Опыт внедрения и освоения в производстве процесса прямой металлизации печатных плат NEOPACT фирмы АТОТЕХ

Аркадий Сержантов

Как известно, технологи-печатники — народ консервативный, всегда имеют много «синяков и шишек» от различных новаций в технологии, оборудовании и материалах, используемых при производстве печатных плат. Поэтому, когда на специалистов ОАО «НИЦЭВТ» обрушилась вся новая информация о процессах прямой металлизации, нам пришлось пережить несколько стадий. Стадия первая — это все ерунда и ничего хорошего из этого не выйдет. Затем первая стадия плавно перетекла во вторую. Ведь пишут и говорят
уважаемые люди, что новые процессы надежнее, проще и удобнее в обслуживании. И на второй стадии появился интерес, однако внутренний голос повторял, что у нас используются и стеклоэпоксиды, и полиимиды с различными адгезивами. Как они будут металлизироваться? — вот в чем проблема. За классической металлизацией мы как за каменной стеной. Но шло время, и вторая стадия превратилась в стадию три — другими словами, «надо было пробовать». Но тут уже возник новый вопрос: а какой вариант прямой металлизации
выбрать? Известно, что одно из основных преимуществ данных процессов — отсутствие различных покрытий на наружной медной фольге и внутренних контактных площадках в отверстиях печатных плат, на которые сразу электрохимическим путем осаждается слой гальванической меди. Но вот основных способов создания этих покрытий на диэлектрических стенках отверстий существует три, то есть три различных метода, использующих:

• коллоидную систему на основе палладия;
• суспензию на основе угля (графита);
• осаждение токопроводящих полимерных покрытий.

Все эти методы довольно подробно описаны в литературе. Мы решили проанализировать лишь первые два из них, поскольку третий все же весьма экзотичен. Итак, палладий или графит? Спросите любого печатника, даже если у него полностью отсутствует информация по прямой металлизации: палладий или графит? Ответ будет очевиден — палладий! Разумеется, проводимость палладия почти в 270 раз лучше, чем у графита. За счет этого, естественно, толщина осажденного палладия во много раз тоньше графита и приводит к лучшей адгезии
покрытия к стенкам отверстий. Оба метода подробно описаны в литературе и по технологии, и по аппаратному оформлению. Конечно, для сложных и многослойных плат метод, использующий коллоидную
систему на основе палладия, является лучшим. Главное, он дает большую равномерность покрытия гальванической меди в отверстиях печатных плат, а значит, эффект «собачьей кости» у него меньше. Хочется обратить внимание технологов на два различных способа получения проводящего покрытия на стенках отверстий при палладиевой и графитовой металлизации. При графитовой металлизации уголь, или графит, осаждается вначале на всю заготовку печатных плат, в том числе и в отверстия, а затем путем «взрывного»
травления меди через графитовое покрытие он уносится вместе с травленой медью. После этого графитовое покрытие остается только на диэлектрических стенках отверстий печатных плат, не соприкасаясь с внутренними и внешними медными контактными площадками. Иначе говоря, между наружными медными слоями заготовок печатных плат не возникает электропроводящая цепь. Это очень важный момент. При палладиевой металлизации палладий избирательно осаждается только на диэлектрик в отверстиях, контактируя с наружными и внутренними
контактными площадками, создавая электропроводящую цепь между наружными сторонами заготовок печатных плат. Таким образом, измеряя электросопротивление между сторонами заготовок печатных плат, можно контролировать качество металлизации.

Таблица. Данные по процессу Neopact

А если металлизировать отверстия в заготовках многослойных печатных плат, где внутри отверстия две и более контактные площадки, то между ними угольное покрытие будет электрически ни с чем не связано, то есть оно «зависает» (рис. 1).

И когда обе заготовки с углем и палладием помещены в электролит меднения, то вначале гальваническое осаждение меди в отверстиях будет иметь различный характер.

При графитовом покрытии стенок отверстий гальваническое осаждение меди начнется концентрически от наружных контактных площадок с постепенным подключением к электрической цепи графитовых участков, а от них — к внутренним контактным площадкам. При палладиевом покрытии образуется в отверстиях на стенках сплошная электрическая цепь, через которую и должно происходить осаждение меди сразу на всю поверхность отверстия. Естественно, сначала, за счет наличия электрического сопротивления палладиевого покрытия, гальванический
рост медных осадков у поверхности заготовки печатных плат будет несколько большим, но это не идет ни в какое сравнение с графитовым покрытием.

Именно это и определило выбор коллоидной системы на основе палладия, предназначенной для металлизации заготовок печатных плат в ОАО «НИЦЭВТ». По нашему мнению,

лидерами в данной области являются фирмы АТОТЕХ и J-KEM International. Но поскольку все оборудование для химико-гальванических процессов в ОАО «НИЦЭВТ» является продуктом фирмы «Шеринг», а фирма АТОТЕХ — ее правопреемница, вполне естественно, что наше предприятие предпочло процесс прямой металлизации Neopact от фирмы АТОТЕХ.

Теперь подробно рассмотрим сам процесс. Все данные по процессу Neopact приведены в таблице.

Сроки хранения химикатов Neopact при температуре от -5 до +40 °С составляют: для кондиционера — 1 год, для секуриганта — 3 года, для всех остальных — 2 года.

В процессе прямой металлизации растворы Neopact действуют следующим образом.

После того, как прошла операция сверления, заготовки печатных плат следует приготовить к металлизации отверстий. В нашем случае заготовки обрабатывались на конвейерных установках «Юниплейт-П» фирмы «Шеринг» и на установке «Струи высокого давления» фирмы «Шмид». При этом стенки и внутренние контактные площадки очищались от продуктов наволакивания смолы в перманганат-ных растворах, и создавалась необходимая шероховатость поверхности под металлизацию.

Далее в растворах «Кондиционер Neopact» происходит осаждение органического аминополимера — в основном на диэлектрик и совсем незначительно на поверхность меди. В рас-творе травителя-очистителя «Секуригант» производится очистка медной поверхности заготовок печатных плат и медных торцов внутренних контактных площадок в отверстиях от органического аминополимера, благодаря его малой толщине и незначительной адгезии к меди. Затем заготовки поступают в раствор формирования проводящего слоя
(кондуктор), в котором происходит сорбция из раствора металлического палладия: он как бы «одевается
в рубашку» из органополимера на поверхности диэлектрика.

Следует уделить особое внимание приготовлению раствора для этой ванны и самому процессу. Например, для приготовления 50 литров раствора необходимо взять 5 литров раствора Neopact Basic Sol и смешать в отдельной емкости с 1 литром восстановительного раствора Reduct Neopact, затем оставить примерно на 2 часа до окончания протекания реакции (до окончания процесса газовыделения). Далее залить в ванну приблизительно 35 литров дистиллированной воды, нагреть ее до рабочей температуры 50 °С и вылить в нее приготовленный
раствор. Потом долить дистиллированной воды до необходимого уровня и включить непрерывную фильтрацию. Раствор считается готовым к работе при значении окислительно-восстановительного потенциала в пределах 220-290 мВ (измеряется с помощью Pt-Ag/AgCl-электрода). Для поддержания потенциала необходимо предусмотреть автоматический контроль редокс-потенциала и автоматическое дозирование восстановительного раствора Reducer Neopact.

В следующем растворе — Neopact Post Dip Sol — происходит удаление «рубашки» из органополимера, и поверхность диэлектрика в отверстиях покрывается тонким плотным токо-

проводящим слоем металлического палладия. Затем заготовки поступают в ванну гальванического меднения. Для заготовок двухсторонних плат допустимо не делать гальваническое осаждение меди, а сразу направлять их на фотохимию. Причем переносу заготовок на фотохимию следует уделять особое внимание, чтобы исключить загрязнение поверхности фольги. Кстати, для заготовок многослойных печатных плат фирма АТОТЕХ уже поставляет модифицированные растворы, также позволяющие обходиться без гальванического осаждения меди,
а сразу приступать к фотохимии. В данном случае можно существенно сэкономить затраты на производство печатных плат и сократить сроки их изготовления. Как видно из таблицы 1, процесс Neopact не требует применения особо чистой воды, как это, например, делается при угольной металлизации.

Следует особо отметить, что при внедрении процесса Neopact фирма АТОТЕХ очень внимательно следит за всеми технологическими этапами. При возникновении каких-либо вопросов (а при внедрении они возникают всегда) фирма весьма оперативно отвечала на них. Если же для решения проблемы требовалось присутствие представителя фирмы, то к нам немедленно приезжали и г-н А. В. Балакирев, и г-н Д. В. Рябухин, и сам г-н Volker Langnickel. И все вопросы, а их было не так уж много, разрешались быстро и оперативно. Так что при
освоении и внедрении процесса особых проблем не было. Начав с металлизации стеклоэпоксидных заготовок, мы быстро освоили процесс и для металлизации отверстий в фольгированных полиимидах с эпоксидным и акриловым адгезивом, а в последнее время использовали этот процесс и для металлизации отверстий в гибко-жестких многослойных печатных платах. Причем состав данных плат очень сложный. Жесткие части выполняются из фольгированных стеклоэпок-сидов, а гибкие части — из фольгированных

полиимидов, к которым через полиимидные склеивающиеся прокладки с акриловым адгезивом припрессовываются жесткие части многослойных печатных плат. Так что по толщине одного отверстия расположен набор самых различных материалов, и процесс Neopact в данном случае сработал отлично. Не было и проблем с металлизацией гибко-жестких плат. На рис. 2 представлена фотография микрошлифа металлизированного отверстия 10-слойной МПП, в которой для теплоотвода 2-й и 9-й слой выполнены из медной фольги. На микрошлифе толщина
фольги у отверстия составляет 200 мкм. Плата имеет толщину 2 мм, отверстия просверлены сверлом диаметром 0,35 мм. Как видно, медное покрытие очень равномерное, между медными внутренними контактными площадками и гальванической медью отсутствует характерная черная разделительная полоса, которая всегда была присуща химически осажденной меди. Эта плата подвергалась горячему облуживанию с удалением излишков припоя воздушными ножами. По микрошлифу видно, что такой термоудар плата выдержала достойно. Нет никаких трещин
и нарушений в покрытиях, и главное — нет отслоений металлизации от стенок отверстий.

Итак, по сравнению с процессом химической металлизации процесс прямой металлизации Neopact имеет следующие преимущества:

• скорость (или производительность) процесса в три раза выше;
• отсутствие ежедневных анализов на содержание меди и натриевой щелочи как перед началом работы, так и в течение всего рабочего дня;
• отсутствие необходимости перекачки основного раствора в другую емкость и стабилизации его после завершения рабочей смены, отмывка освободившейся ванны, вновь обратная перекачка, фильтрация, анализ, корректировка раствора перед началом работы;
• очень малый расход химических компонентов — около 5 центов на один квадратный дециметр заготовки печатной платы с учетом процесса гальванического наращивания меди.

За помощь в подготовке материалов для статьи автор выражает благодарность ведущему инженеру-технологу ОГТ Валентине Николаевне Афицеровой, старшему мастеру участка химико-гальванических процессов цеха печатных плат Наталье Викторовне Макеевой и инженеру-технологу I категории ОГТ Владимиру Владимировичу Юрьеву.