Cоединения печатных плат с помощью металлизированных сквозных отверстии

Категория:
Производство радиоаппаратуры


Cоединения печатных плат с помощью металлизированных сквозных отверстии

В настоящее время используются различные типы металлизированных сквозных отверстий на печатных платах и не выявлено существенных преимуществ одного типа соединений перед другим (рис. 1). Наиболее часто используются металлизированные сквозные отверстия и пистоны.

В некоторых случаях сами методы изготовления вносят много факторов, снижающих надежность изделий. К ним относятся сквозные отверстия с разрывами покрытия, плохой адгезией стенок, коррозионными карманами и другими дефектами. Поэтому необходимо рассмотреть некоторые данные, касающиеся методов производства, обработки и контроля свойств металлизированных отверстий.

Рис. 1. Методы соединения двух сторон печатной платы: а — металлизированное сквозное отверстие; б — вплавленный глазок; в – глазок с воронкообразным фланцем; г — глазок с разрезным фланцем д — выступающий вывод; е —изогнутая проволочная перемычка; ж — штырек с прессованной посадкой

Методы изготовления

Металлизированное отверстие является средством соединения проводящих дорожек по обе стороны непроводящей подложки, если в отверстии, высверленном в подложке, создается путь для прохождения тока. При нанесении металла пользуются методом гальванизации, который обеспечивает хороший контакт. С помощью этого процесса металлическая пленка образуется на стенке отверстия, сделанного в непроводящей подложке, и эта пленка соединяется с контактной площадкой или проводящей дорожкой печатной платы. Металлизация стенки отверстия происходит путем восстановления меди при катализе в растворе, содержащем сульфат меди и формальдегид. Катализатором служит металлическая соль хлорида палладия.

После того как на стенках отверстия из-за восстановления меди образовалась тонкая медная пленка, медь далее наращивается гальванически до необходимой толщины. Существуют четыре метода гальванопокрытий, из которых три являются вариациями основного процесса:
— экспонирование контактных площадок (используется, когда необходима большая толщина металла на стенках отверстия);
— применение одного резиста для односторонних плат;
— использование двойного резиста (используется Для миниатюрных плат и в тех случаях, когда имеющаяся на подложке фольга не требует дополнительного осаждения металла);
— вторичная металлизация.

Если при изготовлении будет применяться травление, то необходимо учитывать возможность воздействия травителя на медь внутри отверстия. Для защиты меди внутри сквозных отверстий используют: негативный резист и воск (рис. 2, метод 1); позитивный резист (рис. 2, метод 2); вторичную металлизацию, такую, как золочение или лужение меди (рис. 2, метод 3).

Рис. 2. Методы защиты отверстий при травлении

Указанные методы позволяют обрабатывать как многослойные платы, так и односторонние и двусторонние печатные платы. Они особенно удобны при высокой плотности компонентов на платах. Первый или второй из этих методов целесообразно использовать в тех случаях, когда по техническим причинам не требуется вторичное покрытие металлом.

Существенную роль при производстве металлизированных сквозных отверстий высокого качества играют материал печатной платы и техника сверления. Отверстия, обладающие грубой поверхностью, после металлизации будут иметь шероховатости. Наиболее подходящим материалом для печатной платы является эпоксидная смола, армированная стекловолокном. (В эпоксидной смоле, армированной бумагой, легче обеспечить хорошее сверление, но качество стенок сквозного отверстия после металлизации ухудшается.) В цикл обработки должна быть введена операция снятия заусениц в отверстии до металлизации, а технология металлизации должна обеспечить образование на стенках отверстий слоя металла нужной толщины. Возможность получения высококачественной металлизации в большой степени зависит от отношения диаметра отверстия к его высоте. Стандартная практика требует, чтобы это отношение равнялось единице.

Все платы должны пройти контроль на стадии восстановления меди перед гальванизацией, чтобы оценить качество проводящей пленки меди на стенках отверстий. Для этого необходимо использовать микроскопы. Если в качестве вторичного металла используется оловянно-свинцовый сплав (припой), следует заменить травитель из хлорида трехвалентного железа травителем из персульфата аммония.

Один из недостатков обычного метода получения металлизированных сквозных отверстий состоит в том, что для обеспечения необходимой толщины меди на стенках отверстий приходится одновременно металлизировать поверхность платы. Это приводит к тому, что толщина проводящих Дорожек увеличивается И, следовательно, на стадии окончательного травления увеличивается подтравливание. Кроме того, так как из-за этого значительная доля меди на поверхности платы должна быть стравлена и уходит в отходы, этот метод неэкономичен с точки зрения затрат как материала, так и времени.

Описанный двухступенчатый метод создания металлизации позволяет создавать сложные высоконадежные печатные платы.

Этот метод можно реализовать применяя:
— процесс осаждения меди, использующий химическое осаждение и электролитическую металлизацию;
— процесс осаждения меди, использующий только химические способы;
— комбинацию различных процессов (травление), при которой используются подложки, пропитанные специальным катализатором.

Надежность металлизированных сквозных отверстий

На первом этапе изготовления печатных плат многие отказы были непосредственно связаны с технологией начальной обработкой платы и наиболее значительная их доля являлась результатом неправильного сверления отверстий и их очистки (разрывы и изгибы проводников из-за слишком медленного сверления, втягивание проводников в отверстия при слишком быстром сверлении, остатки смолы на проводниках). Это вызывало наличие пустот и разрывов металлизации.

Кроме того, использование раствора пирофосфатной меди может привести к растрескиванию металлизации в отверстиях. Это, вероятно, вызвано тем, что в раствор добавляется осветлитель, вносящий дополнительные механические напряжения. Процесс травления также может привести к образованию дефектов, если металлизация при травлении может быть удалена с краев отверстий.

В надежности печатной платы первостепенную важность представляет само межсоединение двух проводящих слоев платы. Наиболее вероятными видами дефектов являются электрический разрыв контакта или соединение с высоким сопротивлением.

Надежность сквозных соединений на печатных платах имеет первостепенное значение. Необходимо, чтобы сквозные соединения не имели разрывов на пути от паяного соединения через материал платы до проводников на ее противоположной стороне и были способны сохранять свои свойства как в процессе дальнейшего производства блока, так и при его работе в различных окружающих условиях при использовании аппаратуры.

При выборе надежного процесса изготовления металлизированных отверстий необходимо иметь в виду следующие соображения. При металлографическом изучении металлизированных отверстий было обнаружено, что дефекты вызваны растрескиванием металлизации, которое возникло при вибрации, термоникли-ровании или при удалении присоединенного модуля.

Вскоре было обнаружено, что растрескивание металлизации появляется также и в процессе пайки. Изучение металлизированных сквозных отверстий показало, что процент растрескивания велик. Можно предположить, что растрескивание связано с образованием коррозионных трещин под действием напряжений, возникающих в жидком металле. При этом необходимо иметь в виду, что тепловое расширение эпоксидно-стеклянной подложки очень высоко, нелинейно зависит от температуры и обладает гистерезисом.

При нагреве платы от комнатной температуры до температуры пайки происходит расширение как подложки, так и металла, причем скорость расширения материала подложки может быть в 10 раз выше, чем скорость расширения меди. Пластичная медь обычно при этом упруга и удлиняется, чтобы компенсировать увеличение толщины платы.

Следовательно, очевидным становится общее требование для получения высокого качества металлизации: механическая прочность и пластичность металла должны быть достаточны для того, чтобы противостоять нагрузкам за счет удлинения при нагреве в процессе пайки. Металлизация, имеющая высокую прочность на единицу длины, может противостоять расширению материала подложки, так как деформация пластика допустима и это облегчает нагрузку на слой металла. Пластичное металлизационное покрытие способно выдерживать упругую деформацию, что уменьшает нагрузку, возникающую при расширении пластика, поэтому такое покрытие может приспособиться к непрерывному расширению платы.

Использование толстого слоя металлизации может обеспечить необходимую механическую прочность, однако при этом могут увеличиваться размеры проводящих дорожек при металлизации и возрастать подтравливание при химических обработках. Поэтому такой подход к созданию хорошей металлизации нежелателен, во всяком случае для схем, имеющих узкие близко расположенные проводящие дорожки.

Таким образом, для металлизации необходима система, состоящая из меди, покрытой металлом с хорошей способностью к пайке. Медь, осажденная из цианидных ванн, является механически прочной я наиболее пластичной из известных видов медных покрытий, нанесенных гальванически. Один из недостатков щелочных медных цианидных ванн состоит в том, что металлизирующий раствор влияет на силу сцепления материала печатной платы с металлом. Для устранения этого было проведено осаждение меди из пирофосфатных ванн, но полученный таким способом слой при пайке жидким припоем вызывал растрескивание металла в отверстиях.

Компромиссным решением может быть создание начального слоя, состоящего из слоя пирофосфатной меди, на который нанесен слой осажденной циапидной меди. Эта комбинация обеспечивает определенную гарантию защиты материала платы, а также получение отверстий с нерастрескивающимся покрытием. К тому же этот метод совместим с другими методами обработки печатных плат и пайки компонентов и позволяет обеспечить необходимые технические характеристики плат. Печатные платы с металлизированными сквозными отверстиями, изготовленные по этому методу, удовлетворяют требованиям наиболее жестких стандартов.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум