Российские материалы, процессы и оборудование для производства печатных плат

Валентин Терешкин
Жанетта Фантгоф
Лилия Григорьева

СПбЦ «ЭЛМА» разрабатывает технические и инвестиционные проекты создания и реконструкции производств печатных плат, включающие:

1. Техническую экспертизу существующего производства, в том числе:

—  анализ организации производства и его подготовки;

—  анализ применяемого технологического процесса;

—  анализ применяемого оборудования.

2. Разработку решений для реконструкции, в том числе:

—  выбор новых технологий;

—  расчет производственных мощностей и подбор современного оборудования;

—  планировку размещения технологического оборудования и т. д.

3. В составе инвестиционного проекта:

—  расчет планируемых ежегодных производительности и продаж;

—  расчет потребности материалов и энергетических ресурсов по годам;

—  расчет планируемой прибыли и допустимых расходов;

—  проект движения средств и пр.

СПбЦ «ЭЛМА» производит малогабаритные линии «Элгамет» с ручным и автооператорным перемещением заготовок по линии, для процессов:

• прямой металлизации;
• химического меднения;
• гальванической металлизации;
• перманганатной очистки отверстий МПП;
• нанесения органического защитного покрытия — ОЗП.

Все параметры процессов обработки печатных плат на каждой позиции линии поддерживаются автоматически.

СПбЦ «ЭЛМА» разрабатывает современные технологии изготовления печатных плат и производит концентраты электролитов и растворов для выполнения процессов:

• прямой металлизации ПМ 300;
• химического меднения ЭЛХМ 200;
• гальванического меднения «ПлатаМет 600»;
• перманганатной очистки отверстий ПО 400;
• травления оловянного металлорезиста ТОЛ 800;
• нанесения органического защитного покрытия на медь ОЗП 900 и др.

Основные характеристики некоторых химических материалов и процессов представлены ниже.

Процесс химической металлизации ЭЛХМ 200

Особенности процесса

1. Использование кондиционирования взамен традиционного обезжиривания. Операция осуществляется в составе ЭЛХМ 201 — многокомпонентной системе, которая является хорошим очистителем поверхности. Одновременно состав снимает остаточные статические электрические заряды после сверления отверстий, «разрыхляет» поверхность диэлектрика для максимально эффективной адсорбции палладия при последующей обработке в растворе активатора.

2. Применение уникального органического палла-диевого активатора ЭЛХМ 204, имеющего пре-

восходную каталитическую активность при низкой концентрации хлористого палладия в рабочем растворе (0,05-0,1 г/л). Благодаря тому, что органический активатор селективно осаждается на диэлектрик и не создает разделительного слоя по меди на внутренних контактных площадках отверстий МПП, обеспечивается очень хорошая адгезия осажденной меди. Селективное осаждение активатора, а также низкая концентрация палладия в рабочем растворе являются предпосылкой того, что норма расхода палладия в 10-15 раз ниже, чем в обычном
совмещенном растворе активации.

3. Раствор химического меднения ЭЛХМ 205 имеет значительно более высокую стабильность по сравнению с традиционными растворами на основе К, Na виннокислого или динатриевой соли ЭДТА за счет применения нового комплексообразователя и низких рабочих концентраций компонентов в растворе. Ванна химического меднения не требует постоянной фильтрации, поскольку не происходит восстановления меди в объеме и на стенках ванны. Благодаря низкой концентрации компонентов в растворе химического меднения облегчается также
очистка сточных вод.

4. Возможность металлизации отверстий любых диэлектриков, включая материалы на основе фторопластов, которые не металлизируются при выполнении обычного процесса химического меднения.

5.  Возможность использования любого десми-ринг-процесса (очистки от наволакивания смолы в отверстиях после сверления МПП).

6. Хорошее качество покрытия. Осадок меди светлый, мелкокристаллический, визуально легко контролируемый.

Процесс гальванического меднения печатных плат «ПлатаМет 600»

1. Очистка заготовок от загрязнений производится в кислотном очистителе «Плата-Мет 601», который позволяет проводить мягкую обработку, не используя щелочные растворы. Состав обладает хорошей смачивающей способностью, что предоставляет возможность обрабатывать отверстия с соотношением диаметра отверстия к толщине 1:8 и глухие отверстия. Очиститель легко удаляется при промывке холодной водой.

2. Гальваническое меднение осуществляется в сернокислом электролите с добавкой «ПлатаМет 604». Электролит имеет высокую рассеивающую способность, что позволяет при металлизации печатных плат получить равномерное распределение осадка по поверхности и в отверстиях. Соотношение толщины меди на поверхности и в отверстиях близко к 1:1.

3. Полученные медные осадки имеют высокий коэффициент удлинения (12-18%), выдерживают испытания на термоудар в течение 10 с и более, прочность на разрыв составляет 25-30 кг/мм², электропроводность — -0,52 мкС/см.

Потребители нашей продукции, производители печатных плат, уже смогли оценить добавку «ПлатаМет 604». По их отзывам, медные осадки, получаемые при использовании электролита с добавкой «ПлатаМет 604», превосходят по качеству зарубежные аналоги.

Процесс прямой металлизации ПМ 300

Процесс прямой металлизации, предназначенный так же, как и химическое меднение, для образования в отверстиях печатных плат проводящего слоя, экологически безопаснее процесса химического меднения. Прямая металлизация исключает использование формальдегида (это канцероген) и сильных комплексообразователей (затрудняют обработку стоков), уменьшает слив растворов, содержащих медь, а также сокращает время процесса.

Создание проводящего слоя происходит уже при обработке в ПМ 304, который представляет собой специальный оловянно-палла-диевый состав, эффективно сорбирующийся на стенках отверстий, образуя при этом необходимое количество активных центров токопроводящего слоя. В ускорителе ПМ 305 завершается формирование проводящего слоя, непосредственно по которому затем гальванически осаждается медь.

Перманганатная очистка отверстий многослойных печатных плат ПО 400

Перманганатная очистка (десмиринг) производится для удаления наволакивания смолы с торцов внутренних контактных площадок МПП и придания стенкам отверстий шероховатости, необходимой для хорошей адгезии столба металлизации к стенкам отверстий.

Для решения этой задачи в предлагаемой технологии, прежде всего, производится очистка отверстий от частиц, остающихся после сверления, а также сенсибилизация и кондиционирование стенок отверстий, что обеспечивает последующую оптимальную обработку в растворе на основе перманганата калия. На финишной стадии обработки происходит полная нейтрализация и удаление остатков марганца из отверстий, а также травление стекловолокон.

При этом все составы для обработки сделаны так, что в отверстиях не происходит сильное вытравливание смолы с оголением стеклоткани, поэтому не возникает дефекта проникновения металлизации вдоль стекловолокон.

Травление оловянного металлорезиста ТОЛ 800

Известно, что при изготовлении прецизионных плат с защитной маской по меди в качестве удаляемого травильного металлорезиста целесообразно использовать олово, а не сплав олово-свинец. Это позволяет отказаться от необходимости применять для осаждения сплава высокотоксичный электролит, содержащий борфториды и свинец. Процесс осаждения металла проще и легче контролируется, чем сплава.

Для удаления временного металлорезиста с медного проводящего рисунка широко распространены два типа растворов: на основе перекиси водорода с борфтористоводородной кислотой и на основе азотной кислоты.

Особенности этих травителей:

• по мере травления и накопления металлов в растворе скорость травления постепенно снижается;
• при накоплении металлов в перекисном тра-вителе -80 г/л и в азотнокислом -150 г/л растворы подлежат замене;
• оба процесса экзотермические, особенно травление в перекисном растворе, поэтому необходимо постоянное охлаждение системы, так как при повышении температуры растравливается медная основа.

Процесс удаления олова, разработанный СПбЦ «ЭЛМА», имеет заметные преимущества по сравнению с этими процессами. При эксплуатации раствор травления регенерируется, подобно растворам для травления меди, и при соблюдении техпроцесса может служить без замены бесконечно долго.

Благодаря регенерации травителя скорость процесса снятия олова сохраняется постоянной в течение всего времени работы раствора, что обеспечивает высокую стабильность качества поверхности проводящего рисунка перед нанесением маски.

При поддержании параметров процесса в заданных пределах поверхность меди не затрагивается. Применение осветлителя ТОЛ 802 улучшает поверхность проводящего рисунка, придает меди равномерную микрошероховатость и светло-розовый цвет.

Нанесение органического защитного покрытия на меди ОЗП 900

Процесс ОЗП 900 — это нанесение финишного покрытия на контактные площадки печатных плат, не закрытые маской.

Одной из побудительных причин появления такого покрытия стало развитие поверхностного монтажа, требующего для автоматического монтажа компонентов плоскостность контактных площадок, не достижимую при горячем лужении.

ОЗП обеспечивает высокую прочность паяного соединения и является наиболее экономичным и экологически безопасным финишным покрытием.

Нанесение органического защитного покрытия производится в водном растворе при невысокой температуре и поэтому не оказывает на платы воздействия типа термоудара.

Такой фактор безусловно положительно влияет на ресурс жизнеспособности плат.

Испытания печатных плат с покрытием ОЗП 900, проведенные нашими потребителями, показали, что ОЗП обеспечивает сохранение параметров печатных плат в соответствии с ГОСТом 23752.

Оборудование

Подавляющее большинство оборудования, поставляемого в нашу страну из-за рубежа, предназначено или для крупносерийного производства печатных плат, или для выпуска прототипов.

Оборудование, изготовленное СПбЦ «ЭЛМА», учитывает потребности мелкосерийных и опытных производств. В основном это линии, предназначенные для выполнения химических и электрохимических процессов, под общим названием «Элгамет».

Базовые конструктивные решения, реализованные в этих линиях:

• каркасная рама и рама привода качания из нержавеющего профиля;
• качание подвески под 45°;
• ванны и трубопроводная арматура из полипропилена;
• ванны оснащены устройствами непрерывной фильтрации, циркуляции и др.;
• промывочные ванны — каскадные (сокращение расхода воды в 2 раза);
• автоматический контроль и поддержание технологических параметров;
• независимая установка тока при металлизации на каждую сторону плат;
• компоновка линий по заданию потребителей.

Технические параметры типовой линии:

• максимальный размер обрабатываемых заготовок: 400-500 мм;
• виды металлизируемых ПП: ДПП, МПП;
• класс точности ПП: до 5 кл;
• габариты типовой линии прямой металлизации, мм:

— с гальванической затяжкой: 4300х 1 ЮОх 1100;

— без гальванической затяжки: 3 ЮОх 1 ЮОх 1100.

• Производительность:

— с затяжкой: 4 заготовки в час;

— без затяжки: 6 заготовок в час.

На рис. 1-4 представлен общий вид линии и внешний вид отдельных элементов конструкции.

Более чем трехлетний опыт работы линий на предприятиях показал их высокую надежность и удобство.