4.4. Хімічні та гальванічні процеси виготовлення друкованих плат
Основне призначення хімічних та гальванічних процесів полягає в металізації монтажних отворів та захисті малюнка друкованої плати при травленні.
Типовий технологічний процес хімічної та гальванічної металізації друкованих плат (ГОСТ 23770-79) складається з етапів підготовки поверхні, сенсибілізації, активації, хімічного та гальванічного міднень, гальванічного осадження сплаву SnPb.
Підготовка поверхнімонтажних отворів друкованих плат полягає в гідроабразивній обробці, підтравлюванні діелектрика в отворах сірчаною кислотою та фтористим воднем, промивання у проточній воді.
Сенсибілізація (підвищення чутливості до міді)здійснюється в розчині дволористого олова, соляної кислоти і металевого олова протягом 5. 7 хвзнаступним промиванням в дистильованій воді. В результаті сенсибілізації на поверхні стінок отворів адсорбується плівка іонів дволористого олова, що є відновником паладію.
Мал. 4.4. Схема гальванічного мідіння друкованих плат
Активація проводиться у водному розчині дволористого паладію та аміаку протягом 5. 7 хв. Металевий паладій служить центром кристалізації за хімічного міднення. Для скорочення технологічного циклу та поліпшення якості металізації використовують суміщений активуючий розчин, до складу якого входять солі паладію та олова.
Хімічне міднення полягає у відновленні міді на активованих поверхнях розчину, в який входять солі міді, нікелю, формаліну, соди та ін. Час осадження шару міді товщиною 0,25 . 0,5 мкм становить 15. 20 хв. Для полегшення видалення водню, що виділяється в процесі мідіння, та для кращого змочування отворів розчином процесведеться з плавним похитуванням плат чи з накладенням ультразвукового поля. Опади міді в цьому випадку мають щільнішу структуру, що пояснюється кращими умовами для видалення водню, що закриває поверхню діелектрика.
Гальванічну металізацію застосовують для збільшення тонкого шару міді, отриманого при хімічній металізації до товщини 5. 8 мкм, і подальшого утворення схеми, що проводить, з товщиною міді в отворах 25 мкм.
Гальванічне міднення вимагає замкненого контуру провідних покриттів, що здійснюється технологічними провідниками, прошивкою отворів мідним дротом та застосуванням спеціальних рамок. Мідь нарощують у сірчанокислому, борфтористо-водневому та інших електролітах. При тривалому впливі електроліту на ізоляційну основу можливе погіршення його діелектричних властивостей.
Нанесення гальванічних покриттів здійснюють у ваннах (рис. 4.14).
Плату4затискають у металевій рамці і підвішують на шині1,встановленої у ванні2з електролітом. Шину підключають до негативного джерела струму, а електроди3,виготовлені з електролітичної міді - до позитивного джерела струму. На платі, яка є катодом, тримає в облозі мідь. Для отримання хорошого покриття на стінках отворів передбачається переміщення рамки, що забезпечує постійне оновлення електроліту в отворах.
Важливим технологічним параметром єрозсіювальназдатність процесу,від якої залежить відношення товщини покриттявотворі до товщини покриття на поверхні плати. Так як це відношення не може бути більше одиниці, необхідно наносити більш товстий шар на поверхню плати, щоб отримати шар заданої товщини в отворі.
Гальванічне осадженнясплаву «олово - свинець» завтовшки4. 20 мкм виробляється з метою запобігання провідного малюнка при травленні плат і забезпечення хорошої паяності. Осадження гальванічних сплавів складніше, що викликано необхідністю підтримки певного складу покриття. Адгезія гальванічного покриття залежить від якості підготовки поверхні для металізації та дотримання режимів процесу.
Травленняє хімічним процесом, при якому ділянки мідної фольги, не захищені резистом, видаляються з поверхні діелектричного основи, а ділянки, покриті резистом, зберігаються і формують малюнок друкованої плати. Як резист використовуються фоторезист, трафаретна фарба або стійкий до впливу травників гальванічно нанесений шар олов'яно-свинцевого сплаву (припою) або шляхетних металів. Процес травлення включає попереднє очищення, власне травлення металу, очищення після травлення і видалення фоторезиста.
Травлення друкованих плат із малюнками, захищеними сплавами з урахуванням олова-свинцю чи .благородних металів, виробляється у розчинах з урахуванням хлорної міді (ГОСТ 23727— 79). Такі розчини мають низьку вартість, прості у приготуванні та легко видаляються з плати після травлення. Якщо малюнок плати захищений друкарськими фарбами, то травлення проводиться вже залізомідному хлоридному розчині.
Травлення набризкуванням проводиться у ваннах (рис. 4.15,а).Плата2закріплюється в обоймі і встановлюється у ванні6на невеликій відстані від поверхні травильного розчину 5. Сітка3захищає ротор4від випадкового влучення деталей.
Травленнянабризкування забезпечує рівномірне видалення фольги і мале її підтравлювання. Однак цим методом можна обробляти одночасно невелику кількість плат за невисокої швидкості травлення.
Струмене травлення забезпечує високу продуктивність. Травник під високим тиском через систему сопл розпорошується на поверхню плати (рис. 4.15,б).З поверхнею плати постійно стикається свіжий розчин, що надходить із сопла, що забезпечує високу швидкість травлення. Цей метод є універсальним і забезпечує травлення з високою роздільною здатністю.
Час травлення скорочується при підвищенні температури розчину (до 40°С), збільшенні сили удару струменя травильного розчину поверхню плати і кількості повітря, що подається в розчин. Залежно від перерахованих факторів час травлення фольги завтовшки 35 мкм може становити 4. 12 хв.
Мал. 4.15. Травлення фольги:
а - набризкуванням; б — розпорошенням;>
Травлячий розчин діє з усіх боків і викликає небажані бічні підтравлювання (рис. 4.15,в),які оцінюються коефіцієнтом травлення K-v/A, де v - товщина фольги;А- бічне підтравлення.
Для зменшення підтравлювання слід застосовувати тонку (18 мкм) або надтонку (5 Мкм) фольгу.
Захисний шар трафаретної фарби або фоторезиста знімають у лужних розчинах. Для зняття деяких фарб використовується додатковий механічний вплив щіток, що обертаються. Після травлення необхідне ретельне промивання в гарячій проточній воді для видалення травника.