42883

Химическая металлизация печатных плат

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

И так как вытравливается только этот минимальный слой около 3 мкм то величина подтравов минимальна до 2 мкм что позволяет воспроизводить проводники малой ширины. Поэтому в методе необходимо применять фоторезист толщиной около 30 мкм. Затяжкой Тентинг –метод с общей металлизацией поверхности заготовки Слои 1 2 3 4 5 18 мкм 18 мкм 18 мкм Фольга 3 мкм 6 мкм 35 мкм Общая металлизация поверхности 30 мкм 40 мкм 40 мкм 50 мкм Фоторезист 25 мкм 35 мкм 35 мкм Металлизация рисунка 15 мкм 15 мкм Металлорезист 3 мкм 18 мкм 24 мкм 53 мкм Глубина...

Русский

2013-10-31

1.32 MB

21 чел.

Федеральное агентство по образованию и науке

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

“Московский государственный университет приборостроения и информатики”

Факультет(филиал) ПР      специальность (направление)       200101

Кафедра     ПР1 “Приборы и информационно-измерительные системы”

Дисциплина   Технологии приборостроения

Пояснительная записка к курсовому проекту

на тему: Химическая металлизация печатных плат

            

Студент                                                                                                          О.К. Мигдалев  

                                                               подпись, дата                                                                                                              

Группа ПР-1-08-01Д                 шифр   08062

Обозначение проекта (работы)         КП–2068752–200101–ПР1–19–12

Отчёт защищён                                 на оценку 

Отчёт проверил(а):                                                                                           Ю.В. Зерний

                                                               подпись, дата                  

МОСКВА 2012 г

 Содержание

Введение................................................................................................................................3

Техническое задание на проектирование...........................................................................4

1 Расчет размеров элементов проводящего рисунка ПП..................................................5

2 Полуаддитивный метод с дифференциальным травлением.........................................9

3 Расчет заготовительных операций.................................................................................12

4 Химическая металлизация.............................................................................................18

Заключение.........................................................................................................................31

Список литературы............................................................................................................32

 

 

 Техническое задание на проектирование

 В данной курсовой работе требуется ознакомиться с оборудованием, технологиями и методами, используемыми при конструировании печатных плат (ПП), в частности химической металлизации ПП.  

Исходные данные.

 

Вариант 10.

Размер ПП – 70 мм при соотношении сторон 1:4

Класс точности – 5

Степень точности платы – 14 квалитет

 

 

Согласно ГОСТ Р 53429-2009 «Платы печатные. Основные параметры конструкции», 5 класс точности, накладывает ограничения на характеристики ПП.

Микропроцессорный термометр, рассмотренный в данной курсовой работе состоит из следующих микросхем:

- разъем MF3-2MA;

- компаратор LM2901N;

- супервизор MPC121T-300E/TT;

- микроконтроллер ATmega8535L-8A;

- буфер RS232 ADM3202ARU;

- стабилизатор L78L33 SOT89.

 1 Расчет размеров элементов проводящего рисунка ПП   

       

Размеры проводящего рисунка определяются электрическими параметрами функционального узла, расположенного на ПП -  током, напряжением, частотой, другими, а также параметрами самой ПП – сопротивлением проводников, электрической прочностью, сопротивлением изоляции, допустимой токовой нагрузкой, электрической емкостью, помехозащищенностью.

В частности, от ширины проводников и расстояния между ними зависит погонная емкость, возникающая между параллельными проводниками и вызывающая паразитные связи.

От ширины проводников (сечения) зависят нагрузочная способность по току и сопротивление проводников.

От расстояния между проводниками зависит электрическая прочность изоляции.

От соотношения ширины проводников и толщины ПП зависят емкость, волновое сопротивление, а также эффективная диэлектрическая проницаемость материала основания ПП.

Расчетные соотношения, приведенные ниже и, конструктивно-технологические ограничения проектирования отражены в программных средствах САПР (P-CAD).

Диаметр монтажных отверстий – d, определяется из следующего соотношения:

                        dм –(|∆d|)н.о.dэ + r,                                                            (1)          

где dэ - максимальный диаметр вывода радиоэлемента, равный 3,1 мм; 

r - разность между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода радиоэлемента, равная 0,2 мм;

d н.о. - нижнее придельное отклонение номинального значения диаметра отверстия, равное -0,15 мм.  

Подставляя значения в формулу (1), получим:

dм ≥ 3,1+0,2+0,15,

dм ≥ 3,45 мм,

dм = 3,7 мм.

 

Минимальный диаметр переходного отверстия:

dп = kп hпл ,

где kп - отношение диаметра отверстия к толщине платы, равное 0,2 мм;    

hпл - толщина печатной платы, равная 1,64 мм.

dп = 0,21,64 = 0,328 мм.

Расстояние от края ПП - не менее толщины ПП; от края паза,  выреза, неметаллизованного отверстия определяется по формуле:

                 Q=q+k+0,5(T2D+T2d+t2 в.о.)0,5 .      (2)

Здесь q – допустимая ширина скола, ореола (допустимый брак), а k – наименьшее расстояние до него (обычно q=1мм, k=0,3 мм); Тd, TD, tв.о. – позиционные допуски и отклонения, определяемые по ГОСТ и равные 0,08; 0,08 и 0,03 мм.

Подставляя значения в формулу (2), получим:

Q=1+0,3+0,5(0,0064+0,0064+0,0009)0,5 = 1,359 мм.

Наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника (t), мм, в зависимости от класса точности:

                             t = tmin D+ tно, (3)         

где tmin D - min допустимая ширина печатного проводника, рассчитываемая исходя из сопротивления и токовой нагрузки, равное для 5 КТ 0,07 мм;

tно - нижнее предельное отклонение ширины печатного проводника, 0,03 мм.

 

Подставляя значения в формулу (3), получается:

t = 0,07 + 0,03 = 0,1 мм.

 

Наименьший номинальный диаметр контактной площадки D(мм), под выбранное отверстие:

             D=d+dво+2b +tво+2dтр+ [Т2d2D +t2но]0,5       (4)          

где dво = 0,05 мм –  верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;

b = 0,025 мм - гарантийный поясок;

tво (но) = 0,03 мм – верхний (нижний) предел отклонения  контактной площадки;  

dтр =0 мм для ДПП.  

Подставляя значения в формулу (4), получается:

D=3,1 + 0,05 + 0,05 + 0,03 + (0,0064+0,0064+0,0009)0,5 = 3,947 мм.

 

Рассчитанное значение диаметра D следует округлять до десятых долей мм в большую сторону, D = 4 мм.

Наименьшее номинальное расстояние S между соседними элементами проводящего рисунка (проводниками, контактными площадками) устанавливают в зависимости от электрических, конструктивных, технологических требований:

                                      S = Smin D + tво +0,5Тl ,                (5)

где Smin D = 0,1 мм  – минимально допустимое расстояние между двумя соседними проводниками;  

tво = 0,03 мм – верхнее предельное отклонение ширины проводника;

Тl = 0,02 мм – позиционный допуск расположения печатных проводников, учитывается только при наличии проводников в узком месте. Наименьшее номинальное значение S рекомендуется устанавливать в зависимости от класса точности.

Подставляя значения в (5), получим:

S = 0,1 + 0,03 + 0,01 = 0,14 мм.

Для 5 КТ, значение S = 0,1 мм, и оно совпадает с рассчитанным значением.

Наименьшее номинальное расстояние (Lном) мм, для прокладки n-го числа печатных проводников между центрами двух отверстий с контактными площадками диаметрами D1 и D2 определяют по формуле:

                             L ном=+tn+S(n+1)+Tl           (6)

 При n = 2 и D1 = D2 = 3,1 мм:

L ном=+ 0,12 + 0,14 3 + 0,02 = 3,74 мм.       

 2 Полуаддитивный метод с дифференциальным травлением

Метод позволяет воспроизводить наиболее тонкие проводники, среди прочих методов (Тентинг, Комбинированный позитивный метод и т.д.). На нефольгированный диэлектрик осаждают минимальный слой меди, чтобы обеспечить возможность дальнейшей металлизации проводников и отверстий. И так как вытравливается только этот минимальный слой (около 3 мкм), то величина подтравов минимальна (до 2 мкм), что позволяет воспроизводить проводники малой ширины.  В этом случае воспроизведение рисунка определяется преимущественно толщиной используемого фоторезиста, толщина которого должна создать рельеф для металлизации, чтобы она не «выплескивалась» за границы трассы. Поэтому в методе необходимо применять фоторезист толщиной около 30 мкм. Величина П/З для данного метода определяется разрешением фоторезиста и может составлять 0,02/0,02 мм. Сравнение основных методов представлено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Сравнение основных методов изготовления ПП

Полуаддитивный метод с дифференциаль-

ным травлением,

Pattern Plating

Комбинированный позитивный метод с прямой металлизацией

Комбинированный позитивный метод с химической металлизацией и гальван. Затяжкой

Тентинг –метод с общей металлизацией поверхности заготовки

Слои

1

2

3

4

5

18 мкм

18  мкм

18 мкм

Фольга

3 мкм

6 мкм

35 мкм

Общая металлизация поверхности

30 мкм

40 мкм

40 мкм

50 мкм

Фоторезист

25 мкм

35 мкм

35 мкм

Металлизация рисунка

15 мкм

15 мкм

Металлорезист

3 мкм

18 мкм

24 мкм

53 мкм

Глубина травления меди

0,04/0,04

0,075/0,075

0,085/0,085

0,13/0,13

Проводник/зазор

2…3

1,2…1,3

1,3…1,4

1,0

Относительная стоимость основного

производства

Продолжение таблицы 1

1

2

3

4

5

8…10

3…4

2…3

1

Относительная стоимость инженерного

обеспечения

2

1,1

1,2

1

Относительный объем прямых издержек

Вывод: Полуаддитивный метод позволяет выполнять платы 5 КТ и имеет более высокие показатели точности. Для изготовления ПП данным методом, необходимо дорогостоящее специализированное оборудование и специальные лаборатории.

Схема полуаддитивного метода с дифференциальным травлением показана в таблице 2.2.

 

Таблица 2.2 – Схема выполнения полуаддитивного метода с дифференциальным травлением                                              

Этап ТП

Эскиз

1

2

Нефольгированный диэлектрик

Сверление и очистка отверстий

Создание проводимости, < 1 мкм

Продолжение таблицы 2.2

1

2

Общая металлизация поверхности, 3 мкм

Нанесение фоторезиста, толщина фоторезиста 30 мкм

Металлизация рисунка, 25 мкм

Снятие фоторезиста

Травление рисунка схемы

 

3 Расчет заготовительных операций

 Получение заготовок ПП

На рисунке 3.1  представлены составляющие производственного процесса изготовления ПП, подробно рассмотренные в специальной литературе [1].

ПРОИЗВОДСТВО

ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Производство фольгированного диэлектрика

Обучение

операторов

Обучение

специалистов

Производство

сверл

Производство

оборудования

Снабжение

энергией и водой

Обработка отходов

производства

Производство

фотоматериалов

Производство

фоторезиста

Производство

химикатов

Монтаж узлов на

печатных платах

Рисунок 3.1 – состав производственных задач изготовления ПП

Получение заготовок ПП. К заготовительным операциям относятся:

  1.  раскрой материала;
  2.  получение заготовок;
  3.  получение установочных  и технологических отверстий.

Заготовки ПП получают путем резки листов на полосы (на гильотинных ножницах, параллельных, дисковых) или в штампах (в серийном производстве).

Размеры заготовки определяют по формуле:

Aз(длина) = Ап + 2H,

где Ап = 70  длина платы по чертежу, мм;

Н  ширина технологического поля, для ДПП Н = 5 мм.

Aз (длина) = 70 + 10 = 80 мм.

Aз(ширина) = Ап + 2H,

где Ап = 280  ширина платы по чертежу, мм;

Н  ширина технологического поля, для ДПП Н = 5 мм.

Aз (ширина) = 280 + 10 = 290 мм.

Рациональность раскроя оценивается коэффициентом использования материала η:

где F = 23200 мм2  площадь заготовки под ПП;

 N = 44  число ПП получаемых из листа;

В = 1200 и Н = 900  ширина и длина листа FR4 соответственно, мм.

.

Штамповка ПП. Операции штамповки заготовок ПП проводят на стандартных кривошипных или эксцентриковых прессах с использованием вырубных штампов, где матрицы и пуансоны изготавливаются из сталей марок Х12М и Х12Ф1 или твердого сплава марок ВК15 и ВК20.

Рассчитываем исполнительные размеры матрицы и пуансона.

Dм = (Dн - δ)+ δм  Dп=(Dн- δ-z)- δп

где Dм ,Dп  - исполнительные размеры матрицы и пуансона;

 δ = 0,74 мм, δп = 0,12 мм, δм = 0,12 мм– допуски на вырубаемую плату, пуансон, матрицу для размера 70 мм;

 δ = 1,3 мм, δп = 0,21 мм, δм = 0,21 мм– допуски на вырубаемую плату, пуансон, матрицу для размера 280 мм;

 z – двусторонний  зазор между пуансоном и матрицей;

 z = 0,045…0,09 для ПП из стеклотекстолита (возрастает с увеличением L), толщиной 1,5 мм, в зависимости от размера ПП.

Dм = (70 – 0,74)+0,12 = 69,26+0,12 мм Dп=(70- 0,74-0,05)-0,12 = 69,21-0,12 мм

Dм = (280 – 1,3)+0,21 = 278,7+0,21 мм Dп=(280- 1,3-0,09)-0,21 = 278,61-0,21 мм

Определяем усилие вырубки по контуру или пробивки отверстий по формуле (для штампа, с вырубкой “на провал”):

Р = Р1234,

где Р1- усилие вырубки (пробивки), Н;

Р2- усилие прижима материала к плоскости штампа, Н;

Р3 – усилие проталкивания, Н;

Р4- усилие снятия отхода или детали с пуансона, Н.

Если в конструкции штампа используются контрпуансон, буфер, тарельчатые пружины или другие конструктивные элементы, то необходимо скорректировать формулу расчета усилия Р.

Усилие Р1 вырубки (пробивки) определяют по формуле:

P1 = 1,2∙LSτср ,

где L = 700 – периметр вырубаемого (пробиваемого) контура, мм;

 S = 1,5 – толщины вырубаемой ПП, мм;

 τср – сопротивление срезу, МПа (для стеклотекстолита 130…150 МПа).

P1 = 1,2∙0,7∙0,0015∙140000000 = 176400 Н.

Для предотвращения расслоения материала и улучшения качества поверхности среза необходимо давление прижима.

Усилие прижима:

P2 = LSq,

где q – удельное давление прижима, (1…1,5∙107 Па).

P2 = 0,7∙0,0015∙1400000 = 14700 Н.

Усилие проталкивания:

P31∙Р1h/S,

где К1=0,05…0,08 – коэффициент;

 h = 1,57 – высота цилиндрического пояска матрицы, мм (hS).

P3 =0,07∙176400∙1,05 = 12965,4 Н.

Усилие снятия детали с пуансона с помощью буферов, съемников:

P4 = (0,06…0,12)P1 (возрастает с увеличением S).

P4 = 0,1∙ 176400 = 17640 Н.

Р = 176400 + 14700 + 12965,4 + 17640 = 221705,4 Н

После определения P выбирают пресс с номинальным усилием PH , кН,  ход пресса H. Выбран кривошипный пресс КИ2126Е с усилием 400 кН, ход ползуна от 10 до 80 мм.  Далее необходимо проверить пригодность кривошипного пресса по мощности (работе) во избежание перегрузки. Сравниваем полезную работу пресса А0 с расчетной А:

A0 = 0,2∙kHPH ,

где k = 0,36 при работе пресса одиночными ходами.

A0 = 0,2 ∙ 0,36 ∙ 0,07 ∙ 400000 = 2016 Дж.

Работа вырубки-пробивки:

А1 = 0,6∙SP.

А1 = 0,6 ∙ 0,0015 ∙ 176400 = 158,76 Дж.

     Работа, затрачиваемая на трение:

                       

А2 = 0,3∙А1.

А2 = 0,3 ∙ 158,76 = 47,628 Дж.

     Работа упругой деформации пружинного пресса с С-образной станиной:

А3 = 0,5∙PD,

где D = 0,1 мм  деформация пресса.

А3 = 0,5 ∙ 12,97  ∙ 0,1 = 0,6485.

Работа, затрачиваемая на сжатие буферов, съемников, выталкивателей:

А4 = PH.

А4 = 17640 ∙ 0,07 = 1234,8 Дж.

Необходимо вычислить суммарную работу станка, по формуле:

A = А1 + А2 + А3 + А4 .

A = 158,76 + 47,628 + 0,6485 + 1234,8 = 1441,84 Дж.

2016 > 1441,84

Должно выполняться условие А0 > A, если оно не выполняется, следует использовать более мощный пресс или увеличить ход, что неблагоприятно скажется на производительности. Согласно расчетам, выбранный пресс подходит, можно продолжить расчеты.

4 Химическая металлизация

Химическая металлизация ПП используется в качестве слоя или подслоя для нанесения основного слоя токопроводящего рисунка гальваническим способом при субтрактивном и полуаддитивном методе или основного слоя при изготовлении плат аддитивным методом.

Для придания диэлектрику способности к металлизации проводят такие подготовительные операции, как сенсибилизация и активация поверхности.

Сенсибилизация (от лат. sensibilis — чуствительный) поверхности имеет целью формирование на поверхности диэлектрика пленки ионов.

Активация поверхности диэлектрика проводится в растворах солей благородных металлов, преимущественно палладия, и способствует последующему осаждению меди.

Химическое осаждение меди — окислительно-восстановительный процесс, который происходит вследствие восстановления ионов двухвалентной меди на активированных поверхностях из ее комплексных солей.

Растворы для тонкослойного и толстослойного меднения

С учетом назначения слоев осаждаемой меди растворы химического меднения можно разделить на составы для тонкослойного и толстослойного меднения. Тонкие (до 0,5-1,0 мкм) медные слои выполняют функцию подслоя в разнообразных процессах металлизации диэлектриков, а толстые слои (до 20-40 мкм) - функцию рисунков печатных плат или гибких кабелей в аддитивной технологии. Соответствующие растворы имеют различие в составе, режимах работы и скоростях осаждения, что существенно сказывается на свойствах получаемых из них слоев.

Тонкие и толстые медные пленки должны быть проводящими и хорошо связанными с подложкой. Кроме того, толстые пленки должны быть устойчивы к термическим воздействиям в процессе пайки и перепайки.

Составы растворов обоих типов сходны по основным компонентам, но принципиально отличаются по добавкам, регулирующим скорость осаждения и стабильность. Растворы толстослойного меднения намного стабильнее растворов тонкослойного меднения, скорость осаждения из которых не превышает десятых долей микрона в час при комнатной температуре.

Наиболее распространенными растворами тонкослойного меднения являются тартратные и трилонатные растворы, а также растворы, содержащие два лиганда. Составы стабилизированных растворов тонкослойного химического меднения приведены в таблице 4.1. Растворы с тиосульфатом натрия, диэтилдитиокарбоматом натрия, фенилтиогидантоиновой кислотой и цистеином рекомендуются для получения токопроводящего медного подслоя на поверхности диэлектриков любой природы, а также металлизации отверстий печатных плат, получаемых субтрактивным методом. Растворы химического меднения с тиосемикарбазидом применяются для получения затравочных тонких медных рисунков при фотоаддитивной металлизации диэлектриков. Толстые (свыше 15 мкм) слои меди, используемые в качестве проводников, формирующих рисунок печатной платы или гибкого кабеля, должны быть пластичны (относительное удлинение до разрыва не менее 6%), прочны (прочность на разрыв 200-350 Н/мм2), электропроводны (удельное сопротивление (2-5)х10-8 Ом∙м); должны легко паяться, выдерживать без растрескивания, отслаивания, вздутия не менее трех циклов перепаек. Пластичные медные пленки осаждаются только в случае, если скорость процесса ниже определенной критической скорости. Критическая скорость зависит от температуры: чем выше температура раствора, тем выше скорость. Положительное влияние более высоких температур на пластичность можно, по-видимому, объяснить большей подвижностью атомов меди в процессе осаждения пленок, которая приводит к формированию кристаллов упорядоченной структуры. Величина критической скорости зависит и от конкретного состава раствора: концентрации компонентов, природы лиганда, а также стабилизирующих добавок [2].

таблица 4.1 - Составы стабилизированных растворов тонкослойного химического меднения

В качестве лиганда в растворах толстослойного химического меднения, как и в растворах тонкослойного меднения, чаще всего используется трилон Б. Скорость процесса толстослойного и тонкослойного химического меднения из растворов с трилоном Б экстремально зависит от температуры и рН раствора. Особое значение при составлении рецептур растворов толстослойного меднения имеет выбор стабилизирующих добавок, которые, с одной стороны, должны обеспечивать высокую стабильность в сочетании с приемлемой для практических целей скоростью процесса, а с другой - не оказывать отрицательного влияния на качество осаждающейся пленки.

Таблица 4.2 – Растворы толстослойного химического меднения

Кроме стабилизирующих добавок в растворы вводят дополнительные блескообразователи и вещества пластификаторы, улучшающие пластичность за счет снижения количества водорода, включаемого в пленки.

Обилие рецептур растворов толстослойного химического меднения и некоторая противоречивость приводимых в литературе данных об их составах, параметрах осаждения и свойствах пленок свидетельствуют о том, что проблема поиска оптимального состава раствора до сих пор полностью не решена.

Покрытия хорошего качества с довольно высокой для комнатной температуры скоростью осаждаются из растворов, содержащих комплексную добавку, разработанную Институтом химии и химической технологии (г. Вильнюс). В состав добавки входят: диэтилдитиокарбомат (ДДКNа) - 5 г/л, железосинеродистый калий (K4Fe(CN)6) - 70 г/л, гидроксид аммония (NH4OH) - 102 мл/л. В растворы химического меднения эта комплексная добавка вводится в количестве 0,5 мл/л.

Структура медного покрытия зависит от природы стабилизирующей добавки: в присутствии NaCN осаждаемая пленка меди состоит из частиц размером 2-5 мкм с четкой огранкой, а в присутствии V2O5 - из нечетко ограненных частиц размером до 1 мкм. При использовании раствора, содержащего 2-МБТ, пленки сформированы из крупных столбчатых частиц, состоящих, в свою очередь, из кристаллитов размером менее 1 мкм. Укрупнению зерен меди в толстых медных пленках способствуют увеличение их толщины, повышение температуры раствора и концентрации в нем соли меди, а также менее гладкая поверхность подложки. Пластичность медных пленок существенно увеличивается при прогреве и возрастает с увеличением его длительности и температуры. Вероятно, это объясняется, с одной стороны, протеканием при прогреве процессов, приводящих к укрупнению кристаллов, то есть к удлинению осей скольжения, а с другой - тем, что улетучиваются примеси (углерод, сера, водород и кислород).

Адгезия химически осажденных медных пленок определяется в основном природой и способом подготовки поверхности подложки (степень шероховатости, наличие функциональных групп), способом активирования и в меньшей степени - составом раствора и условиями осаждения. Максимуму адгезии (1300-1900 Н/м) соответствует структурированная поверхность с относительно равномерно и достаточно густо (40 микроуглублений на 100 мкм2) расположенными кавернами травления размером 1-2 мкм.

По электропроводности пленки меди, полученные из растворов толстослойного химического меднения в оптимальных режимах их работы, почти не отличаются от пленок гальванически осажденной меди. Сопротивление медных пленок зависит от их толщины, строения и состава. Удельное сопротивление тонких медных пленок, особенно полученных в присутствии серосодержащих добавок, велико. Это связано с наличием серы в пленке, обусловливающей ее столбчатое строение. С ростом толщины пленок сопротивление снижается.

Правила эксплуатации ванн химического меднения

При приготовлении растворов химического меднения в отдельных емкостях растворяют в дистиллированной воде сернокислую медь, комплексообразователь и едкий натр. Затем смешивают первые два раствора и при непрерывном перемешивании приливают раствор едкого натра и раствор стабилизатора, после чего раствор в ванне доводят до рабочего уровня, выдерживают 8-10 часов, фильтруют и корректируют по величине рН добавлением NaOH или H2S04. Формалин вводят за 10-20 мин до начала работы. Приготовленный раствор анализируют по всем компонентам. Анализ на содержание формалина, едкого натра и меди проводят ежедневно.

Корректирование растворов. Корректирование растворов сульфатом меди, щелочью и формалином проводят ежедневно в начале работы, а комплексообразователем - по данным экспресс-анализа, 1 раз в неделю. Стабилизатор вводят в конце рабочего дня в количестве не более 1/2 от рецептурного значения. На крупных предприятиях анализ ванны химического меднения проводят каждые 2 часа по NaOH, CuSO4, CH20, трилону Б. Для предотвращения разложения раствора в период длительного хранения (более 24 часов) необходимо подкислить его до величины рН = 5-6 добавлением серной кислоты. При небольших перерывах раствор рекомендуется подкислять до рH = 12,2-12,3. Можно вводить щелочной стабилизатор NaOH 180-200 г/л; Na2S203 0,05-0,06 г/л.

Корректирование растворов на основе трилона Б производят по данным анализа на содержание меди, щелочи и формалина. Трилон Б добавляют по 5-7 г/л через 2-3 дня работы. Для длительного хранения трилонатные растворы следует подкислять серной кислотой до рН = 10,0-10,5. Для корректирования следует применять концентрированные растворы CuS04 200-250 г/л и NaOH 400-600 г/л. При длительном использовании раствора меднения в нем накапливаются в больших количествах сульфаты натрия и формиаты натрия, в результате чего введение очередной порции компонентов затруднено. В этом случае раствор не корректируют, а заменяют свежим.

Существуют различные способы корректировки: одноразовые (ежедневные), периодические и непрерывные.

Одноразовая корректировка возможна при невысокой интенсивности работы ванн, когда содержание основных компонентов ванны за рабочую смену не снижается ниже допустимого предела.

Периодическое корректирование проводится после обработки определенной площади изделий или через определенное число загрузок или через определенное время непрерывной работы раствора. Используются концентраты, содержащие 1-2 или 3-4 компонента в одном растворе. При этом необходим постоянный учет площади металлизированных изделий или времени работы раствора, что усложняет контроль процесса.

Непрерывный способ корректирования может осуществляться автоматической регулировкой. Разработан способ с автоматической подачей корректирующих растворов по сигналу датчика, измеряющего оптическую плотность раствора в инфракрасном свете. При одноразовом корректировании (1 раз перед началом смены) раствор химического меднения за 6 циклов меднения истощается по отдельным компонентам на 26,6-38%.

При непрерывном корректировании за 16 циклов металлизации максимальное изменение содержания всех компонентов раствора составляет 5,7-8,4%, скорость нанесения покрытия не претерпевает существенных изменений, оставаясь на уровне 3-3,4 мкм/ч.

Правила эксплуатации ванн химического меднения:

1. Предъявляются высокие требования к чистоте используемых реактивов и воды. Реактивы должны быть чистыми или химически чистыми. Вода, на которой готовятся растворы, должна быть обессолена дистилляцией.

2. С целью обновления раствора химического меднения в отверстиях плат и упрощения удаления водорода из отверстий проводится покачивание заготовок: плавное и медленное, 15-20 качаний в минуту при длине хода 50-100 мм. При этом скорость меднения увеличивается в 3 раза.

 3. Необходимо обеспечить умеренную степень загрузки ванн химического меднения (примерно 250 см2/л).

 4. Следует обеспечить оптимальный режим корректировки раствора (непрерывный).

 5. Для стабилизации раствора в нерабочий период в раствор вводят щелочной стабилизатор в количестве 0,01 л на 1 литр ванны. Состав: NaOH 180-200 г/л; Na2S203 - 0,05-0,06 г/л. Можно использовать традиционное подкисление раствора.

 6. Для повышения качества металлизации печатных плат ванна должна быть в форме куба с пластмассовой футеровкой. Необходимо предусмотреть дополнительную емкость, предназначенную для очистки раствора и рабочей ванны. При необходимости ванну следует промывать разбавленной азотной кислотой HN03 (1:1), затем водой.

 7. Учитывая высокую стоимость растворов химического меднения, рекомендуется после ванны с рабочим раствором ставить ванну улавливания. Это позволяет уменьшить содержание химикатов в проточной воде в 10 раз. Можно предусмотреть также выдержку подвесок над раствором не менее 30 секунд, что увеличит время стекания раствора в основную ванну.

 8. Выбираются стальные подвески, обрабатываемые в травильных растворах после каждого цикла.

 9. Фильтрование удаляет не только посторонние примеси, но и мелкие частицы металла в случае, если в растворе уже началось объемное разложение. Особенно эффективно фильтрование для растворов, содержащих стабилизаторы, - тогда при объемной реакции образуется сравнительно небольшое число крупных частиц металла. Поэтому периодическое или непрерывное фильтрование раствора металлизации является необходимой операцией при длительном их использовании. Химическое меднение в протекающем растворе с фильтрацией обеспечивает повышение прочности сцепления осадка в 2 раза, причем осадок имеет более плотную структуру. Скорость фильтрации должна обеспечить 3-5-кратный обмен раствора в течение часа.

 10. Необходимо предусматривать очистку раствора химического меднения от накапливающихся примесей: сульфат, формиат ионов, карбонат ионов, появляющихся за счет взаимодействия щелочи с углекислым газом при барботаже. Указанные ионы снижают пластичность медных осадков, уменьшается предел их прочности. Сульфат и формиат ионы можно удалять электродиализом. Накопления сульфат ионов можно избежать, если проводить корректировку по Си2+ с помощью Си(ОН)2 или использовать медный электрод, подвергая его анодному растворению. Для предотвращения накопления карбонатов рекомендуется барботировать ванну воздухом, очищенным от С02, или удалять карбонаты охлаждением раствора до 10 °С в нерабочий период. При этом карбонаты выпадают в осадок, который затем отфильтровывается.

Возможные виды брака на линии химического меднения

Образование раковин является наиболее важной проблемой управления качеством, возникающей при автоматической сборке посредством пайки печатных плат со сквозными металлизированными отверстиями. Количество образовавшихся раковин при пайке непосредственно связано со способностью медного столба противостоять давлению газа позади него в течение нескольких секунд, во время которых газ вырабатывается термическим воздействием расплавленного припоя. Если образуются раковины, то газ может либо выходить через существующие поры, либо разрывать столб металлизации. Оба эти явления уменьшаются по мере возрастания толщины столба, и таким образом для всех плат со сквозными металлизированными отверстиями образование раковин уменьшается при возрастании толщины столба. Однако соотношение между образованием раковин и толщиной столба является функцией качества химического меднения. Для того чтобы избежать пор и слабых точек, в столбе металлизации необходимо полное покрытие стенок просверленных отверстий химической медью. Химическое меднение зависит от эффективности и однородности адсорбции катализатора.

Природа образования раковин при пайке сквозных металлизированных отверстий. Газ, приводящий к образованию раковин при пайке сквозных металлизированных отверстий, возникает из-за поглощения влаги из атмосферы эпоксидной составляющей слоя FR-4. Образования раковин можно избежать, если печатную плату хорошо высушить до пайки, но это не всегда практично.

а – разрыв столба металлизации

б – отрыв медного столба от стенок отверстия

Рисунок 4.1  - Микрофотографии шлифов металлизированных отверстий

Столб металлизации должен оставаться цельным в течение нескольких секунд с того момента, как термическое воздействие расплавленного припоя начинает вызывать в металлизированных отверстиях выделение влаги, поглощенной эпоксидной составляющей, и до того момента, когда припой застынет. Давление газа за медной стенкой может стать значительным, и таким образом столб не только должен быть непроницаемым, но и не должен иметь слабых точек, которые могут быть пробиты во время пайки (рисунок 4.1а). Однако, если столб непроницаем, он должен еще также иметь достаточную адгезию к стенкам просверленных отверстий и не отрываться из-за давления газа позади него (рисунок 4,16). Один из аспектов решения данных проблем лежит в нанесении химической меди и подготовке стенок просверленных отверстий, на которые она наносится.

Причины плохого химического покрытия

Существует много причин, которые приводят к неосаждению химической меди на просверленной поверхности стеклоэпоксидного слоя.

На просверленной поверхности могут встречаться полости в слое (углубления) либо вследствие плохой пропитки стекловолокна эпоксидной составляющей, либо из-за вырывания концов стекловолокна при сверлении. В этих углублениях процесс осаждения химической меди затруднен. Эти полости также задерживают раствор из-за поверхностного натяжения, приводя к загрязнению и препятствуя последующим процессам.

Осколки сверления, остающиеся на стенках отверстий в процессе сверления, могут оказаться вытесненными позднее при производстве. Если это произойдет при активировании, но до металлизации, то ясно, что некоторые участки поверхности окажутся обнаженными.

Методы очистки. После плазменной очистки стенки отверстия могут оказаться покрытыми тонким слоем пыли, что приводит к недостаточной адсорбции катализатора.

При хромовокислом травлении шестивалентный хром действует как яд на коллоидный палладиевый катализатор, что может привести к отсутствию активирования поверхности.

При сернокислом травлении диэлектрика обнажается стекловолокно, кроме того, эпоксидная смола загрязняется анионными сульфированными остатками, которые уменьшают каталитическую адсорбцию при применении активатора, имеющего отрицательный электрокинетический потенциал. Эпоксидная смола в отверстии становится гладкой, что не способствует хорошей адгезии при химическом осаждении.

Лучше всего эти недостатки преодолеваются при использовании нагретого щелочного перманганатного раствора для травления диэлектрика.

Адсорбция катализатора. Коллоидный активатор, который имеет отрицательный электрокинетический потенциал, будет с трудом адсорбироваться на отрицательно заряженной поверхности стекловолокна. Поэтому поверхность отверстия должна быть специально подготовлена обработкой в растворе кондиционирования.

Таким образом, качество химической металлизации отверстия зависит в основном от способов подготовки поверхности диэлектрика.

Еще одним серьезным и распространенным видом брака является отслаивание.

Контроль качества химического меднения

Для определения качества химической металлизации используется метод, выявляющий пористость, не обнаруживаемую никакими другими методами, кроме электронного микроскопа. Метод «звездного неба», или контроль с помощью подсветки, заключается в проверке светопроницаемости стенки отверстия (показан на рисунке 4.2). Плата разрезается особым способом. Одна сторона разреза проходит через середину ряда отверстий, другая находится в двух или трех миллиметрах от края отверстия и может быть немного отполирована для увеличения светопроницаемости.

а) подсветка (1 - диэлектрик, 2 - медь, 3 - источник света, 4 - микроскоп);

б) внешний вид отверстия на просвет микроскоп

Рисунок 4.2 - Метод контроля с помощью подсветки:

Пластины монтируются на приспособление, которое является своего рода барьером, удаляющим весь паразитический свет. Образцы освещаются сзади лампой мощностью 10-20 Вт и подвергаются осмотру с увеличением от 20 до 50 раз.

Контроль производится после осаждения химической меди или после гальвано затяжки. Все образовавшиеся в результате процесса металлизации пустоты превращаются в светящиеся точки на темном фоне.

Качество металлизации оценивается по следующим критериям:

  1.  Отличное - отверстие совершенно черного цвета (d0).
  2.  Очень хорошее - наблюдаются отдельные микроскопические точки (d1).
  3.  Удовлетворительное - небольшое количество маленьких пустот (d2).
  4.  Плохое - покрытие частично отсутствует, волокна диэлектрика полностью открыты, пористая металлизация на эпоксиде (d3).
  5.  Очень плохое - слабое покрытие или отсутствие покрытия вообще (d4, d5).

 Заключение

В данном курсовом проекте в соответствии с заданием был выбран и исследован процесс изготовления ПП полуаддитивным методом с дифференциальным травлением, выполнены расчеты конструкторского характера.

В процессе выполнения проекта была рассмотрена технология химической металлизации, автоматическая линия металлизации Элгамет и сделаны чертежи.

 Список литературы

1. Пирогова Е. В. «Проектирование и технология печатных плат». Москва ФОРУМ – ИНФРА – М 2005.

2. http://www.tech-e.ru/2006_1_26.php

 


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

55080. Форматування і друкування текстових документів 1012 KB
  щоб відкрити діалогове вікно Абзац потім натисніть на корінці вкладки Відступи і інтервали В області Відступ натискайте стрілки біля текстових полів зліва і справа щоб збільшити чи зменшити відступ. Для виділення першого рядка абзацу за допомогою відступу чи для створення висячого рядка натисніть на стрільці текстового поля “перший рядок†потім укажіть величину відступу в текстовому полі. Натисніть кнопку ОК. Натисніть кнопку ОК.
55082. Створення, відкриття, збереження файлів книг. Введення й редагування діапазонів 775 KB
  Для запуску програми виконайте такі дії: Натисніть на кнопку Пуск. Відшукайте в ньому програму Microsoft Excel і натисніть на ній. Щоб покинути Excel і повернутися до робочого столу Windows 95 виконайте будьяку з цих операцій: Відкрийте меню Файл і натисніть на Вихід. Натисніть на кнопку Закрити в правому кутку заголовка вікна Excel.
55083. Налоговая система и ее элементы 20.05 KB
  Налоговая система представляет собой единую совокупность однородных элементов, объединенных в единое целое и выполняющих единую задачу - изъятие налогов и сборов с субъектов налога в соответствующие бюджеты и внебюджетные фонды территориальных образований.
55084. Налоги и их функции 19.75 KB
  Налог – это принудительно изымаемые государством или местными властями средства с физических и юридических лиц, необходимые для осуществления государством своих функций.
55085. Бюджетный дефицит: виды и методы финансирования 32.98 KB
  Бюджет любого государства представляет собой официальный документ, в котором содержится свод доходов и расходов на очередной финансовый год. Согласно этому законодательному акту страна живет в течение всего года; вся деятельность любой власти подчинена одному
55088. Розрахунки по сепаруванню і нормалізації молока 236.5 KB
  Мета: Набути практичні навики при проведенні розрахунків по сепаруванню і нормалізації молока. Розрахунки по сепаруванню молока. Під час сепарування молока його розподіляють на дві фракції: вершки і знежирене молоко.