Типовые конструкции САУ ЛА и технология их изготовления

· Печатные платы

o Основные операции технологического процесса

§ Подготовка поверхности

§ Металлизация

§ Получение КМ

 

§ Подготовка поверхности (Лекция 9(10))

Подготовка поверхности фольги и диэлектрика включает в себя процессы очистки их от различного рода загрязнений, а также изменения состояния поверхностей (выглаживания, придание шероховатости).

Подготовку поверхностей в производстве ПП осуществляют на многих этапах:

· перед нанесением фоторезиста или трафаретной краски

· до и после травления

· перед и в течение химической и гальванической металлизации

· при подготовке слоев МПП перед прессованием и т.д.

Основные способы очистки:

· механический

· химический

· комбинированный (сочетающий два предыдущих способа)

· электрохимический.

Механическая зачистка поверхности фольгированных диэлектриков применяется для удаления окислов, остатков смазки, пленок и других загрязнений. Ее осуществляют на специальных зачистных станках и на установках гидроабразивной очистки.

К химическим процессам очистки относятся:

· обезжиривание

· декапирование

· подтравливание.

Обезжиривание обычно проводят в щелочных растворах (тринатрийфосфат, сода кальцинированная, моющие средства и т.п.). Перед гальваническим осаждением иногда применяют электролитическое обезжиривание фольги. В этом случае заготовка подключается как анод или катод (последнее предпочтительнее). Интенсивное выделение газа на электродах (H2 на катоде и O2 на аноде) обеспечивает бурное перемешивание жидкости вблизи очищаемых поверхностей и, как следствие, хорошую очистку.

Декапирование применяется для удаления с поверхности фольги очень тонких слоев окислов (потускнений), быстро образующихся при воздействии воздуха и влаги. Декапирование обычно проводят в растворах серной или соляной кислот.

Подтравливание медных поверхностей (например, в растворе смеси серной кислоты с бихроматами) применяется для удаления плотно сидящих слоев окислов и других соединений.

Наибольшие трудности обычно вызывает очистка поверхности отверстий в МПП перед металлизацией, в частности удаление пленок смолы, образующихся при сверлении отверстий и покрывающих торцы контактных площадок внутренних слоев. Для снятия наволакивания смолы с торцов контактных площадок применяются следующие методы: подтравливание стенок отверстий в смеси серной и плавиковой кислот, гидроабразивная очистка, а также ионное травление смолы в среде высокочастотной плазмы газов.

§ Металлизация (Лекция 10(11))

Основные цели металлизации в производстве ПП:

· получение на стенках монтажных и переходных отверстий токопроводящего покрытия, электрически соединяющего отдельные слои;

· получение всего токопроводящего рисунка ПП (в аддитивных процессах);

· осаждение на токопроводящий рисунок слоя металла или сплава, защищающего медь от последующего травления и от коррозии при эксплуатации печатного узла, а также создающего условия для пайки при монтаже навесных компонентов;

· нанесение покрытия на концевые печатные контакты (ламели).

Металлизация в производстве ПП чаще всего выполняется химическим (обычно меднение) и гальваническим методами. Химическое меднение (ХМ) в производстве ПП применяется главным образом для получения на стенках отверстий токопроводящего подслоя (толщиной 0,5...1,5 мкм). В дальнейшем на этот подслой осаждается гальваническая медь до требуемой конструкторской документацией (КД) толщины (обычно не менее 25 мкм).

При изготовлении ПП аддитивным методом проводящий рисунок на обеих сторонах платы и в отверстиях получают только химическим меднением, осаждая довольно толстый слой металла. ХМ представляет собой достаточно сложный процесс, основой которого является реакция восстановления меди из растворов ее солей. Реакция протекает в присутствии катализатора (обычно металлического палладия) и относится к категории автокаталитических, т.е. начинается она под действием катализатора, а затем образовавшиеся кристаллы меди сами катализируют дальнейшее выделение меди и процесс происходит уже самопроизвольно.

Стандартный процесс ХМ состоит из следующих операций:

· подготовка поверхности отверстий,

· сенсибилизация и активация,

· химическое осаждение меди.

Кроме того, все операции сопровождаются многочисленными промывками в проточной воде, а также в ваннах со сборниками палладия (после активации). Сенсибилизация и активация проводятся с целью осаждения на диэлектрическую поверхность металлических частиц палладия, являющегося катализатором при последующем химическом осаждении меди. Сенсибилизация и активация выполняются 2 путем раздельно-последовательной обработки в растворах двухлористого олова и хлористого палладия или одновременно в совмещенном растворе этих солей. В состав раствора для ХМ входят: соли меди (являются источником Cu2+), комплексообразователь (предотвращает выпадение гидроокиси в растворе), восстановитель (обычно формалин – раствор формальдегида), различные добавки. Восстановление меди (захват ионом электрона от молекулы формальдегида) происходит на активной (содержащей катализатор) поверхности. Процесс ХМ позволяет получать равномерные по толщине покрытия, не требует затрат внешней энергии (используется химическая энергия). Но в отличие от медной фольги, полученной гальваническим способом и имеющей кристаллическую структуру с плотной упаковкой атомов, химически осажденная медь образует более рыхлое (состоящее из отдельных частиц) и относительно слабо сцепленное с поверхностью покрытие. Это покрытие, по сравнению с фольгой, имеет худшие электрические (электропроводность) и механические (пластичность) характеристики. Кроме того, скорость химического осаждения меди (1...2 мкм/час) в десятки раз меньше скорости гальванического меднения. Поэтому, после получения сплошного слоя химически осажденной меди его усиливают гальванически. При этом отдельные частицы осадка обволакиваются и соединяются с гальванически восстановленной медью, образуя достаточно плотное покрытие, близкое по характеристикам к фольге. Химическое меднение ПП производят в специальных оснащенных автооператорами линиях с набором ванн, в которых проводятся все операции, начиная с подготовки поверхности. Ванны оборудуются устройствами фильтрации и дозирования, системами поддержания заданной температуры и приводом качания плат, размещаемых в групповых подвесках. Качание ускоряет реакцию химического меднения (улучшает омывание более свежим раствором поверхностей, особенно отверстий малого диаметра) и способствует удалению выделяющегося при реакции водорода. Водород отрицательно влияет на качество металлизации (закупоривает отверстия малого диаметра, а также поглощается палладием, в результате чего, осажденная на этих участках медь имеет высокое и нестабильное электрическое сопротивление и низкую прочность сцепления). В последнее время стандартный процесс химического меднения ПП все больше заменяется процессом прямой металлизации. Идея прямой металлизации заключается в создании на поверхности диэлектрика сплошной проводящей пленки (например, из соединений палладия или графита), на которую в дальнейшем осаждается гальваническая медь. Таким образом, процесс ХМ исключается полностью. По мнению специалистов прямая металлизация обладает рядом важных преимуществ, таких как: - облегчается решение проблем, связанных с очисткой сточных вод; - упрощается технологический процесс металлизации; - повышается качество и надежность металлизированных отверстий; - расширяются возможности металлизации различных типов диэлектриков и т.д.

Гальваническая металлизация (ГМ) в производстве ПП обычно включает в себя следующие процессы:

· предварительное и основное меднение,

· осаждение сплава олово-свинец,

· осаждение благородных металлов.

В основе ГМ лежит процесс восстановления положительных ионов металла из электролита на токопроводящей поверхности, к которой подведен отрицательный потенциал относительно другого электрода – анода, изготовляемого обычно из осаждаемого металла (или сплава) и являющегося поставщиком его ионов в электролит. В качестве последних в производстве ПП применяют водные растворы солей осаждаемых 4 металлов.

§ Получение КМ (Лекция 10(11))

Контактные маски в производстве ПП получают с использованием следующих видов резистов:

· ФР,

· трафаретных красок (ТК)

· осаждаемых гальванически металлических пленок (металлорезистов, например, сплав олово-свинец).

По выполняемым функциям выделяют следующие типы КМ:

1. КМ, защищающие медь в растворах травления. Широко применяются все три вида резиста, поэтому его выбор определяется конкретными решаемыми задачами (например, требуемая разрешающая способность, себестоимость, наличие оборудования и т.п.).

2. Гальваностойкие КМ. Более жесткие условия гальванического осаждения по сравнению с травлением (агрессивность электролитов, наличие электрического поля, время обработки) предъявляют более высокие требования к стойкости резистов. Гальваностойкие КМ получают из ФР достаточной толщины (обычно СПФ), либо (в неответственных случаях) с использованием ТК.

3. Защитная маска (ЗМ). Защитная (паяльная) маска наносится на одну или обе стороны ПП. ЗМ образует рисунок, покрывающий поверхность проводников и диэлектрика за исключением мест будущих паек (контактных площадок), печатных разъемов и контрольных точек. ЗМ может наноситься на печатный рисунок как с покрытием (например, олово-свинец), так и без него (непосредственно на медь). Последний случай является более предпочтительным, так как в процессе пайки припой под ЗМ может расплавиться и привести к вздутиям ЗМ или замыканиям. Поэтому оловянно-свинцовый резист перед нанесением ЗМ часто удаляют. ЗМ получают трафаретной печатью (для несложных ПП) или с использованием жидких и сухих ФР.

4. Маркировка. Маркировочные знаки указывают, где и какой элемент должен монтироваться на плату. Их наносят обычно трафаретной печатью до или после нанесения ЗМ.