способ изготовления рельефной печатной платы

Формула изобретения

Способ изготовления рельефной печатной платы, включающий формирование компонентов электрической схемы на диэлектрическом основании путем металлизации предварительно сформированных механических рельефных контуров электрической схемы на диэлектрическом основании, нанесения слоя меди, нанесения поверх слоя меди экранирующего слоя красящего вещества для маскирования участков, не подлежащих удалению, удаления металла основы вне контуров электрической схемы, нанесения финишного слоя материала покрытия на основе сплава, содержащего олово и свинец, отличающийся тем, что перед металлизацией диэлектрического основания печатной платы производят пропитку его органическим комплексным материалом после механической обработки, металлизацию диэлектрического основания производят путем постадийной металлизации сначала слоем меди до минимальной толщины не менее 3÷5 мкм с последующим наращиванием этого слоя до 25÷50 мкм, металлизацию диэлектрического основания осуществляют перед нанесением слоя красящего вещества, который наносят вне механического рельефного контура, избирательное нанесение финишного слоя на основе сплава олово-свинец ведут гальваническим методом избирательно только на участки механического рельефного контура, после чего производят удаление экранирующего слоя красящего вещества, затем удаление слоя меди вне механического рельефа и окончательно оплавляют гальванический сплав инфракрасным методом.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области технологий изготовления печатных плат для радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано, в частности, при изготовлении рельефных печатных плат.

Известен способ изготовления рельефной печатной платы, включающий предварительное формирование механического рельефа на диэлектрическом основании, активацию и осаждение металла на всю поверхность заготовки химико-гальваническим методом (вакуумным или магнетронным напылением) на малую толщину (3-5 мкм), нанесение краски на внешнюю поверхность заготовки вне рельефа, электрохимическое осаждение меди и сплава олово-свинец на незащищенные краской проводники и отверстия механического рельефа для получения компонентов электрической схемы с последующим снятием экранирующего слоя краски, удаление тонкого слоя меди вне экранирующего слоя краски с внешней стороны контура рельефа травлением, нанесение горячего сплава Розе (Инструкция "Технология ДПЯ 25271.00006 КФ НИЦЭВТ, г.Кишинев, завод "Счетмаш").

Однако в известном способе не обеспечены требования высокого качества металлизации компонентов токопроводящего контура рельефных печатных плат в связи с образованием слоя покрытия на несанкционированных участках и не предусмотрены условия, способствующие устранению множественного брака покрытия указанного типа.

Известен в качестве наиболее близкого к заявляемому по технической сущности способ изготовления рельефной печатной платы, включающий формирование компонентов электрической схемы на диэлектрическом основании путем металлизации предварительно сформированных механически рельефных контуров электрической схемы на диэлектрическом основании, нанесение слоя меди, нанесения поверх слоя металла экранирующего слоя красящего вещества для выделения участков, не подлежащих удалению, удаление металла основы вне контуров электрической схемы, нанесение финишного слоя материала покрытия на основе сплава олово-свинец (патент РФ №2042292, МПК Н 05 К 3/00, публ. БИ №23/95 г.).

К недостаткам прототипа относится отсутствие условий, обеспечивающих нанесение слоя гальванического покрытия сплавом олово-свинец только в токопроводящем контуре рельефных печатных плат и его инфракрасного оплавления.

Задача авторов изобретения состоит в разработке способа получения качественных рельефных печатных плат, в котором обеспечены условия металлизации токопроводящего контура только в пределах заданных границ и возможность проведения процесса оплавления основного слоя гальванического покрытия сплавом олово-свинец.

Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в повышении качества металлизации за счет устранения "краевого эффекта" при гальваническом меднении, повышения точности воспроизведения электропроводящего рельефного контура электрической схемы при металлизации, повышения влагостойкости изделий и обеспечение условий эффективного оплавления основного слоя гальванического покрытия сплавом олово-свинец за счет повышения надежности и термостойкости.

Указанные задача и новый технический результат обеспечиваются тем, что в известном способе изготовления рельефной печатной платы, включающем формирование компонентов электрической схемы на диэлектрическом основании путем металлизации предварительно сформированных механических рельефных контуров электрической схемы на диэлектрическом основании, нанесения слоя меди, нанесения поверх слоя меди экранирующего слоя красящего вещества для выделения участков, не подлежащих удалению, удаление металла основы вне контуров электрической схемы, нанесение финишного слоя материала покрытия на основе сплава олово-свинец, в соответствии с предлагаемым способом перед металлизацией диэлектрического основания печатной платы производят пропитку его органическим комплексным материалом после механической обработки, металлизацию диэлектрического основания производят путем постадийной металлизации сначала слоем меди до минимальной толщины не менее 3-5 мкм с последующим наращиванием этого слоя до 25-50 мкм, металлизацию диэлектрического основания осуществляют перед нанесением слоя красящего вещества, который наносят вне механического рельефного контура, избирательное нанесение финишного слоя на основе сплава олово-свинец ведут гальваническим методом избирательно только на участки механического контура, после чего производят удаление экранирующего слоя красящего вещества, удаление слоя меди вне механического рельефа и окончательно оплавляют гальванический сплав инфракрасным методом.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Предварительно на поверхности диэлектрического основания рельефной печатной платы (РПП) формируют механически систему рельефных контуров заданной электрической схемы, которую необходимо воспроизвести.

Затем очищают и обезжиривают поверхность диэлектрического основания и проводят пропитку его органическим комплексным материалом, в качестве которого используют специальные анатермические органические жидкости, что, в отличие от прототипа, позволяет уже на этой стадии исключить помехи для качественного нанесения слоя металла на последующих этапах металлизации РПП за счет залечивания и сглаживания дефектов поверхности диэлектрического основания. Дополнительная пропитка комплексным материалом позволяет также повысить термоустойчивость и надежность РПП. Потому что на последующих этапах термообработки гальванического слоя высокотемпературного сплава олово-свинец существенно снижается опасность расслоения диэлектрического основания РПП, что, в свою очередь, приводит к снижению электрических параметров. При этом повышается и влагоустойчивость готовых РПП, поскольку предотвращается проникновение химических растворов в полости механического рельефного контура при химической металлизации. В отличие от прототипа, в связи с отсутствием такой обработки, указанные показатели не обеспечены.

Нанесение слоя меди (процесс металлизации) по сформированному рельефному профилю производят путем постадийного нанесения слоя меди сначала до толщины не менее 3-5 мкм с последующим наращиванием толщины слоя до 25-30 мкм, что существенно необходимо для устранения проявления «краевого эффекта» на последующем этапе гальванического меднения и соответственно выступание металлизации над поверхностью РПП, что недопустимо для такого рода узлов при использовании их в составе приборов радиоэлектронной техники, так как приводит к уменьшению сопротивления изоляции между разобщенными цепями. В этом случае возникает необходимость в дополнительной операции доработки плат для удаления излишков металлизации, приводящей к проявлению множественного брака РПП.

Устранение проявления «краевого эффекта» на крае экранирующего слоя красящего вещества при гальваническом меднении в предлагаемом способе происходит за счет того, что в отличие от прототипа, нанесение гальванического слоя производят до нанесения слоя красящего вещества прямо на основной слой металлизации, имеющемуся на диэлектрическом основании.

Затем наносят экранирующий слой красящего материала вне металлизированного рельефного контура для защиты его от несанкционированной металлизации сплавом олово-свинец. И на данном этапе снижается риск проявления "краевого эффекта" при гальваническом наращивании указанного сплава за счет того, что толщина этого слоя значительно меньше толщины экранирующего слоя красящего вещества. В прототипе красящее вещество наносят в полость рельефного контура, что исключает возможность нанесения финишного покрытия гальваническим методом.

Следует отметить, что проведение последующей операции введения гальванического сплава олово-свинец требует его оплавления на финишной стадии для улучшения паяемости при температурах порядка 240-260°С для повышения надежности и защиты паяных соединений при последующей эксплуатации, что может вызвать расслоение, вспучивание и побеление материала диэлектрика, т.е. резко снизить качество готового изделия. Это, в свою очередь, приводит к ухудшению электрических параметров РПП. Однако сочетание этой операции предлагаемого способа с операцией пропитки позволяет избежать указанного негативного результата.

В предлагаемом способе используют высокотемпературный сплав олово-свинец, идентичный составу применяемого на этапе последующей сборки припоя, что исключает несмачивание припоем поверхности контактной площадки, образование трещин, повышает термическую и механическую прочность паяных соединений, а следовательно, надежность радиоэлектронной аппаратуры.

В прототипе на финишном этапе применен низкотемпературный сплав Розе, что на этапе последующей сборки в приборе при пайке сплавом олово-свинец (ПОС) создает значительные температурные напряжения и снижают надежность прибора (сборки) в целом из-за низкой температурной стойкости сплава Розе (90°С).

Таким образом использование предлагаемого способа обеспечивает повышение качества металлизации за счет устранения краевого эффекта при гальваническом меднении, повышения точности воспроизведения электропроводящего рельефного контура электрической схемы при металлизации, повышения влагостойкости изделий и возможность оплавления основного слоя гальванического покрытия сплавом олово-свинец.

Возможность промышленной реализации предлагаемого способа подтверждена следующим примером.

Пример. Предлагаемый способ был опробован в лабораторных условиях для изготовления рельефных печатных плат (РПП).

На чертеже изображена схема предлагаемого способа, где

1 - диэлектрическое основание в исходном состоянии,

2 - формирование рельефа на диэлектрическом основании методом фрезерования и пропитка его органическим комплексным материалом,

3 - осаждение меди на всю поверхность заготовки химико-гальваническим методом на малую толщину (5-7 мкм),

4 - гальваническое наращивание меди на толщину 25-50 мкм,

5 - нанесение слоя красящего вещества вне контура механического рельефа,

6 - избирательное нанесение гальванического сплава олово-свинец,

7 - удаление экранирующего слоя краски,

8 - удаление слоя меди вне механического рельефа,

9 - оплавление сплава олово-свинец инфракрасным методом, где

а) слой экранирующей краски;

б) слой электрохимической меди;

в) слой предварительной металлизации;

г) диэлектрическое основание;

д) слой финишного покрытия сплавом "олово-свинец".

Первоначально было подготовлено диэлектрическое основание, в качестве которого взят лист стеклотекстолита (МИИ 7222 ТУ 16. ЖИМК. 189-94, Молдавизолит, г.Тирасполь), размерами 110×140×0,7 мм. Формирование рельефа на диэлектрическом основании выполняли методом фрезерования на станке с программным управлением. Был получен рельеф со следующими параметрами:

- ширина проводников (канавок) - 0,175±0,025 мм;

- глубина канавок 0,1±0,04 мм;

- минимальный зазор между элементами - 0,2 мм.

После выполнения рельефа на диэлектрическом основании производили пропитку его органическим комплексным материалом, в качестве которой была использована органическая композиция "Анатерм ПК". Затем полученная заготовка была обработана механически с помощью зачистной виброшлифовальной машинки до получения равномерной матовой внешней поверхности РПП.

Последовательные этапы металлизации РПП проводили следующим образом. Предварительная металлизация на толщину 3-5 мкм производилась в стандартных растворах химического меднения химико-гальваническим методом на соответствующих установках.

Последующее наращивание слоя меди до толщины 25-50 мкм проводилось в сернокислом электролите меднения в присутствии выравнивающей добавки марки "БСД-2" в условиях:

- Дк=2,0 А/дм²;

- в течение 100-120 мин.

Далее наносили экранирующий слой красящего вещества, в качестве которого использована офсетная краска для печатных плат СО4. 12-33, ТУ 2-90, так, чтобы краска не попадала в механический рельеф. В условиях примера было нанесено 4÷6 слоев.

Далее на механический рельеф наносили слой гальванического сплава олово-свинец в борфтористом электролите с выравнивающей добавкой "БОС" при:

- Дк=2,0 А/дм²;

- в течение 10-20 мин.

Экранирующий слой краски снимали в растворе щелочи (NaOH). Слой меди под экранирующим слоем краски удаляли методом травления на струйной установке в медно-аммиачном растворе травления при температуре Т=30÷40°С.

Окончательно гальванический сплав олово-свинец оплавляли в установке инфракрасного оплавления конвейерного типа.

Как показали экспериментальные исследования и контрольные измерения, металлизация на РПП не выступает над поверхностью заготовки свыше 50 мкм, что находится в пределах заданных границ, ширина проводников 0,15-0,2 мм, зазор 0,18-0,2 мм между ними, при этом не выявлено каких-либо изменений или искажений размеров и очертаний сверх допустимого значения.

Данные экспериментов сведены в таблицу.

Таким образом, реализация предлагаемого способа подтвердила достижение повышения качества металлизации за счет уменьшения краевого эффекта при гальваническом меднении, повышения точности воспроизведения электропроводящего рельефного контура электрической схемы при металлизации, повышения влагостойкости изделий и возможность оплавления основного слоя гальванического покрытия сплавом олово-свинец.

Таблица
Примеры реализации	Финишное покрытие рельефной печатной платы	Размеры проводника/зазора: ширина проводников (канавок) - 0,175±0,025 м Минимальный зазор между элементами - 0,2 мм	Выступание металлизации над поверхностью рельефной печатной платы	Температурная стойкость покрытия и паянных соединений в аппаратуре	Состав комплексного материала для пропитки
1. Способ-прототип	Низкотемпературное горячее покрытие - сплав Розе	Проблематично воспроизведение заданных размеров без дополнительных доработок	Свыше 50 мкм	90°С	Отсутствует пропитка
2. Предлагаемый способ	Высокотемпературный сплав олово-свинец с инфракрасным оплавлением.	Размеры получены без дополнительных доработок в пределах требований ТУ	10-30 мкм	240°С	Применяется органическая композиция "Анатерм"