Title

ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Создание рисунка проводников на слоях печатных плат.

Наиболее общими показателями уровня печатных плат являются ширина проводников и диаметр межслойных переходов. Тенденция развития печатных плат характеризуется уменьшением ширины проводников (рис.1) и увеличением количества межслойных переходов за счет уменьшения их размеров и использования поверхностных контактных площадок для присоединения выводов компонентов (рис. 2).

  Рис 1.

  Рис 2.

Используют два вида технологии получения проводящего рисунка слоев печатных плат:

  1. на основе субтрактивных методов
  2. на основе аддитивного формирования

По субтрактивной технологии рисунок печатных плат получается травлением медной фольги по защитному изображению в фоторезисте или по металлорезисту, осажденному на поверхность гальванически сформированных проводников в рельефе фоторезиста на фольгированных диэлектриках. На рисунках 3, 4, 5 приведены варианты технологических схем получения проводящего рисунка печатных плат по субтрактивной технологии с применением фоторезиста. Первый вариант (рис.3) - получение проводящего рисунка травлением медной фольги на поверхности диэлектрика по защитному изображению в фоторезисте при изготовлении односторонних и двухсторонних слоев многослойных плат (МПП). Второй вариант (рис.4) - получение проводящего рисунка двухсторонних слоев с межслойными переходами,путем травления медной фольги с гальванически осажденным сплошным слоем меди по защитному изображению рисунка схемы и с защитными завесками над металлизированными отверстиями в пленочном фоторезисте. В этом, так называемом процессе "тентинг" , или методе образования завесок над отверстиями, в заготовках фольгированного диэлектрика сверлятся отверстия и, после химической металлизации стенок отверстий , производят электролитическое доращивание меди до требуемой толщины (35-40 мкм) в отверстиях и на поверхности фольги на всей заготовке фольгированного диэлектрика. После этого наслаивается фоторезист для получения защитного изображения схемы и защитных завесок над металлизированными отверстиями. По полученному защитному изображению в пленочном фоторезисте производят травление меди с пробельным мест схемы.Образованные фоторезистом завески защищают металлизированные отверстия от воздействия травящего раствора в процессе травления . В этом процессе используются свойства пленочного фоторезиста наслаиваться на сверленные подложки без попадания в отверстия и образовывать защитные слои над металлизированными отверстиями.

  Рис 3.

  Рис 4.

  Рис 5.

Третий вариант (рис.5) применяется, при получении слоев печатных плат путем вытравливания проводящего рисунка по металлорезисту, осажденному на поверхность медных проводников,сформированных в рельефе пленочного фоторезиста, и на стенки металлизированных отверстий. Как и во втором варианте, пленочный фоторезист 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 резиста защитный рельеф получают на местах поверхности металлизированной фольги, подлежащей последующему удалению травлением.

Проводящий рисунок формируется последовательным осаждением меди и металлорезиста по рисунку освобождений в рельефе пленочного фоторезиста и на поверхность стенок отверстий. После удаления рельефа пленочного фоторезиста незащищенные слои меди вытравливаются. Профиль поперечного сечения проводников, сформированный травлением по защитному изображению в фоторезисте,имеет форму трапеции, расположенной большим основанием на поверхности диэлектрика.

Анализ замеров ширины линий после травления медной фольги по защитному изображению в пленочном фоторезисте показывает, что интервал разброса значений замеров увеличивается с увеличением толщины фольги. Например, при травлении фольги толщиной 5 мкм интервал разброса ширины 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 изображений последних в фоторезисте и на фотошаблоне - негативе смещаются в сторону заужения.

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.

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 растворов под давлением 1,6- 2 атм и более. Фоторезисты толщиной менее 45 - 50 мкм на этих операциях над отверстиями разрушаются. Для обеспечения надежного "тентинга", диаметр контактной площадки должен быть в 1,4 раза больше диаметра отверстия.

Минимальный поясок изображения контактной площадки (ширина между краем контактной площадки и отверстием) должен быть не менее 0,1 мм.

Травление по защитному рисунку проводится в струйной конвейерной установке в меднохлоридном кислом растворе. Время травления определяется максимальной суммарной толщиной фольги с гальванически осажденным на поверхности медным слоем. Точность изготовления проводников закладывается в конструкторскую документацию на платы. Следовательно, при субтрактивной технологии получения печатных элементов в готовых слоях с заданной шириной, необходимо в размеры изображений на фотошаблоне вводить величину заужения, т.е. к номинальному значению ширины проводника ,прибавлять величину заужения.

Из вышеизложенного следует, что субтрактивная технология имеет ограничения по разрешению, т.е. минимально воспроизводимая ширина проводников и зазоров порядка 50 мкм при толщине проводников 5-9 мкм , 100-125 мкм при толщине проводников 20 -35 мкм или 150 - 200 мкм при толщине проводников 50 мкм. Для получения логических слоев с металлизированными переходами с более плотным печатным рисунком, с шириной проводников 125 мкм и менее, например, 100 мкм, при их толщине 50 мкм, используется технологический процесс по субтрактивной технологии травлением по металлорезисту (3-й вариант субтрактивной технологии) с использованием диэлектрика с тонкомерной фольгой, толщиной 5 - 9 мкм. В этом случае предварительная металлизация стенок отверстий и поверхности фольги заготовок диэлектрика производится на минимально возможную толщину 8 - 10 мкм. Условия получения изображения в пленочном фоторезисте отличны от условий процесса "тентинга". А именно, для получения изображений используются тонкие пленочные фоторезисты с более высоким разрешением и гальваностойкостью. Подготовка поверхности подложки под наслаивание пленочного фоторезиста из-за небольшой толщины фольги и металлизированного слоя и во избежание их повреждения, проводится химическим способом.

Фоторезист наслаивается по специально подобранному режиму: при низкой скорости наслаивания 0,5 м/мин, при температуре нагрева валков 115 град.С +-5 град.С, на подогретые до температуры 60 - 80 град.С заготовки. При экспонировании изображения используются установки с точечным источником света, обеспечивющие высококоллимированный интенсивный световой поток на рабочую поверхность копировальной рамы с автоматическим дозированием и контролем световой энергии.

Фотошаблоны -позитивы должны иметь резкость края изображения 3 - 4 мкм вместо 7 - 8 мкм у фотошаблонов, применяемых при получении изображений с разрешением 200 - 250 мкм. Проявление изображений проводится в установках проявления - процессорах в стабилизированном трихлорэтане.

Для удаления следов органики с медной поверхности подложки в каналах освобождений в рельефе пленочного фоторезиста проводится обработка в окислителе - в 20% растворе серной кислоты в течение 2-х минут с последующей промывкой в воде и калориферной сушкой в конвейерной струйной установке , после чего для повышения гальваностойкости защитного изображения проводится световое дубление в светокопировальных рамах по режимам экспонирования. Проводящий рисунок формируется в рельефе пленочного фоторезиста последовательным гальваническим осаждением меди на толщину 20-40 мкм и олово/свинца(ПОС-61 ) на толщину 9 -12 мкм или никеля на толщину 3-5 мкм.

После удаления фоторезиста производится травление медной фольги с металлизированным слоем суммарной толщиной 10-15 мкм с пробельных мест схемы. Для этого применяется травильная установка с медноаммиачным травильным раствором. В варианте использования металлорезиста ПОС-61 последний удаляется в травильном растворе в струйной конвейерной установке. При применении в качестве металлорезиста никеля сложность процесса в том, что слой никеля остается на поверхности проводника и несколько шире его медной части. Поэтому применение металлорезиста сплава олово/свинец с последующим его удалением является более технологичным процессом.

Из изложенного выше можно сделать вывод: изготовление слоев по субтрактивной технологии с применением диэлектриков с тонкой медной фольгой толщиной 5 - 9 мкм обеспечивается получение проводящего рисунка с минимальной шириной проводников и зазоров между ними порядка 50 мкм при толщине проводников 5-9 мкм и 100 - 125 мкм при толщине проводников 40-50 мкм.

Технология формирования слоев методом ПАФОС.

Для изготовления печатных плат с шириной проводников и зазоров 50 -100 мкм с толщиной проводников 30-50 мкм рекомендуется использовать метод ПАФОС. Это полностью аддитивный электрохимический метод, по которому проводники и изоляция между ними (диэлектрик) формируются аддитивно, т.е. селективным гальваническим осаждением проводников и формированием изоляции только в необходимых местах прессованием . Метод ПАФОС, как аддитивный метод, принципиально отличается от субтрактивного тем,что металл проводников наносится, а не вытравливается.

Проводящий рисунок формируется гальваническим осаждением тонкого слоя никеля толщиной 2-3 мкм и меди толщиной 30 - 50 мкм по рисунку освобождений в рельефе пленочного фоторезиста,полученного на временных "носителях" - листах из нержавеющей стали, поверхность которых предварительно покрывается гальванически осажденной медной шиной толщиной 2-20 мкм. В защитном рельефе пленочного фоторезиста на верхнюю поверхность сформированных проводников производится также нанесение адгезионных слоев . После этого пленочный фоторезист удаляется,и проводящий рисунок на всю толщину впрессовывается в препрег или другой диэлектрик. Прессованный слой вместе с медной шиной механически отделяется от поверхности носителей.

В случае слоев без межслойных переходов медная шина стравливается (схема процесса приведена на рис.6.а). При изготовлении двухсторонних слоев с межслойными переходами перед травлением тонкой медной шины проводятся операции получения межслойных переходов металлизацией отверстий с контактными площадками, после чего медные шины стравливаются (рис.6.б). Проводящий рисунок, утопленный в диэлектрик и сверху защищенный слоем никеля, при травлении медной шины не подвергается воздействию травильного раствора.Поэтому форма, размеры и точность проводящего рисунка определяются формой и размерами освобождений в рельефе пленочного фоторезиста, т.е. процессами фотохимии.   Рис 6a.

  Рис 6б.

Лучшее качество подготовки поверхности медной шины на "носителях" обеспечивается зачисткой водной суспензией пемзы. Однако, механическая зачистка не всегда применима, т.к. иногда вызывет разрушение медной шины,особенно на "носителях" больших размеров.

Поэтому лучше применять химическую подготовку обработкой в растворе персульфата аммония на струйных конвейерных установках. Эта подготовка обеспечивает адгезию и химическую стойкость защитных изображений на операциях гальванического формирования проводящего рисунка и щелочного оксидирования. Условия проведения операции экспонирования для получения изображениий в пленочном фоторезисте с разрешением 50 - 100 мкм:

  • Фотошаблоны должны иметь высокие оптические характеристики- оптическая плотность прозрачных полей менее 0,1 ед.оптической плотности, непрозрачных полей более 3,5 ед. оптической плотности, резкость края изображения не хуже 2 - 3 мкм.
  • Экспонирование изображений должно проводиться на установках с точечным источником света с высококоллимированным интенсивным световым потоком, с автоматическим дозированием и контролем световой энергии. Температура нагрева копировальной поверхности в процессе экспонирования не должна превышать температуру помещения более, чем на 3 - 5 оС (температура помещения 21 +-1 оС).
  • Проявление изображений должно проводиться в струйных установках с форсунками среднего и высокого давления. После проявления изображений с целью удаления следов органики с поверхности медной шины в узких каналах рисунка освобождений в рельефе пленочного фоторезиста следует проводить обработку в 20% растворе серной кислоты в течение 2-х минут.

Последовательность проведения операций обработки в окислителе та же, как в случае получения изображений высокоплотных схем по субтрактивной технологии с применением диэлектрика с тонкомерной фольгой.

При обеспечении правильных условий проведения процессов получения изображений в пленочных фоторезистах достигается следующее:
1) ширина гальванически сформированных проводников в фоторельефе пленочных фоторезистов на высоте между уровнями от 0,2 до 0,7 толщины фоторезиста равна ширине изображения проводника на фотошаблоне, интервал разброса замеров не превышает 5 - 10 мкм;
2)искажения ширины проводников на поверхности подложки относительно размеров на фотошаблоне в среднем составляют от 10 мкм до 20 мкм.;
3) суммарный интервал разброса ширины проводников по всей высоте фоторельефа не превышает 15 - 20 мкм.
Профиль фоторельефа пленочного фоторезиста зависит от применяемой модели светокопировальной установки. При экспонировании на установках с совершенной экспонирующей системой, обеспечивающей высокую коллимацию высокоинтенсивных световых лучей и отсутствие нагрева рабочей копировальной поверхности, например, на моделях HMW-201 и OPTI-BEAM 7100, фоторельеф имеет ровные боковые стенки с малым наклоном к поверхности подложки.

Лазерное формование рисунка методом "ПАФОС".
Проблема разработки технологии изготовления печатных плат с применением лазерных методов обработки решается комплексно с учетом создания лазерного оборудования и исследования путей его построения, в том числе исследование различных типов лазеров с целью установления пригодности их параметров для решения технологических задач.

В технологическом аспекте новыми являются методы непосредственного лазерного формирования рисунка в диэлектрике. Разработанные нами лазерные методы ориентированы на сочетание с технологией ПАФОС, которая обеспечивает формирование прецизионного проводящего рисунка схем с проводниками шириной 50 мкм в слоях сверхплотных МПП, однако это не исключает возможности успешного использования лазерных методов в других технологиях изготовления печатных плат. Несмотря на все совершенства техники изготовления фотошаблонов (ФШ) остается ряд существенных проблем, заставляющих искать новые пути прямого формирования рисунка схем без применения ФШ.

Фотошаблон, изготовленный на фотопленке, во время работы с ним при изменении температуры и влажности меняет свои линейные размеры. Точность ФШ зависит от точности плоттера и точности устройств, на которых изготавливаются базовые отверстия. К техническим проблемам в технологии изготовления ФШ следует отнести сложность получения линий шириной мене 100 мкм, в то время как в настоящее время созрела задача изготовления печатных плат с шириной проводников около 50 мкм.
При изготовлении ФШ с линиями 50 мкм возрастает влияние чистоты помещений.
Дефекты на ФШ, возникающие при попадании пылинок,становятся практически неустранимыми на линиях шириной 50 мкм. Есть также проблемы экспонирования резиста через ФШ ,так как при экспонировании между ФШ и резистом находится защитный полиэфирный слой толщиной 25 мкм, в результате происходит рассеяние света на нем, особенно при слабо коллимированном источнике света, что ограничивает присущее фоторезисту разрешение.

Оценивая преимущества технологии лазерного формирования рисунка на резисте, наши усилия были направлены на создание более простого и дешевого оборудования и применения для этих целей СО2 лазера, как более доступного для широкого пользования. СО2 лазеры простые в обслуживании, обладают большим ресурсом и достаточной стабильностью, могут быть применены для формирования рельефного рисунка в производстве печатных плат.

Предел разрешающей способности лазерного формирования определяется возможностями оптической системы, модовым составом лазерного излучения, расходимостью лазерного луча и его размером. Практически луч СО2 лазера одномодового состава может быть сфокусирован в точку диаметром 35-40 мкм.

Метод формования рисунка непосредственно в диэлектрике исключает процессы изготовления фотошаблонов и все последующие фотолитографические операции и наиболее полно отвечает требованиям аддитивной технологии ПАФОС. При этом можно ожидать, что существенно увеличится выход годных изделий и затраты уменьшаться.

Получение наружных слоев печатных плат.

Заготовки двухсторонних печатных плат и прессованные пакеты многослойных плат имеют на поверхности медную фольгу, обычно толщиной 5 мкм, 20мкм или 35 мкм.

Технологическая схема получения проводников наружных слоев печатных плат с межслойными переходами (сквозными металлизированными отверстиями) по технологической последовательности выполнения операций похожа или на приведенный выше третий вариант субтрактивной технологии, или второй вариант - "тентинг" метод. Согласно технологической схеме предварительная металлизация сверленных пакетов многослойных плат по поверхности фольги или медной шины и по поверхности стенок отверстий производится на толщину 7-10 мкм.

Толщина предварительной металлизации диктуется требованиями , с одной стороны, сохранения межслойных переходов при последующих операциях обработки, с другой стороны - требованиями минимальной толщины медных слоев, подлежащих травлению (с целью уменьшения бокового подтрава проводников). Остальная часть проводника одновременно с увеличением толщины металлизации на стенках отверстий формируется последовательным гальваническим осаждением меди на толщину 10-30 мкм и металлорезиста ПОС-61 на толщину 9 - 12 мкм. Последовательность формирования проводников верхних слоев МПП приведена на рис.7. Для того, чтобы проводящий рисунок не наращивался выше фоторельефа, используются толстые фоторезисты, толщиной 40-50 мкм. Гальванически сформированная часть печатных элементов определяется размерами освобождений в фоторельефе. При правильно подобранных режимах получения изображения в пленочном фоторезисте ширина проводника по металлорезисту равна размерам изображения на фотошаблоне. В процессе травления происходит одновременное травление выступающих проводников с боков. Величина бокового подтрава соизмерима с глубиной травления, т.е. суммарной толщине медных слоев. Для плат, изготовленных по субтрактивной технологии с металлорезистом среднее значение ширины проводников, на готовых платах после удаления металлорезиста, на 40 - 60 мкм меньше чем на фотошаблоне.

  Рис 7.

Для изготовления наружных слоев плат методом "тентинг" схема процесса приведена на рис.8. На рис. 9 показана защита металлизированных переходов тентированием.. Процесс в основном аналогичен вышеизложенному для внутренних слоев.

  Рис 8.

  Рис 9.

Печатные платы с глухими межслойными переходами.

По мере увеличения плотности связей и выполнения специальных условий распределения тока питания, экранирования и уменьшения уровня перекрестных помех наблюдается увеличение объема использования в радиоэлектронных изделиях четырехслойных (рис.10) и шестислойных (рис.11) печатных плат.

  Рис 10.

  Рис 11.

Основным структурным элементом четырехслойных и шестислойных печатных плат с глухими переходами являются двухслойные заготовки с сигнальными проводниками и межслойными переходами.

Имеется три разновидности технологии изготовления таких двухслойных сигнальных заготовок:

  • последовательное формирование вначале внутренних сигнальных слоев и переходов в отдельных заготовках, затем, после прессования пакета, формирование наружных сигнальных слоев и сквозных переходов;
  • одновременное формирование проводников на обеих сторонах двухслойных заготовок, затем, после прессования, формирование локальных и сквозных межслойных переходов;
  • одновременное формирование сигнальных проводников и межслойных переходов в двухсторонних заготовках, затем, после прессования, формирование только сквозных переходов.

Высокая плотность проводников и переходов при высокой их надежности достигается в межслойных переходах через глухие отверстия, формируемые с помощью лазерного луча. Выбираемая произвольная форма перехода, большая площадь планарного контактирования, эпитаксиальный слой и короткая длина, способствуют реализации простых конструкций переходов. В этих платах для получения достаточной устойчивости монтажных контактных площадок при операциях пайки во время монтажа и ремонта можно использовать закрепление этих площадок снизу дополнительными проводниками межслойных переходов. Одновременное использование межслойных переходов для замоноличивания контактных площадок позволяет существенно увеличить плотность проводников на наружных слоях и создать оптимальные условия поверхностного монтажа микросхем с очень малым шагом выводов.

В изготавливаемых по описанной технологии шестислойных печатных платах реализуется ширина сигнальных проводников от 50 мкм, зазоров от 100 мкм, при толщине проводников 35 - 40 мкм, диаметре внутренних переходных отверстий от 100 - 125 мкм, диаметре сквозных отверстий от 300 мкм.

Можно использовать изоляционный материал - стеклоэпоксид или стеклополиимид. Размер групповых заготовок плат от 200 х 260 мм.

От системы базирования во многом зависит выбор величины элементов рисунка, зазоров между ними, типа и габаритов платы и, в конечном счете, надежности и стоимости изделия.

Печатные платы с теплопроводными слоями.
Для получения хорошей конструкции устройства на печатной плате в соответствии с условиями их применения и другими характеристиками (термоудар, вибрация и т.д.) необходимо учитывать рассеиваемую компонентами мощность и механические условия работы. Размещение ИС на жесткой печатной плате должно быть таким,чтобы обеспечивалась эффективная теплопередача от кристаллов к теплообменным элементам конструкции устройства, а возможности разводки электрических связей не ущемлялись .

При использовании метода ПАФОС для изготовления печатных плат имеется большой запас плотности размещения проводников и межслойных переходов. В этом случае проводники и переходы на плате можно специфицировать на два вида: первый - проводники и переходы для передачи электрических сигналов, второй - проводники и межслойные переходы для теплопередачи от микросхем до теплообменников.

Конструкция представляет собой печатную плату со специальными проводниками и отверстиями в комплексе с металлической пластиной - слоем для увеличения отвода тепла от кристаллов . Для изготовления этого типа плат можно использовать производственную линию со стандартными установками . Установки для поверхностного монтажа компонентов также стандартные. Сочетанием указанных здесь принципов можно без каких-либо ограничений получать оригинальные конструкции, включая и трехмерные.

Паяльные маски для наружных слоев печатных плат
.

Введение в конструкцию печатных плат паяльной маски является необходимым условием , т.к. обычная стеклоэпоксидная основа печатных плат не обладает достаточной теплостойкостью при температурах пайки (220-240 о С), и без паяльной маски за время необходимое для проведения техпроцесса пайки (0,5 - 2,5 мин.) может происходить поверхностная деструкция материала диэлектрика. По методу формирования рисунка паяльные маски делятся на два типа:

1) паяльные маски, рисунок которых формируется методом трафаретной печати , как правило, это составы на эпоксидной основе, отверждаемые термически или УФ излучением; при относительной дешевизне основным их недостатком является низкая разрешающая способность и необходимость использования сеткографического трафарета.

2) паяльные маски, рисунок которых формируется фотолитографическим методом (фоторезитивные паяльные маски), эти паяльные маски позволяют формировать рисунок любой сложности и в последнее время получили наибольшее распространение; фоторезистивные паяльные маски по методу нанесения делятся на сухие паяльные маски и жидкие паяльные маски.

Нанесение паяемых покрытий на печатные платы.

Используют много способов для нанесения паяемого покрытия на медную поверхность проводников печатных плат. Два наиболее популярных метода - двойная печать резиста и лужение с выравниванием припоя горячим воздухом (HAL,HASL). В то время как оба метода дают одинаковый конечный результат: чисто медные проводники покрытые паяльной маской, а все паяемые поверхности покрыты припоем, эти методы значительно отличаются при их реализации.

При двойной печати используется двухразовое нанесение фоторезиста, для создания чистой медной схемы с лужеными контактными площадками. Первоначальное нанесение резиста определяет рисунок электрической схемы. Впоследствии по рисунку в резисте осаждается медь и затем олово/свинец. После того, как произведено травление получаются защищенные оловом/свинцом цепи и контактные площадки. Далее наносится второй слой резиста, который защищает олово/свинец на контактных площадках во время удаления олово/свинца на остальных проводниках,чтобы создать чистую медную схему.

Затем второй слой фоторезиста удаляется , оставляя чистые медные цепи и покрытые оловом/свинцом контактные площадки.Далее наносится паяльная маска , а олово/свинец затем расплавляется (оплавляется),чтобы создать хорошо паяемые контактные площадки.

Олово/ свинец как электроосажденный металл имеет очень пористую поверхность, следовательно его очень трудно очистить,т.к. он склонен к захвату загрязнений в том числе остатков фоторезиса .К тому же растворы, используемые при удалении резиста, химически реагируют с оловом и в результате изменяют состав сплава. Результаты изменений зависят от параметров процесса. Необходимая дополнительная обработка с неоплавленным олово/свинцом не помогает,а еще более ухудшает ситуацию. Приложение фотопечатаемой паяльной маски и процесс проявления еще один источник загрязнений. Многократные циклы отжига необходимые для завершения обработки также ухудшают паяемость ,обеспечивая рост олово-медных интерметаллитов ( по существу непаяемых элементов). Все эти показатели ведут к низкому выходу годных и ухудшению надежности.

Процесс изготовления печатных плат HASL методом - нанесение расплавленного припоя на чистые медные контактные площадки печатных плат незащищенные паяльной маской аналогичен обычному позитивному методу. Однако,после травления меди с пробельных мест удаляется также олово/свинец со всех металлизированных поверхностей и далее паяльная маска наносится на чистые медные проводники. Затем вся печатная плата окунается в расплавленный 63/37 припой,который наносится на все поверхности свободные от паяльной маски (то есть контактные площадки). Используют специальные установки вертикального типа (рис.12) или горизонтального типа (рис.13).

  Рис 12.

  Рис 13.

При методе "тентинг" после травления рисунка операция снятия металлорезиста отсутствует. Поэтому одно из преимуществ лужения с выравниванием припоя - просто меньше шагов обработки. Другое - припой не подвергается никакой дополнительной химической обработке, которая могла бы загрязнить поверхность или изменить состав сплава. Здесь также меньше термических воздействий, чтобы вызвать рост интерметаллитов .Контактные площадки после этого процесса имеют отличную способность к смачиванию.

Альтернативы HASL:

  1. покрытия металла:
    1. Иммерсионное золото поверх химического никеля
    2. Иммерсионное серебро
    3. Химический палладий
    4. Иммерсионное олово
    5. Иммерсионный палладий
    6. Химическое золото поверх никеля
  2. Иммерсионная металлизация - всегда себя ограничивает и обычно очень тонкая. Для изготовителя ванны иммерсионной металлизации обычно значительно легче чем ванны химической металлизации.

  3. органические покрытия связанные с обработкой меди (составы часто основанные на бензимидазоле или имидазоле).

Благодаря физическим свойствам золота металлизация никель/золото стала очень полезной обработкой поверхности. В любой электрической схеме, где сопротивление коррозии или снашиванию вызывает беспокойство, обычно используется золото в качестве предпочтительного финишного покрытия. Обычный метод применения золота в печатных платах - электрометаллизация. Для того, чтобы осуществить электропокрытие металла все области, должны быть электрически связанными вместе (на одной шине или шунтированные), чтобы позволить ионам металла течь от анода к катоду. Золото в растворе электрически стимулируется анодом и осаждается на проводники печатной платы ( катод). Хотя никель расширяет долговечность золота, его первичная функция сформировать барьер между золотом и медью. Это предохраняет медь от миграции через пористый золотой слой покрытий на поверхности.

Иммерсионное золочение и химическое никелирование обеспечивают плоские контактные площадки для поверхностного монтажа и дает хорошую присущую золоту смачиваемость припоем.

Скорость осаждения никеля - 12,5-17,0 мк/час. Толщина слоя золота 0,05 - 0,2 мкм.

Какое паяемое покрытие в настоящее время делают для печатных плат поверхностного монтажа? В 1993 году наиболее широко использовалась обработка припоем с выравниванием горячим воздухом - 24%, традиционное оплавление припоя -22%. Золото поверх никеля применялось у 17% изготовителей, а органические покрытия у 5% изготовителей. С точки зрения объема плат или квадратных дюймов производимых плат наиболее часто применяется лужение с выравниванием горячим воздухом - 69%, традиционное оплавление олово/свинца -26%.

С точки зрения популярности следующие покрытия чаще всего заказывают в печатных платах для поверхностного монтажа: выравнивание припоя, оплавление олово/свинца, золото поверх никеля, очищенный щетками олово/свинец,органическое покрытие , покрытие лаковым флюсом.

В 1996 г. наиболее широко применяемым покрытием было выравнивание припоя горячим воздухом - 55%, и традиционное оплавление олово/свинца -15%. Золото поверх никеля применялось у 20% изготовителей. С точки зрения объема печатных плат или квадратных дюймов производимых плат - выравнивание припоя горячим воздухом - 72%, традиционное оплавление олово/свинца -10%, золото -10% и органические покрытия - 8%. С точки зрения популярности у изготовителей следующие покрытия чаще всего использовали для печатных плат поверхностного монтажа: выравнивание припоя , никель/ золото , органическое покрытие меди, оплавленный олово/свинец, палладий,серебро.

Если сравнить лужение с выравниванием припоя горячим воздухом, имерсионное золото и процессы органического попокрытия, то очевидно ,что органическое покрытие имеет самый простой процесс.На рынке есть много органических покрытий . Последовательность процесса простая:очиститель, микротравитель и наконец, погружение в покрывную ванну. Например, наносится тонкий слой триазола,который защищает медь от окисления. Маркировка печатных плат. По содержанию маркировка необходима в большей степени при наладке, ремонте, визуальном контроле узлов, собранных на печатных платах. Однако, в малосерийном производстве, когда размещение компонентов на плате (особенно плотной ) производится полуавтоматически или вручную , наличие маркировки существенно облегчает процедуру размещения компонентов.

Операция, заключающаяся в нанесении на поверхность печатных плат специальной краской обозначений компонентов и их посадочных мест. Краска наносится методом трафаретной печати. Качество определяется допустимым разрешением по ширине линий - 0,15 мм минимум и размером выполняемых шрифтов - 1 мм минимум. Достигается это оптимальным выбором вязкости краски и параметров сетки. Надежность печатных плат. В обеспечение высокой надежности печатных плат требуется программа обеспечения качества печатных связей как на этапе разработки конструкции и технологии, так и на этапе изготовления опытного образца и серийного производства. Необходимо постоянно проверять правильность принятого решения в части: плотности и геометрии проводников; плотности и геометрии переходов; размера плат; количества слоев; рисунка экранов; уровня технологических проблем при выбранной плотности; требований к необходимым материалам и состояния их разработки и изготовления,возможности обеспечения; контроля качества в процессе изготовления или при сборке и эсплуатации; возможности создания такой же системы межсоединений (с эквивалентными электрическими и топологическими свойствами) при другой, более простой, конструкции и технологии изготовления; сведение до минимума расхода материалов и количества операций при изготовлении; технической реализуемости закладываемых допусков; выполняемости и степени обоснованности отступлений от требований стандартов; компетентности требований нормативных документов; какими средствми или методами обеспечивать установленные показатели технологичности и надежности; степени сложности в освоении технологии изготовления новых конструктивных решений; использования новой технологии; технологической базы предыдущих устройств; этапности перехода на новую технологию; сравнение (процент выхода годных, процент отказов и т.д.) разных способов аппаратной реализации операций и определения степени критичности операций и др.

Высокая надежность печатных плат может быть обеспечена путем: оптимизации конструкции; оптимизации процессов изготовления; жесткого контроля материалов и процессов; испытания тест-свидетелей (тест-плат, тест-купонов); достоверной корреляцией надежности плат и результатов испытаний тест-свидетелей.

Автор: Ф.П.Галецкий
Источник: www.fpgaletsky.ru