ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.05.2019
Просмотров: 649
Скачиваний: 2
Металлизированные монтажные и переходные отверстия обрабатывают с высокой
точностью на специализированных одно- и многошпиндельных сверлильных станках с ЧПУ.
Для обработки металлизированных отверстий используются специальные спиральные
сверла из металлокерамических твердых сплавов. Их стойкость при обработке фольгированных
стеклотекстолитов составляет 3000-7000 тыс. отверстий, при наличии лакового покрытия на ПП
стойкость инструмента уменьшается в 2—3 раза. Номинальное значение диаметра сверла
следует выбирать исходя из зависимости
d
св
= d + 0.7(
1
+
2
),
где d – номинальный диаметр отверстия, мм;
1
– допуск на этот диаметр, мм;
2
– допустимое
уменьшение диаметра обрабатываемого отверстия после охлаждения слоистых пластиков, мм.
Повышение температуры в зоне обработки при сверлении слоистых пластиков приводит
к наволакиванию размягченной смолы на кромки контактных площадок, препятствующему по-
следующей металлизации отверстий. Для устранения этого недостатка предлагается ряд
усовершенствований: применение охлаждающих агентов, не содержащих смазок (вода, водяной
туман, очищенный сжатый воздух и т. п.); двойное сверление; наложение на поверхность платы
алюминиевых листов; разработка сверл с дополнительными режущими кромками, на-
правленными в сторону, противоположную основным, и т. п. Наиболее эффективным средством
устранения наволакивания признана последующая гидроабразивная очистка.
Чистовой контур ПП получают штамповкой, отрезкой на гильотинных ножницах или на
специальных станках с прецизионными алмазными пилами, фрезерованием. Повышение
производительности фрезерных работ достигается групповой обработкой пакета ПП толщиной
10-30 мм. Для исключения повреждения их поверхностей между отдельными заготовками
прокладывают картон, а пакет помещают между прокладками из листового гетинакса.
В последнее время для чистовой обработки все большее распространение получают
контурно-фрезерные многошпиндельные станки с ЧПУ, которые обеспечивают хорошее
качество кромок ПП и точность размеров в пределах ±0,025 мм, позволяют обрабатывать
внешние и внутренние контуры за одно крепление, характеризуются высокой
производительностью (1500-2000 плат/ч) и надежностью. Они снабжены устройствами для
автоматической смены фрез, защитными скафандрами для ограждения оператора от шума, пыли
и стружки при обработке, бесступенчатым регулированием частоты вращения инструмента в
диапазоне 15-60 тыс/мин.
Подготовительные операции предназначены для обеспечения качества при
выполнении основных процессов формирования элементов печатного монтажа. Они включают
очистку исходных материалов и монтажных отверстий от окислов, жировых пятен, смазки,
пленок и других загрязнений, активирование поверхностей проводящего рисунка, специальную
обработку диэлектриков, а также контроль качества подготовки. В зависимости от характера и
степени загрязнений очистку (активирование) проводят механическими, химическими,
электрохимическими, плазменными методами и их сочетанием.
Механическая подготовка в условиях мелкосерийного производства осуществляется
вручную смесью венской извести и шлиф-порошка под струей воды. Экономически оправдано
применение механизированных и автоматических конвейерных линий в условиях
крупносерийного и массового производства. Инструментом на этих линиях служат абразивные
круги, капроновые или нейлоновые щетки, на которые подается абразивная суспензия. В
некоторых зарубежных установках для зачистки используются круги из нетканого нейлона,
насыщенные мелкодисперсным порошком карборунда или алунда, которые для устранения
перегрева обильно смачивают водой. Для очистки монтажных отверстий от наволакивания
смолы и других загрязнений широко применяются установки гидроабразивной обработки, в
которых платы со скоростью 0,2-0,4 м/мин проходят рабочую, промывную и сушильную камеры
установки. Сушка заготовок осуществляется сжатым воздухом.
Химическая и электрохимическая подготовка поверхности проводится в ваннах с
различными растворами при покачивании плат и последующей их промывкой, а
механизированная - на автооператорных линиях модульного типа по заданной программе.
Специальная обработка диэлектрического материала при изготовлении МПП или ПП
аддитивными методами заключается в его подтравливании и придании шероховатости для
увеличения прочности сцепления с металлизацией. Подтравливание диэлектрика проводится
последовательной обработкой сначала в серной кислоте, а затем в плавиковой или в их смеси
(5:1) при температуре 50-60°С. Серная кислота образует с эпоксидной смолой сложный,
растворимый в воде, сульфированный полимер, а обнажившееся стекловолокно вступает в
реакцию с плавиковой кислотой. Скорость травления составляет 40-80 мкм/мин. После
обработки платы нейтрализуют в растворе щелочей и тщательно промывают.
Увеличение шероховатости диэлектрических поверхностей и клеевых композиций
достигается механической (гидроабразивной) или химической обработкой.
3 Методы изготовления проводящего рисунка печатных плат
Методы изготовления ПП (рис. 5) разделяют на две группы: субтрактивные и
аддитивные.
Субтрактивный процесс (subtraction-отнимать) получения проводящего рисунка
заключается в избирательном удалении участков проводящей фольги путем травления.
Аддитивный процесс (additio — прибавлять) – в избирательном осаждении проводящего
материала на нефольгированный материал основания. По сравнению с субтрактивными они
обладают следующими преимуществами:
1) однородностью структуры, так как проводники и металлизация отверстий получаются
в едином химико-гальваническом процессе;
2) устраняют подтравливание элементов печатного монтажа;
3) улучшают равномерность толщины металлизированного слоя в отверстиях;
4) повышают плотность печатного монтажа;
5) упрощают ТП из-за устранения ряда операций (нанесения защитного покрытия,
травления);
6) экономят медь, химикаты для травления и затраты на нейтрализацию сточных вод;
7) уменьшают длительность производственного цикла.
Несмотря на описанные преимущества, применение аддитивного метода в массовом
производстве ПП ограничено низкой производительностью процесса химической металлизации,
интенсивным воздействием электролитов на диэлектрик, трудностью получения металлических
покрытий с хорошей адгезией. Доминирующей в этих условиях является субтрактивная
технология, особенно с переходом на фольгированные диэлектрики с тонкомерной фольгой (5 и
18 мкм).
Рисунок 5 – Методы изготовления проводящего рисунка печатных плат
Субтрактивные методы. По субтрактивной технологии рисунок проводников
получается травлением медной фольги по защитному изображению в фоторезисте или
металлорезисте. Применяются три разновидности субтрактивной технологии.
Первый вариант (рис. 6) – негативный процесс с использованием сухого пленочного
фоторезиста (СПФ). Процесс достаточно простой, применяется при изготовлении
односторонних и двухсторонних ПП. Металлизация внутренних стенок отверстий не
выполняется. Заготовка – фольгированный диэлектрик. Методами фотолитографии с помощью
сухого пленочного фоторезиста на поверхности фольги формируется защитная маска,
представляющая собой изображение (рисунок) проводников. Затем открытые участки медной
фольги подвергаются травлению, после чего фоторезист удаляется.
Рисунок 6 – Основные этапы получения проводников фотохимическим методом
а) заготовка диэлектрик с медной фольгой на поверхности; б) нанесение защитного слоя; в)
получение защитного рисунка в проводящем слое; г) проявление защитного рисунка; д)
травление мели; е) удаление защитного рисунка.
Основными этапами получения проводников являются подготовка поверхности,
нанесение слоя фоторезиста, экспонирование, проявление схемы, травление фольги, удаление
фоторезиста.
Подготовку поверхности фольги выполняют вращающимися латунными или
капроновыми щетками. На поверхность фольги наносят смесь маршаллита и венской извести. В
результате зачистки желательно получение шероховатости фольги в пределах Ra 2,5...1,25 мкм,
что обеспечивает хорошую адгезию фоторезиста и легкое удаление его при проявлении.
Независимо от механической зачистки во всех случаях проводят химическую очистку
фольги и нефольгированных поверхностей платы. Ее выполняют в щелочных растворах с
последующей промывкой в деионизованной воде. Для нейтрализации остатков щелочи и уда-
лении слоя оксидов платы подвергают декапированию в растворе соляной и серной кислот.
Нанесение слоя фоторезиста осуществляют на подготовленную поверхность фольги
(рис. 6, а) слоя фоторезиста 2 и производят его сушку в течение 15...20 мин при температуре
65°С (рис. 6 б).
Экспонирование осуществляют при помощи фотошаблона 3 с негативным
изображением схемы в вакуумной светокопировальной раме для засвечивания. В качестве
источника света используют дуговые ртутные и люминесцентные лампы (рис. 6, в). Для
получения резкого изображения необходим плотный контакт между фотошаблоном и
фоторезистом.
Проявление схемы состоит в вымывании растворимых участков фоторезиста,
находившихся под темными местами негатива. Для фоторезистов негативного действия в
качестве проявителей используют спиртовые смеси и др. Проявление целесообразно выполнять
в двух ваннах. В первой ванне удаляется большая часть фоторезиста, а во второй ванне про-
изводится тонкое проявление.
Полученный защитный слой 4 (рис. 6, г) можно подвергать химическому дублению в
растворе ангидрида и тепловому дублению (выдержка в термостате при t = 60°C в течение 40...60
мин). Необходимость операции задубливания определяется в каждом отдельном случае, так как
она уменьшает адгезию фоторезиста.
Дальнейшие этапы являются общими для плат, изготовляемых фотохимическим и
сеточно-химическим методами.
Травление представляет собой процесс удаления слоя металла для получения нужного
рисунка схемы 5 (рис. 6, д). Процесс травления включает в себя предварительную очистку,
собственно травление металла, очистку после травления и удаления фоторезиста или краски
(рис. 6, е).
Механическая обработка платы заключается в штамповании или фрезеровании по контуру и
получении отверстий. Для удаления пыли и грязи плату обдувают сжатым воздухом.
Химические методы при сравнительно простом технологическом процессе обеспечивают
высокую прочность сцепления проводников с основанием (2 МПа), равномерную толщину
проводников и их высокую электропроводность. Время химических воздействий на плату в
процессе изготовления составляет »=>25 мин. Недостатком химических методов является
низкая прочность в местах установки выводов, так как отверстия не металлизируются.
Второй вариант (рис. 7) – позитивный процесс.
Создается
проводящий
рисунок
двухсторонних
слоев
с
межслойными
металлизированными переходами (отверстиями). Сухой пленочный фоторезист (СПФ)
наслаивается на заготовки фольгированного диэлектрика, прошедшие операции сверления
отверстий и предварительной (5-7 мкм) металлизации медью стенок отверстий и всей
поверхности фольги. В процессе фотолитографии СПФ защитный рельеф получают на местах
поверхности металлизированной фольги, подлежащей последующему удалению травлением. На
участки, не защищенные СПФ, последовательно осаждаются медь и металлорезист (сплав SnPb),
в том числе и на поверхность стенок отверстий. После удаления маски СПФ незащищенные
(более тонкие) слои меди вытравливаются. Процесс более сложный, однако, с его помощью
удается получить металлизированные стенки отверстий.
Третий вариант (рис. 8) – так называемый тентинг-процесс. Как и в позитивном
процессе, берется заготовка в виде фольгированного диэлектрика, формируются отверстия,
проводится предварительная металлизация всей платы, включая внутренние стенки отверстий.
Затем наносится СФП, который формирует маску во время фотолитографии в виде рисунка
Рисунок 7 – Позитивный процесс с использованием сухого пленочного фоторезиста
печатных проводников и образует завески – тенты над металлизированными отверстиями,
защищая их во время последующей операции травления свободных участков медной фольги. В
этом процессе используются свойства пленочного фоторезиста наслаиваться на сверленые
подложки без попадания в отверстия и образовывать защитные слои над металлизированными
отверстиями. Применение тентинг-метода упрощает технологический процесс изготовления
двусторонних ПП с металлизированными отверстиями. Однако необходимо обеспечить
гарантированное запечатывание отверстий фоторезистом. Кроме того, качество поверхности
металла вокруг отверстий должно быть очень хорошим, без заусениц.
Для получения изображений используется пленочный фоторезист толщиной 15-50 мкм.
Толщина фоторезиста в случае метода «тентинг» диктуется требованиями целостности
защитных завесок над отверстиями на операциях проявления и травления, проводимых
разбрызгиванием проявляющих и травящих растворов под давлением 1,6-2 атм. и более.
Фоторезисты толщиной менее 45-50 мкм на этих операциях над отверстиями разрушаются.
Подготовка поверхностей заготовок под наслаивание пленочного фоторезиста с целью
удаления заусенцев сверленых отверстий и наростов гальванической меди производится
механической зачисткой абразивными кругами с последующей химической обработкой в
растворе персульфата аммония или механической зачисткой водной пемзовой суспензией. Такие
варианты подготовки обеспечивают необходимую адгезию пленочного фоторезиста к медной
поверхности подложки и химическую стойкость защитных изображений на операциях
проявления и травления. Кроме того, механическая зачистка пемзой дает матовую однородную
поверхность с низким отражением света, обеспечивающая более однородное экспонирование
фоторезиста.
Субтрактивный метод получения рисунка проводников ПП основан на травлении
медной фольги по защитной маске. Величина бокового подтравливания и, соответственно,
разброс ширины создаваемых проводящих дорожек зависит от толщины слоя металла: при
травлении фольги толщиной 5 мкм интервал разброса ширины проводников порядка 7 мкм, при
травлении фольги толщиной 20 мкм разброс составляет 30 мкм, а при травлении фольги
толщиной 35 мкм разброс составляет около 50 мкм. Искажения ширины медных проводников
по отношению к размерам ширины их изображений в фоторезисте и на фотошаблоне смещаются
в сторону заужения. Следовательно, при субтрактивной технологии размеры проводников на
Рисунок 8 – Тентинг процесс