96575

Технологический процесс изготовления печатных плат методом электрохимического осаждения

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Технической характеристикой данного технологического процесса, является печатная плата, полученная методом электрохимического осаждения. Изготовление печатных плат должно производиться согласно технологическому процессу, принятому на заводе-изготовителе, обеспечивающему выполнение всех требований чертежа и технических условий.

Русский

2015-10-07

74 KB

2 чел.

Днепропетровский национальный университет им. Олеся Гончара

Физико-технический факультет

Курсовая работа

по курсу «Технология приборостроения» на тему:

«Разработать технологический процесс изготовления печатных плат методом электрохимического осаждения»

Выполнила:ст. гр. ТЗ-10-1 Кальней О. В.

Проверил:                    проф. Манько Т.А.

Днепропетровск

2011

1.Техническая характеристика объекта производства

Технической характеристикой данного технологического процесса, является печатная плата, полученная методом электрохимического осаждения.

Изготовление печатных плат должно производиться согласно технологическому процессу, принятому на заводе-изготовителе, обеспечивающему выполнение всех требований чертежа и технических условий.

Сущность технологического процесса изготовления печатных плат заключается в нанесении тонких электропроводящих слоев на поверхности электроизоляционных оснований. К тонким электропроводящим слоям печатного монтажа предъявляются следующие требования:

  1.  Слой металла, нанесенного на основание , должен обладать удельной проводимостью, по своей величине близкой к удельной проводимости медных проводов или прокатанной меди.
  2.  Площадь поперечного сечения слоя металла проводников должна соответствовать допускаемым плотностям токов и рабочим частотам, для которых предназначена печатная схема, а также допустимому падению напряжения на отдельных участках схемы. При этом минимальная ширина проводников определяется технологическими возможностями изготовления и механической прочностью их сцепления с основанием.
  3.  независимо от толщины слоя, ширины, длины и очертания площади отдельных конструктивных элементов печатной схемы нанесенный металл должен иметь определенную силу сцепления с поверхностью электроизоляционного основания, которая не должна нарушаться в температурном интервале от -70 до +250° С (где 250° С максимальная температура нагрева при механизированной пайке печатного монтажа);
  4.  сопротивления, выполненные печатным способом, должны иметь достаточную силу сцепления с основанием, не растрескиваться, не менять свои электрические параметры под действием окружающей среды и времени.

Сила сцепления металлического слоя с основанием определяется при температуре окружающей среды, равной 20 ± 5° С, величиной ! отрывного усилия Р0, приложенного к полоске слоя металла шириной 10 мм. В соответствии с установленной практикой полоска шириной 10 мм размешается на испытуемом образце не ближе 20 мм от краев слоя металла.

Удовлетворительное качество печатной схемы может быть гарантировано при получении отрывного усилия Р0 ≥ 0,8 кг, достижение которого является одной из основных задач технологии изготовления радиоаппаратуры способом печатания.

Материал основания должен обладать:

  •  малой величиной диэлектрических потерь в рабочем диапазоне радиочастот;
  •  минимальной диэлектрической проницаемостью;
  •  высокой нагревостойкостью;
  •  высокой механической прочностью при небольшой толщине листов;
  •  удовлетворительными свойствами обрабатываемости, главным образом при штамповании
  •  влагонепроницаемостыо
  •  химической устойчивостью к средам, воздействующим на основание в процессе производства (кислотные или щелочные растворители).

Поверхность оснований не должна иметь бугров или впадин (в особенности с резкими переходами), что необходимо для получения полного рисунка печатной схемы, наносимого yа поверхность. По этим же соображениям недопустимы покоробленные поверхности. Основание не должно быть больше размеров, так как иначе трудно обеспечить требуемую технологией изготовления ровную поверхность. Максимальный размер основания не должен быть более 300 см2. Если печатная схема по площади превышает 300 см2, то ее целесообразно выполнить составной из двух или нескольких оснований. Поверхность основания должна обеспечивать высокую степень сцепления с тонкими слоями, создающими печатные схемы.

Для оснований может применяться большое число различных по своим свойствам материалов в виде листов, тонких гибких пленок и т. п. Однако, независимо от свойств материала основания, сила сцепления с ним металлического слоя должна быть не менее указанной выше величины (Р0 > 0,8 кг), несмотря на значительную разницу температурных коэффициентов линейного расширения меди и электроизоляционных материалов, используемых для оснований.

2. Анализ технологичности

Технологичной называется конструкция, которая при минимальной себестоимости наиболее проста в изготовлении.

Технологичная конструкция должна предусматривать:

  1.  Максимально широкое использование унифицированных узлов, стандартизованных и нормализованных деталей и элементов деталей.
  2.  Возможно меньшее количество деталей оригинальной, сложной конструкции и различных наименований, возможно большую повторяемость одноименных деталей.
  3.  Создание деталей наиболее рациональной формы с легкодоступными для обработки поверхностями и достаточной жесткостью с целью уменьшения трудоемкости и себестоимости обработки.
  4.  Рациональным должно быть назначение точности размера и класса шероховатости поверхности.
  5.  Наличие на деталях базирующих поверхностей или возможность создания вспомогательных баз.
  6.  Наиболее рациональный способ получения заготовок для деталей (отливок, штамповок с размерами и формами, возможно более близкими к готовым деталям, т. е. обеспечивающими наиболее высокий коэффициент использования материала и наименьшую трудоемкость).
  7.  Полное устранение или возможно меньшее применение слесарно-пригоночных работ при сборке путем изготовления взаимозаменяемых деталей и механизации, автоматизации сборочных работ.
  8.  Упрощение сборки и возможность параллельной во времени и пространстве сборки отдельных частей изделия.
  9.  Конструкция должна легко собираться и разбираться, а также обеспечивать доступ к любому механизму для регулировки, смазки, ремонта.

Рассматриваемая конструкция является технологичной, так как она соответствует следующим требованиям:

  1.  Нефольгированный диэлектрик режется на мерные заготовки прямоугольной формы без отходов.
  2.  Все детали простой формы, не используется большое количество деталей.
  3.  Сборка простая, так как конструкция состоит из небольшого количества деталей
  4.  Способ получения заготовок для деталей рационален, так как максимально близкие к готовым деталям заготовки по размерам и формам получают еще в подготовительной части.
  5.  Конструкция изготавливается из нефольгированного диэлектрика, который несложно получить.
  6.  Используется принцип взаимозаменяемости при сборке.

3. Технологический маршрут

Технологический маршрут получения печатной платы методом электрохимического осаждения представляет собой перечень следующих операций:

  1.  Подготовительная
  2.  Комплектация
  3.  Изготовление заготовок и выполнение базовых отверстий
  4.  Гидропескоструйная обработка заготовок
  5.  Фотолитография
  6.  Сверление соединительных отверстий
  7.  Обработка заготовки перед меднением
  8.  Химическое меднение
  9.  Электрохимическое меднение
  10.  Промывка
  11.  Сушка
  12.  Контроль

4. Детальное описание операций

  1.  Подготовительная

Она предусматривает подготовку рабочего места, основных и вспомогательных материалов и инструментов, технической документации для работы по производству печатных плат с высокой степенью интеграции элементов по технологии химического травления.

  1.  Комплектация

Эта операция предусматривает комплектацию материалов, деталей согласно комплектовочной ведомости и укладку их в технологическую тару для работы.

  1.  Изготовление заготовок и выполнение базовых отверстий

В качестве материала основания берется нефольгированный диэлектрик (СТЭФ-1-2ЛК (ТУ АУЭО.037.000) или СТЭК-1,5 (ТУ 16-503.201-80)), который режется на мерные заготовки. Эти заготовки механически обрабатываются: снимаются заусеницы, скругляются кромки и сверлятся 2 технологических отверстия для работы. Обработка происходит с учетом всех норм охраны труда.

  1.  Гидропескоструйная обработка заготовок

Этот процесс нужен для получения более шероховатой поверхности основания, то есть для лучшего сцепления с проводниками. Заготовки обрабатывают в галтовочных барабанах, в которые погружают заготовки и мелкую дробь или песок (диаметр зерен 0,1—0,2 мм), и ветошь из фетра. Барабан приводят во вращение под углом 1200 и выдерживают в течение определенного времени. Затем обдувают сжатым воздухом для удаления пыли и приставших песчинок. На одну или обе стороны обработанных оснований наносят кислото- и щелочеупорной краской негативный рисунок схемы, т. е. покрывают краской те участки поверхности, на которые не должен при дальнейшей обработке осаждаться металл.

  1.  Фотолитография

Содержание данной операции  включает в себя получение рисунка печатных проводников методом экспонирования. Фотошаблон для данных плат можно изготавливать с помощью координатоскопа, потому что фотошаблон, изготовленный таким способом, имеет более высокую точность, чем фотошаблоны, изготовленные другими способами. Фотошаблон наносят позитивным методом.

Нанесение светочувствительной эмульсии в 3 слоя с подсушкой каждого.

Первый состав светочувствительной эмульсии:

  •  спирт поливиниловый 70-100 гр.
  •  алюминий двухромокислый – 12-15гр.
  •  спирт этиловый – 25 мл.
  •  смачиватель ВН-5% - 25 мл.
  •  1 л воды.

Второй состав:

  •  фотожелатин – 200 гр.;
  •  аммоний двухромокислый – 150 гр.;
  •  5 л воды.

Нанесение рисунка схемы методом экспонирования (фотошаблон прикладывается к заготовке и в светокопировальной камере контактным способом рисунок переносится на заготовку).

После этого рисунок схемы сверяют с оригиналом схемы. При необходимости выполняют ретушь битумным лаком контрастного цвета.

  1.  Сверление соединительных отверстий

Содержание данной операции  включает в себя получение отверстий. После сверления, отверстия металлизируются параллельно с проводниками.

  1.  Обработка заготовки перед меднением

Заготовку помещают в спиртовой раствор азотно-кислотного серебра содержащего:

  •  20-30 г/л азотнокислого серебра;
  •  1 л этилового спирта;
  •  1 л дистиллированной воды;

Длительность обработки 3-5 мин.

Такая обработка нужна для активации незащищённых участков обработки. В результате образуется молекулярная плёнка(толщиной 2-3мм) серебра для лучшего осаждения меди.

  1.  Химическое меднение

Далее основание подвергается процессу химического меднения, который основан на способности металлической меди восстанавливаться из водного раствора своих солей при действии на них восстановителей. Медь в водном растворе находиться в виде комплексного соединения куприта меди. В качестве восстановителя применяется сорокапроцентный водный раствор формалина.

Cu(OH)2+2NaOH ↔ Na2[Cu(OH)4]

Заготовки поступают на химическое меднение в следующем растворе:

  •  100-150 г/л углекислой меди;
  •  130-150 г/л щелочи;
  •  100-125 г/л глицерина;
  •  несколько капель 30-40% р-ра формалина;

Травления фольги слоем до 25 мкм 15-20 мин.

Химическое меднение обычно проводится при комнатной температуре в щелочной среде при рН= 12,2÷12,5. Рекомендуется непрерывная или периодическая фильтрация рабочего раствора. Для ускорения реакции химического меднения используется интенсивное перемешивание. Перемешивание может происходить под действием ультразвуковых колебаний или же при равномерном покачивании подвески с платами. При умеренном перемешивании больше чем и 3 раза увеличивается скорость меднения. При больших скоростях процесс восстановления меди замедляется, так как механически удаляются активные центры.

Плотность загрузки плат в раствор обычно составляет 2 5 дм2/л. При более высокой плотности загрузки происходит быстрое разложение раствора, обусловленное уносом из ванны активации значительного количества катализатора.

Это химическое меднение применялось для осаждения плёнки(до 2 мкм) на серебро.

  1.  Электрохимическое меднение

Полученный слой меди недостаточен для токопрохождения, поэтому полученный слой меди доращивают гальваническим осаждением и электролитическое меднение проводят в простом электролите состоящим из:

  •  200-250 г/л медного купороса
  •  50-70 г/л серной кислоты
  •  20-30 г/л этиловый спирт

Плотность тока составляет 300 А/м2, а время зависит от заданной толщины проводника.

Толщина слоя наращивается до 10-20мк. Увеличение толщины свыше 20мк влечет за собой резкое ослабление силы сцепления металла с основанием.

Для ведения этого процесса все проводники должны быть замкнутыми, для этого вводятся дополнительные технологические проводники, которые по окончании процесса удаляют. Это необходимо для получения единого контакта в целях упрощения подвески основания к катоду электролитической ванны. Разобщение отдельных цепей схемы производиться после облуживания путем вырубки разнообразных по очертаниям технологических отверстий в основании при помощи вырубного штампа в персе за одну операцию.

  1.  Промывка

Извлечение из электролита основания промывают проточной водой

  1.  Сушка

Сушат в струе воздуха, нагретого до 100° С.

  1.  Контроль

Полученная единица проверяется на соответствие требованиям конструкторской документации, сверяется полученный рисунок печатных проводников с соответствующим чертежом. Также производится проверка на наличие визуальных погрешностей. После этого делается отметка в сопроводительной документации.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29700. Структурализм 27.5 KB
  Ее представители называли себя структуралистами так как считали главной задачей психологии экспериментальное исследование структуры сознания. Понятие структуры предполагает элементы и их связь поэтому усилия школы были направлены на поиск исходных ингредиентов психики отождествленной с сознанием и способов их структурирования.