Pereosnastka.ru

При изготовлении печатных плат используются различные способы очистки и металлизация. Почему же отсутствует единообразие при металлизации печатных плат?-

Прежде всего необходимо рассмотреть форму печатных плат. Наиболее часто встречающаяся группа печатных плат—это травленые и резистные платы (т. е. платы, которые травятся после металлизации). Травленая плата состоит из большого числа более или менее изолированных островков меди, присоединенных с помощью эпоксидного связующего к основе из диэлектриков различного типа. Резистные платы состоят из диэлектрика, эпоксидного связующего состава, медной фольги и органического резиста, нанесенного селективно на ее поверхность. При металлизации резистных плат возникает гораздо больше проблем, чем в случае травленых. Поэтому в этом параграфе будут рассмотрены только резистные платы.

Для хорошего гальванического осаждения требуется химическая чистота металла и его достаточная активность. Поверхность его должна быть свободна от загрязнений — следов масла, краски, смазки, клея, нерастворимых частиц, окислов, сульфидов и т. д.

Металлизация печатных плат является важным процессом, который должен проводиться очень качественно. Поэтому необходимо рассмотреть неконтролируемые переменные, влияющие на этот процесс и препятствующие его правильному проведению. Операции обработки платы, которые затрудняют получение хорошей металлизации, не всегда зависят от квалификации оператора.

Существует шесть основных причин брака: неправильная толщина металлизации, наличие выгоревших участков металлизации, отслаивание электронанесен-ного слоя, отслаивание меди, грубый слой металлизации, пробой резиста. Если брак вызван первой или второй причиной, то, как правило, виноват в этом оператор. В третьем случае брак связан с недостаточной очисткой платы, а в остальных трех—обусловлен излишне сильной очисткой платы.

Поскольку основной причиной брака являются дефекты очистки плат и невозможно очистить одну часть платы и не затронуть при этом соседнюю, на участок металлизации плата должна поступить уже очищенной. Должны быть удалены все загрязнения, которые первоначально имеются на медном листе или фольге, т. е. пыль, грязь, остатки клеев или смол, которые проникли через поры меди в процессе присоединения, следы свинца от цилиндра, на котором проводилось электроформование меди, а также пленки поверхностно активных веществ, которые использовались для-сушки электроформованной меди. Наилучшим способом очистки платы является ее чистка абразивом или пескоструйкой. При чистке щеткой вручную или машиной может быть использована пемза или специальные очистители. После чистки плата должна быть промыта погружением в слабую кислоту и высушена.

Причиной брака могут явиться отпечатки пальцев на экспонированных участках меди. Они образуются при неправильном обращении с платой после механической чистки. Это может произойти в процессе трафаретной печати, сенсибилизации, экспонирования, проявления или транспортировки на металлизационный участок. Отпечатки пальцев можно устранить с металлических участков платы только сильными растворителями. Однако необходимо, чтобы очистка была мягкой.

Нанесение резистов

Следующим шагом в изготовлении печатных плат, который вызывает большой брак, является нанесение резиста на заданные участки платы. Используются резисты двух типов: трафаретные и на основе лака, или фоторезисты.

Применение трафаретных резистов обычно не приводит к появлению брака, если только плата соответствующим образом предварительно очищена, нейтрализована и перед печатью на ней не было отпечатков пальцев. В то же время применение фоторезистов приводит к появлению брака, что связано с процедурой нанесения и сушки резистов.

Метод нанесения фоторезиста должен обеспечить создание гладкого, толстого, однородного и непрерыв-ногй слоя органического материала на поверхности меди. Резист наносят распылением центрифугированием или погружением и последующим центрифугированием. На этой стадии обработки плат следует уделять больше внимания таким важным факторам, как температура резиста, его вязкость, плотность, содержание посторонних частиц в материале, температура воздуха при его нанесении, скорость вращения при центрифугировании и т. д. На производстве важно не только знать реальные цифровые значения температуры, вязкости, плотности резиста, влажности, скорости центрифугирования и т. д., но и иметь возможность контролировать эти величины.

Обычно фоторезист поставляют в жестяной упаковке, содержимое которой выливается в сосуд для погружения плат и при этом измеряется температура. В этом случае первые платы могут быть хорошими, но после нескольких часов работы часть растворителя испаряется, резист становится значительно более вязким, меняется его текучесть, соответственно изменяется и толщина покрытия. Другим фактором, который следует контролировать, является влажность окружающего воздуха, поскольку она существенно влияет на скорость высыхания резиста; допуск на влажность должен быть введен в технологическую карту. Скорость центрифугирования, которая обычно составляет 400 об/мин, должна изменяться и корректироваться в зависимости от вязкости резиста, температуры воздуха и влажности.

Два наиболее часто встречающихся дефекта при покрытии фоторезистом — это проколы и неправильная сушка. Неразведенная эмульсия, непосредственно после поставки нанесенная при стандартных условиях, обеспечивает получение не более 60 проколов на площади 0,1 м2.

Создать хорошую металлизацию нелегко, если Покрытие имеет 60 проколов и тем более трудно, когда количество проколов возрастает в несколько раз. Оператор не имеет средств контроля качества покрытия, он не может проверить плату и сказать, насколько была разбавлена эмульсия. Приходится удовлетвориться тем, что оператор на предыдущей стадии обработки платы должен знать и понимать все трудности, с которыми встретится участок металлизации, если качество нанесения резиста невысоко.

После нанесения резиста погружением или распылением и центрифугирования для обеспечения равномерного покрытия, он должен быть подвергнут сушке. Эта процедура также является источником проблем для оператора. Если температура сушки низкая, время проведения процесса недостаточно или влажность в помещении слишком высока, резист будет плохо высушен и недостаточно отвердеет. Такой резист может быть пробит в процессе чистки или металлизации. Если даже этот пробой будет неполным, то растворители, выделяющиеся из резиста, загрязнят материалы, используемые при очистке, и металлизационные ванны.

Органические загрязнения металлизационных ванн могут быть устранены обработкой углеродом. Однако один этот процесс неполностью и с трудом удаляет из металлизационных растворов органические растворители, присутствующие в резисте.

Сушка резиста при слишком высокой температуре также может быть источником брака. Быстрая сушка поверхности резиста при повышенной температуре сушильной печи может вызвать образование пленки из высушенного слоя, которая герметизирует растворитель в еще размягченном слое резиста под ним и препятствует испарению растворителя в процессе сушки в печи. Такая пленка может быть сухой на-ощупь, но при этом она имеет характерную трубчатую структуру, и такой отвержденный резист будет пробит в процессе металлизации.

При проявлении имеется непосредственная взаимосвязь между числом проколов в слое экспонированного резиста и временем экспозиции. Чем больше время экспозиции и лучше метод рассеяния света, тем меньше количество проколов. Число проколов резко уменьшается при увеличении времени экспозиции. Для обеспечения хорошей металлизации необходимо использовать по крайней мере 10-мин экспозицию.

Использование поцарапанных или грязных негативов, а также держателей, которые дают блики при экспонировании, может вызвать появление резиста на тех участках меди, которые должны быть обнажены, или отверстий в участках резиста, которые должны быть оплошными.

При проявлении могут применяться различные химические вещества, однако необходимо убедиться, что проявитель не размягчает резист, не вносит избыточных тепловых напряжений и обеспечивает полное удаление резиста с соответствующих участков. Слабый глянцевый отлив на открытых участках меди указывает на плохое качество проявления, обусловленное истощением проявителя либо малым временем проявления.

Для улучшения контроля качества нанесения резиста он обычно окрашивается в черный или другой цвет. Это облегчает контроль резиста, но, к сожалению, увеличивает число проколов в нем. Плата должна быть проверена, чтобы убедиться, что участки резиста на обнаженной меди отсутствуют, плотность красителя равномерна и на участках, закрытых рези-стом, нет отверстий. Неоднородность окраски резиста указывает на неверное экспонирование и проявление резиста, а также на то, что толщина слоя резиста различна.

Очистка печатных плат

Если плата прошла тщательный контроль, можно достаточно уверенно предположить, что она очищена, правильно покрыта резистом, экспонирована, проявлена и высушена. В таком случае задачей оператора является завершение очистки, активирование поверхности и нанесение покрытия. В идеальном случае единственным загрязнением медной фольпи платы на-этой стадии будет пыль, остатки волокон, окислы и нерастворимые частицы, которые образовались в результате первоначальной абразивной чистки. Поэтому на этом этапе необходима слабая очистка, которая не повлияет на резист. Предлагаемый цикл очистки заключается в следующем.

1. Слабая очистка щеткой с помощью сухого порошкового или холодного щелочного очистителя. Это позволяет удалить пыль, волокна и связанные частицы резиста.

2. Предварительное травление и активация. На этой стадии, вообще говоря, можно использовать различные материалы, такие, как хромовая персульфат-ная кислота, разведенная азотная кислота. Не рекомендуется применять хромовую кислоту из-за опасности загрязнения металлизационных ванн. Наиболее просто, по-видимому, использовать персульфат.

3. Кислотное погружение, при котором можно использовать гидрохлорную, серную и фтороборную кислоту. Фтороборная кислота предпочтительна, поскольку на этой стадии могут все-таки оставаться слабые следы свинца на поверхности меди.

4. Погружение в цианид. Если прошло значительное время от предварительной очистки до того момента, когда плата поступает на участок металлизации, а также в условиях высокой влажности на поверхности платы могут быть следы окисла. В этом случае рекомендуется быстрое погружение платы в раствор 170. ..230 г цианида натрия в 4,5 л воды при комнатной температуре. Это очистит медь и не повредит резист.

Металлизация

Если плата прошла контроль перед нанесением покрытия, то слабая очистка платы не повредит слой резиста, и при металлизации затруднений не встретится. Однако следует придерживаться нескольких общих правил:

1. При металлизации следует использовать кислотные ванны при низкой температуре и с малым содержанием цианида, чтобы уменьшить разложение резиста.

2. Величина катодного тока ванны должна быть выбрана так, чтобы по возможности уменьшить выделение газа. Выделение газа может привести к ослаблению сцепления резиста с платой. Эффективность процесса металлизации повышается небольшим перемешиванием и высоким содержанием металла в ванне.

3. Ванна должна быть отрегулирована так, чтобы использовались средние рабочие напряжения. Хотя плотность тока — основной параметр, обеспечивающий заданную толщину металлизации, напряжение тем не менее также должно контролироваться. Слишком высокое напряжение может вызвать появление механических напряжений в слое резиста, что приведет к образованию избыточных проколов в процессе металлизации.

4. Все металлизационные ванны чувствительны к органическим загрязнениям, и поэтому растворы необходимо часто фильтровать и обрабатывать углеродом. Обычно наблюдающееся выделение меди из сульфата фторбората, а также свинца и олова из припоя во фторборатных ваннах редко вызывает какие-либо затруднения, если поддерживается достаточная чистота ванн.

Читать далее:

Интегральные схемы

• Контроль при создании радиоаппаратуры
• Высоковольтные системы
• Защитные покрытия для печатных плат и субблоков
• Монтаж выводов разъемов
• Ремонт печатного монтажа