способ изготовления печатной платы

Формула изобретения

1. Способ изготовления печатной платы для поверхностного монтажа путем формирования на диэлектрическом основании токопроводящего рисунка электрической схемы последовательно методом фотолитографии с получением слоя фоторезиста, перфорации диэлектрического основания с получением сквозных отверстий на заданных участках и нанесения металлосодержащего покрытия гальваническим методом с последующими защитой слоя токопроводящего покрытия и удалением покрытия с несанкционированных участков, соответствующих фотолитографической схеме, методом химического травления, отличающийся тем, что в качестве травителя для химического травления используют растворы хлорной меди, в качестве защитного неудаляемого слоя металлосодержащего покрытия используют сплав олово-висмут, полученный гальваническим методом из электролита на основе солей олова и висмута с блескообразующей комплексной добавкой на основе комплексного органического соединения, при следующем содержании ингредиентов, г/л:

Сульфат олова	30-50
Сульфат висмута	0,8-1,5
Кислота серная	100-140
Хлорид натрия	0,4-0,8
ПАВ (Синтанол-АЛМ)	10-12
Формалин (40%-ный)	4-6
Блескообразующая добавка	30-45

при плотности тока 1-6 А/дм², при этом используют аноды олова в чехлах из хлориновой ткани.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве блескообразующей добавки используют «ЭКОМЕТ-Л6».

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области технологии изготовления печатных плат (ПП), и может быть использовано для получения двухсторонних ПП, используемых в любой области радиоэлектроники и радиоприборостроения.

Известен в качестве аналога способ изготовления печатной платы, включающий формирование на диэлектрическом основании токопроводящего рисунка электрической схемы последовательно методом фотолитографии с получением слоя фоторезиста и нанесение металлосодержащего покрытия гальваническим методом с последующим защитой слоя токопроводящего покрытия и удалением покрытия с несанкционированных участков (патент РФ №2058437, МПК С25D 3/56, публ. БИ 11/96 г.).

Недостатком аналога является недостаточно высокое качество покрытия и отсутствие возможности точного воспроизведения рисунка схемы.

Известен в качестве прототипа способ изготовления печатной платы (ОСТ 107.460092.004.01-86), включающий поверхностный монтаж путем формирования на диэлектрическом основании токопроводящего рисунка электрической схемы последовательно методом фотолитографии с получением слоя фоторезиста, перфорации диэлектрического основания с получением сквозных отверстий на заданных участках и нанесение металлосодержащего покрытия гальваническим методом с последующим защитой слоя токопроводящего покрытия и удалением покрытия с несанкционированных участков, соответствующих фотолитографической схеме, методом химического травления.

Недостатками прототипа являются высокая токсичность способа из-за применения свинцового электролита, недостаточно высокие равнотолщиность, вследствие чего невысока и плоскостность рисунка схемы, и точность воспроизведения рисунка схемы из-за быстрой окисляемости слоя такого покрытия и потерей паяемости, что исключает применение в качестве финишного покрытия гальванического сплава, обеспечивающего высокую воспроизводящую точность.

Задачей авторов изобретения является разработка способа изготовления печатной платы, характеризующегося высокой точностью воспроизведения рисунка электрической схемы, обеспечивающего равнотолщиность слоя гальванического покрытия толщиной 20-40 мкм и плоскостность токопроводящей поверхности платы, а также паяемости, сохраняющейся в течение более продолжительного времени (от 6 и более месяцев) и экологической чистоты производства.

Новый технический результат повышения точности воспроизведения рисунка электрической схемы, обеспечения равнотолщинности слоя гальванического покрытия толщиной 20-40 мкм, в том числе и в отверстиях, и плоскостности токопроводящей поверхности платы, а также обеспечение высокой паяемости, сохраняющейся в течение более продолжительного времени (до 6 месяцев и более) и повышения экологической чистоты производства.

Дополнительный технический результат изобретения состоит в обеспечении повышения качества покрытия за счет улучшения равномерности и равнотолщинности покрытия на поверхности подложки и в отверстиях.

Указанные задача и новые технические результаты достигаются тем, что в известном способе, включающим поверхностный монтаж путем формирования на диэлектрическом основании токопроводящего рисунка электрической схемы последовательно методом фотолитографии с получением слоя фоторезиста, перфорации диэлектрического основания с получением сквозных отверстий на заданных участках и нанесение металлосодержащего покрытия гальваническим методом с последующим защитой слоя токопроводящего покрытия и удалением покрытия с несанкционированных участков, соответствующих фотолитографической схеме, методом химического травления, в соответствии с предлагаемым способом в качестве травителя для химического травления используют растворы хлорной меди, в качестве защитного неудаляемого слоя покрытия используют сплав олово-висмут, полученный гальваническим методом из электролита на основе солей олова и висмута с блескообразующей комплексной добавкой на основе комплексного органического соединения, при следующем содержании ингредиентов, в г/л:

Сульфат олова	30-50
Сульфат висмута	0,8-1,5
Кислоты серной	100-140
Хлорида натрия	0,4-0,8
ПАВ (Синтанол-АЛМ)	10-12
Формалина (40%-ный)	4-6
Добавка блескообразующая	30-45

при плотности тока 1-6 А/дм², при этом используют аноды олова в чехлах из хлориновой ткани.

Кроме того, в качестве блескообразующей добавки используют добавку «ЭКОМЕТ-Л6».

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Первоначально проводят поверхностный монтаж формированием на диэлектрическом основании токопроводящего рисунка электрической схемы. Для этого сначала на подложке из диэлектрического материала методом фотолитографии формируют рисунок проводников и контактных площадок (фоторезист), а затем проводят металлизацию отверстий и поверхности подложки с получением слоя меди (металлорезист). Равномерность полученного слоя и в отверстиях, и на поверхности подложки обеспечивается более качественная, чем в прототипе, за счет применения блескообразующей, выравнивающей добавки - "ЭКОМЕТ-Л6", как это показано в эксперименте.

Далее, в соответствие с заданной схемой, осуществляют перфорацию с получением сквозных отверстий в основании платы на отдельных ее участках. Металлизацию осуществляют гальваническим способом с получением металлосодержащего слоя покрытия на основе сплава олово-висмут с последующей защитой слоя токопроводящего покрытия в соответствии с заданной схемой путем нанесения защитного слоя изолирующего материала (например, краски маркировочной). Затем методом химического травления удаляют металлическое покрытие с несанкционированных участков, соответствующих фотолитографической схеме, путем погружения в раствор химического реагента (щелочные растворы на основе хлорной меди).

Как это экспериментально показано, гальванический способ нуждается в меньшем контроле за его параметрами, является более стабильным, экономичным и простым по сравнению с другими способами нанесения указанного сплава. Следует отметить, что применяемый в предлагаемом способе электролит не использовался при получении финишного защитного покрытия при изготовлении ПП в данной области техники.

Использование именно сплава олово-висмут, как это выявлено экспериментально, позволяет повысить экологическую чистоту производства (невысокий класс токсичности по сравнению с прототипом), кроме того, получаемые слои покрытия характеризуются большей равномерностью, плоскостностью и не требуют дополнительной операции оплавления в ИК-лучах, что уменьшает трудоемкость способа. Применение блескообразующей добавки позволяет получить качественный слой сплава олово-висмут, с большей равномерностью и улучшенную планарность (плоскостность), что позволяет выровнить слой покрытия и исключить необходимость оплавления его в ИК-лучах, что традиционно используют для выравнивания толщины слоя такого покрытия. Аноды предлагается использовать в чехлах из пропитанной ткани из-за уменьшения шламообразования, которое могло негативно бы отразиться на качестве покрытия, т.к. частицы шлама могли быть вовлечены в слой покрытия и снизить точность воспроизведения токопроводящего рисунка. При этом хлориновая ткань функционирует как фильтр, препятствующий попаданию механических частиц с анодов в электролит.

Плотность тока подобрана экспериментально как оптимальная для достижения требуемых характеристик покрытия ПП.

Таким образом, использование всех условий и операций предлагаемого способа, а также химических добавок, обеспечивает повышение точности воспроизведения рисунка электрической схемы, высокую адгезию слоя металлорезиста к подложке - контактным площадкам и к стенкам отверстий перфорации ПП, равнотолщинность слоя гальванического покрытия толщиной 20-40 мкм, в том числе и в отверстиях, планарность схемы, более высокое качество покрытия, сохраняющего способность к пайке оловосодержащим сплавом в течение продолжительного времени (порядка 6 месяцев и более, чем у прототипа.

Возможность промышленной реализации предлагаемого способа подтверждается следующими примерами исполнения.

Пример 1

Предлагаемый способ реализован в следующей последовательности.

Первоначально готовились образцы, в условиях данного примера вырезанием заготовок из фольгированного диэлектрика, конкретно - стеклотекстолита, марки СФ 2-35Г-1,5, ГОСТ 10316-78. Затем на основании производилась перфорация с получением технологических, базовых и сквозных отверстий на заданных участках диэлектрического основания при помощи сверлильных станков с ЧПУ. После чего осуществлялась предварительная химико-гальваническая металлизация отверстий и поверхности заготовок. Формирование токопроводящего рисунка схемы на диэлектрическом основании производилось методом фотолитографии с применением сухого фоторезиста. Затем по намеченной топографии осуществлялось гальваническое осаждение меди печатной схемы до требуемой толщины. Перед травлением платы для наносился защитный слой офсетной краски для защиты металлизации в санкционированных местах. В процессе последующего травления удалялся слой металлизации (слоя меди) с несанкционированных участков ПП. Окончательно был получен заданный токопроводящий контур в соответствии с требованиями КД.

Операцию гальванического осаждения на печатную схему защитного металлорезиста сплава олово-висмут ведут при комнатной температуре, при плотности тока 0,8-1 А/дм² , в течение 15-18 минут, в электролите со следующим соотношением ингредиентов, г/л.:

Сульфат олова	30
Сульфат висмута	1,5
Кислоты серной	100
Хлорида натрия	0,8
ПАВ (Синтанол-АЛМ)	10
Формалина (40%-ный)	6
Добавка блескообразующая «Экомет Л-6»	45

В результате электролиза в данном электролите осажден равномерный слой сплава олово - висмут, не требующего дополнительного оплавления, что позволило значительно упростить способ и его продолжительность.

Пример 2

В условиях примера 1 получено покрытие сплавом на ПП в электролите следующего состава компонентов, г/л:

Сульфат олова	50
Сульфат висмута	0,8
Кислоты серной	140
Хлорида натрия	0,4
ПАВ (Синтанол-АЛМ)	12
Формалина (40%-ный)	4
Добавка блескообразующая «Экомет Л-6»	30

Результаты испытаний покрытия сведены в таблицу.

Итак, как это показали примеры реализации предлагаемого способа, достигнуты повышение точности воспроизведения рисунка электрической схемы, обеспечении высокой адгезии слоя металлорезиста к подложке - контактным площадкам и к стенкам отверстий перфорации ПП, равнотолщинности слоя гальванического покрытия толщиной 20-40 мкм, планарности схемы, более высокое качество покрытия, сохраняющего способность к пайке оловосодержащим сплавом в течение продолжительного времени (порядка 6 месяцев), чем у прототипа.

Примеры	Толщина слоя металлорезиста, мкм	Плотность тока, а/дм2	Основа электролита для получения гальванического сплава	Наличие добавки	Плоскостность (планарность)	Операции улучшения качества покрытия (равнотолщинности и равномерности), пригодного для пайки
Пример прототипа	Неравномерная по поверхности (высокая погрешность ˜30%)	1-3	Олово-свинец	Технологическая "Пептон"	Высокая погрешность ˜30%	Необходимость дополнительного оплавления в ИК-лучах
Пример 1 предлагаемого способа	20-40	0,8-1,0	Олово-висмут	Блескообразующая выравнивающая «ЭКОМЕТ-Л6».	Погрешность толщины покрытия 5%	Отсутствует из-за проявления эффекта выравнивания блескообразующей добавки «ЭКОМЕТ-Л6»
Пример 2 предлагаемого способа	20-40	1-6	Олово-висмут	Блескообразующая выравнивающая «ЭКОМЕТ-Л6».	Погрешность толщины покрытия 5%	-"-