояния после стравливания фольги, правильностью режимов нагрева и охлаждения. На платах толщиной 0,8 мм деформация не контролируется, при толщинах 1,5…3 мм деформация на 100 мм длины для ПП на стеклотекстолите не должна превышать 0,5…0,8 мм, на гетинаксе – 0,5…0,9 мм, для ОПП на стеклотекстолите – 0,6…0,9 мм, на гетинаксе 0,6…1,6 мм. При воздействии на ПП повышенной температуры 260…290 С в течение 10 с не должно наблюдаться разрывов проводящего покрытия, отслоений от диэлектрического основания.