10. Материалы паяльных масок
Паяльные маски накрывают поверхность печатных плат так, чтобы открытыми оставались только печатные элементы для пайки или микросварки. Это необходимо не только для экономии припоя при групповых методах пайки, но и для уменьшения массы плат, устранения термомеханических напряжений на печатных проводниках. Одновременно паяльные маски выполняют активную роль электроизоляционного и влагозащитного покрытия. Их специально выполняют гидрофобными и в меру влагостойкими.
Существуют две разновидности материалов для паяльных масок: жидкие и пленочные. Жидкие композиции (эмали, краски) представляют собой вязкотекущую массу, которая наносится на поверхность платы методами трафаретной печати, а затем отверждается. Пленочные материалы представляют собой пленочные фоторезисты, которые наслаиваются на поверхность платы, а затем обрабатываются методами фотолитографии так, чтобы открылись печатные элементы для пайки.
Паяльные маски наносятся на рельеф печатных проводников. Поэтому для наслаивания пленок вынуждены использовать, так называемые, вакуумные ламинаторы, в которых из пазух между печатными проводниками высасывается воздух и тем самым предотвращается образование пузырей. Вакуумный ламинатор рентабелен только в массовом производстве, так чтобы заготовки плат шли через ламинатор непрерывным потоком, иначе много пленки уходит в отход. В серийном производстве более целесообразно использование эмалей и красок, которые можно наносить методами сеткографии. Однако трафаретная печать не обладает таким разрешением как фотолитография. В таких случаях используют фотопроявляемые краски и эмали, способные обрабатываться методами фотолитографии. В этом случае станок трафаретной печати используется лишь для нанесения ровного слоя определенной толщины. А рисунок после подсушивания формируется экспонированием через фотошаблон и проявлением в соответствующих растворах.
Толщины пленочных фоторезистов для паяльных масок могут быть 60 и 90 мкм. Толщина паяльной маски - 30...40 мкм.
Выбор паяльной маски обусловлен классом плат, которые необходимо изготовить. Для печатных плат с разрешением 0,3...0,5 мм при больших сериях экономически оправдано использование трафаретной печати. Для плат средней степени интеграции целесообразно использовавие сухой пленочной фотопроявляемой защитной паяльной маски, но применение ее потребует дополнительных капитатовложений на приобретение оборудования для ее нанесения. По мере усложнения печатных плат при размерах проводников и зазоров от 0,1/0,1 мм и менее можно использовать только жидкую фотопроявляемую маску, а при работе с отверстиями менее 100 мкм необходимо оборудование «мокрого занавеса» и прецизионные печи для термодубления. Каждый шаг на пути усложнения печатных плат влечет значительное удорожание используемых оборудования, материалов и химикатов.
11. Осаждение химической меди
Химическое меднение относится к классу окислительно-восстановительных реакций, обусловленных переходами электронов, изменениями валентного состояния реагентов. Химическое меднение - сложный процесс, протекающий лишь при наличии на поверхности, подлежащей металлизации, специатьного вещества - катализатора. Процесс взаимодействия тартрата меди с формалином в присутствии палладиевого катализатора схематически описывается следующим образом:
На первой стадии катализатором является палладий, после экранирования палладия слоем осажденной меди процесс не прекращается, а ускоряется уже одним из продуктов реакции - металлической медью, т.е. переходит из каталитического в автокаталитический. Химическое осаждение меди - это пример гетерогенного кататиза. т.е. реагирующие вещества (раствор химического меднения), и катализатор (палладий или медь на поверхности, подвергаемой металлизации) составляют различные фазы. При гетерогенном катализе химическая реакция протекает на границе раздела. Поэтому в общем процессе можно выделить следующие стадии: подвод реагирующих компонентов к границе раздела и их адсорбции на ней, химическое взаимодействие на межфазной границе с участием катализатора, десорбция (удаление) продуктов реакции с границы раздела фаз и их отвод от нее.
Для второй автокаталитической стадии процесса химического меднения была предложена электрохимическая теория, согласно каторой металл – катализатор в растворе служит лишь проводником электронов, облегчающим их переход от восстановителя к окислителю. Возможность электрохимического механизма доказана тем, что можно реализовать гальванический элемент, состоящий из медных электродов, погруженных в растворы соответственно Сu2+ и формальдегида. При соединении электронов на одном из них – катоде – восстанавливается медь из раствора Сu2+ , а на аноде окисляется формальдегид и выделяется водород. Таким образом, процесс химического меднения можно представить протекающим в локальных гальванических элементах на поверхности катализатора. Основная катодная реакция восстановления меди может быть представлена уравнением:
Сu2+ + 2HCOH + 4OH → Cu↓ + H2 ↑ + HCOO + 2H2O.
Анодная реакция заключается в окислении формальдегида:
2HCOH + 2OH → HCOOH + H2 ↑ + 2e.