4.4. Химические и гальванические процессы изготовления печатных плат

Основное назначение химических и гальванических процессов заключается в металлизации монтажных отверстий и защите ри­сунка печатной платы при травлении.

Типовой технологический процесс химической и гальванической металлизации печатных плат (ГОСТ 23770—79) состоит из этапов подготовки поверхности, сенсибилизации, активации, химического и гальванического меднений, гальванического осаждения сплава SnPb.

Подготовка поверхности монтажных отверстий печатных плат заключается в гидроабразивной обработке, подтравливании ди­электрика в отверстиях серной кислотой и фтористым водородом, промывки в проточной воде.

Сенсибилизация (повышение чувствительности к меди) осущест­вляется в растворе двухлористого олова, соляной кислоты и метал­лического олова в течение 5...7 минс последующей промывкой вдистиллированной воде. В результате сенсибилизации на поверхности стенок отверстий адсорбируется пленка ионов двухлористого олова, являющаяся восстановителем для палладия.

Рис. 4.4. Схема гальваниче­ского меднения печатных плат

Активация проводится в водном растворе двухлористого палла­дия и аммиака в течение 5...7 мин. Металлический палладий служит центром кристаллизации при химическом меднении. Для сокраще­ния технологического цикла и улучшения качества металлизациииспользуют совмещенный активирующий раствор, в состав которо­го входят соли палладия и олова.

Химическое меднение состоит в восстановлении меди на активи­рованных поверхностях из раствора, в который входят соли меди, никеля, формалина, соды и др. Вре­мя осаждения слоя меди толщи­ной 0,25 ...0,5 мкм составляет 15... 20 мин. Для облегчения удаления водорода, выделяющегося в процес­се меднения, и для лучшего смачи­вания отверстий раствором процесс ведется с плавным покачиванием плат или с наложением ультразву­кового поля. Осадки меди в этом случае имеют более плотную струк­туру, что объясняется лучшими ус­ловиями для удаления водорода, закрывающего поверхность диэлектрика.

Гальваническую металлизацию применяют для увеличения тон­кого слоя меди, полученного при химической металлизации до тол­щины 5...8 мкм, и последующего образования проводящего рисунка схемы с толщиной меди в отверстиях 25 мкм.

Гальваническое меднение требует замкнутого контура проводя­щих покрытий, которое осуществляется технологическими провод­никами, прошивкой отверстий медной проволокой и применением специальных рамок. Медь наращивают в сернокислом,, борфтористо-водородном и других электролитах. При продолжительном воздействии электролита на изоляционное основание возможноухудшение его диэлектрических свойств.

Нанесение гальванических покрытий осуществляют в ваннах (рис. 4.14).

Плату 4 зажимают в металлической рамке и подвешивают на шине 1, установленной в ванне 2 с электролитом. Шину подключа­ют к отрицательному источнику тока, а электроды 3, изготовлен­ные из электролитической меди, — к положительному источнику тока. На плате, которая является катодом, осаждается медь. Для получения хорошего покрытия на стенках отверстий предусматри­вается перемещение рамки, что обеспечивает постоянное обновле­ние электролита в отверстиях.

Важным технологическим параметром является рассеивающая способность процесса, от которой зависит отношение толщины покрытия в отверстии к толщине покрытия на поверхности платы. Так как это отношение не может быть больше единицы, то необхо­димо наносить более толстый слой на поверхность платы, чтобы получить слой заданной толщины в отверстии.

Гальваническое осаждение сплава «олово — свинец» толщиной4...20 мкм производится с целью предохранения проводящего рисунка при травлении плат и обеспечения хорошей паяемости.Возможно применение специальных покрытий (палладий, золото и др.) толщиной 4...5 мкм. Осаждение гальванических сплавов бо­лее сложно, что вызвано необходимостью поддержания определен­ного состава покрытия. Адгезия гальванического покрытия зави­сит от качества подготовки поверхности для металлизации и со­блюдения режимов процесса.

Травление является химическим процессом, при котором участки медной фольги, не защищенные резистом, удаляются с поверхностидиэлектрического основания, а участки, покрытые резистом, сохра­няются и формируют рисунок печатной платы. В качестве резиста используются фоторезист, трафаретная краска или устойчивый к воздействию травителей гальванически нанесенный слой оловянно-свинцового сплава (припоя) или благородных металлов. Процесс травления включает в себя предварительную очистку, собственнотравление металла, очистку после травления и удаления фоторе­зиста.

Травление печатных плат с рисунками, защищен­ными сплавами на основе олова-свинца или .благородных металлов, производится в растворах на основе хлорной меди (ГОСТ 23727— 79). Такие растворы имеют низкую стоимость, просты в приготовле­нии и легко удаляются с платы после травления. Если рисунок пла­ты защищен печатными красками, то травление производится вжелезомедном хлоридном растворе.

Травление набрызгиванием производится в ваннах (рис. 4.15, а). Плата 2 закрепляется в обойме и устанавливается в ванне6 на небольшом расстоянии от поверхности травильного рас­твора 5. Сетка 3 защищает ротор 4 от случайного попадания деталей.

Травильный раствор 5 набрызгивается на плату вращающимися лопастями ротора, установленного на дне ванны. По ходу процесса • концентрация раствора изменяется и содержание ванны необходимо своевременно корректировать.

Травление набрызгиванием обеспечивает равномерное удаление фольги и малое ее подтравливание. Однако этим методом можно обрабатывать одновременно небольшое количество плат при невы­сокой скорости травления.

Струйное травление обеспечивает высокую производи­тельность. Травитель под высоким давлением через систему сопл распыляется на поверхность платы (рис. 4.15, б). С поверхностью платы постоянно соприкасается свежий раствор, поступающий изсопла, что обеспечивает высокую скорость травления. Этот метод является универсальным и обеспечивает травление с высокой раз­решающей способностью.

Время травления сокращается при повышении температуры рас­твора (до 40°С), увеличении силы удара струи травильного раство­ра о поверхность платы и количества воздуха, подаваемого в рас­твор. В зависимости от перечисленных факторов время травления фольги толщиной 35 мкм может составлять 4... 12 мин.

Рис. 4.15. Травление фольги:

а — набрызгиванием; б — распылением; в — проводники после травления (1 — фоторезист, 2 — фольга)

Травящий раствор действует со всех сторон и вызывает нежела­тельные боковые подтравливания (рис. 4.15,в), которые оценива­ются коэффициентом травления K—v/A, где v — толщина фольги; А — боковое подтравливание.

Для уменьшения подтравливания следует применять тонкую (18 мкм) или сверхтонкую (5 Мкм) фольгу.

Защитный слой трафаретной краски или фоторезиста снимают в щелочных растворах. Для снятия некоторых красок используетсядополнительное механическое воздействие вращающихся щеток. После травления необходима тщательная промывка в горячей про­точной воде для удаления травителя.