Технология многослойных печатных плат

рого поколения имеют программное управление, увеличенное чи­ сло шпинделей и повышенную точность отработки координат. Па­ раметры и особенности конструкций этих станков: большая час­ тота подач шпинделя (до 2000 подач/мин); высокая скорость по­ зиционирования (5 10 м/мин), которая достигается в результа­ те применения малоинерционных двигателей; высокие точностные характеристики (точность отработки координат ± 5 ... 7,5 мкм и сверления ±12,5... 25 мкм); применение в качестве приводных двигателей отработки координат двигателей постоянного тока; на­ личие обратной связи, обеспечивающей отработку запрограмми­ рованной координаты; широкий диапазон выбора числа оборотов (0 ... 80 000 об/мин).

В настоящее время выпускаются сверлильные станки третье­ го поколения с программным управлением и сложной системой команд. Совершенствование сверлильных станков ведется в сле­ дующих направлениях: увеличение числа шпинделей, скорости их подачи и вращения; упрощение методов фиксации плат на пло­ щадке стола и их совмещения; автоматизация смены сверла; уменьшение шага перемещения, увеличение скорости привода; создание систем, предотвращающих сверление отверстий по незапрограммированной координате и повторное сверление на преж­ ней координате; переход на непосредственное управление станка от ЭВМ; повышение точности отработки координат.

При сверлении МПП было обнаружено наволакивание смо­ лы на кромки контактных площадок, что значительно усложнило металлизацию сквозных отверстий. Наволакивание приводит к появлению на меди барьерного слоя, препятствующего электри­ ческой связи между контактной площадкой и металлизацией в отверстии (межслойные соединения). Этот дефект трудно обна­ ружить. Наволакивание — следствие местного перегрева слоис­ того материала при сверлении. Эпоксидное связующее становит­ ся пластичным и наволакивается на торцевые медные поверхно­ сти в результате нагрева, давления и трения. Для визуальной оценки состояния торцов контактных площадок платы после свер­ ления обрабатывались в полисульфидном растворе. Исследования установили, что:

при заточке сверла с углом при вершине, равном 82°, наблю­ дается максимальное наволакивание смолы, но износ сверла мак­ симален. Исходя из экономических предпосылок, исследователи считают, что стандартный угол при вершине, равный 118°, с оп­ тимальной степенью остроты заточки дает наилучшие результаты;

сверление под водой резко снижает эффект наволакивания;

применение затылованных спиральных сверл и сверл с зани­ женным диаметром нерабочей части, которые не соприкасаются с

отверстием после прохождения материала, не уменьшает навола­ кивания.

Использование подводного сверления связано с рядом тех­ нических трудностей. Прежде всего, необходимы специальные

112

Позиционная точность сверлильных станков

Считается, что частота поломки сверла возрастает линейно при увеличении длины сверл и в третьей степени при уменьшении их диаметра. Ряд предприятий успешно используют луч лазера для изготовлений малых отверстий. Для создания плат с большой плотностью электронных контактов приходится изготовлять пла­ ты с соединениями внутренних слоев, не выходящими на поверх­ ность МПП, либо с соединениями внутренних слоев с отдельными внешними слоями. Такие соединения называют слепыми и выпол­ няют на отдельных ступенях технологического процесса, когда со­ единяются соответствующие слои МПП. Эта система, использую­ щая лазер, весьма перспективна, с ее помощью рассчитывают до­ вести диаметр отверстий до 0,1 мм, в том числе и при изготовле­ нии слепых отверстий [15].

Внашей стране попытки использования лазеров для получения отверстий в ПП проводились с середины 70-х гг. Однако жела­ ние получить отверстие в многослойной структуре металл — ди­ электрик — металл приводило к значительному повышению мощ­ ности заряда лазера при пробивке металла. Последующий мощ­ ный импульс пробивал диэлектрик и обугливал края отверстий, что не позволяло в дальнейшем их металлизировать. Поэтому с целью получения отверстий малого диаметра в диэлектриках про­ водится вытравливание фольги в центрах будущих отверстий с двух сторон, а затем пробивается отверстие с помощью лазера. Для получения отверстий используется лазер на углекислом газе мощностью 60 Вт, обеспечивающий малую расходимость излуче­ ния.

Внастоящее время проводятся экспериментальные исследова­ ния по получению глухих отверстий малого диаметра, когда фоль­ га на обратной стороне не вытравливается, а оставляется в каче­ стве отражающего экрана и исходного материала для осаждения металла с целью осаждения на стенках отверстий. Освоение тако­ го процесса позволило бы исключить операцию химического мед­ нения и ускорить процесс изготовления. В [16] показано, что для получения отверстий диаметром 0,2 мм в стеклотекстолитовых заготовках ПП толщиной 0,15 мм использовались импульсы мик-

росекундной длительности с мощностью в импульсе около киловат­ та в области длин волн 10,6 мкм. Установлено, что существуют

оптимальные серии импульсов (длительность серий 0,01... 0,1 с), обеспечивающие минимальную конусность отверстий и неокисляю­ щие материал платы на краях отверстий. При уменьшении плот­ ности лазерной мощности заметно увеличивается время форми­ рования отверстий и ухудшается их качество. Отверстия, сфор­ мированные лазерными импульсами, хорошо покрываются хими­ чески медью из раствора и никелем из газовой фазы, что в пер­ спективе дает возможность использовать их в качестве переходных отверстий в ПП.

9. ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫЕ ОПЕРАЦИИ ПЕРЕД ХИМИЧЕСКИМ МЕДНЕНИЕМ

9.1. СЕНСИБИЛИЗАЦИЯ

Обычно, чтобы придать диэлектрику способность к металлиза­ ции, проводят две специальные подготовительные операции —

сенсибилизацию и активизацию. Цель операции сенсибилизации — создание на поверхности диэлектрика пленки из ионов двухвалент­ ного олова, которые являются впоследствии восстановителями для ионов палладия. Обработанная в растворе двухлористого олова плата промывается в воде, при этом происходит гидролиз соли по схеме

I ступень

SnCl2 + H20-+Sn(0H)Cl + HCl

II ступень

Sn (ОН) Cl + H20->Sn (ОН) 2 + НС1

Продукты гидролиза SnCl2 обладают сильными восстанови­ тельными свойствами. Раствор SnCl2 во избежание образования коллоида готовится следующим образом: навеска SnCl2 растворя­ ется в концентрированной НС1, а затем разбавляется водой. Опти­ мальный состав раствора для сенсибилизации (г/л): SnCl2—10; НС1—40. Слишком малые количества Sn2+ в растворе сенсиби­ лизации приводят к неравномерности покрытия металлизируемой поверхности и снижению силы сцепления. Постепенное разбав­ ление сенсибилизирующего раствора водой, остающейся после промывки, предотвращают, предварительно погружая заготовку в 10%-ную соляную кислоту. В результате окисления раствора кисло­ родом воздуха и под действием света происходит частичное образо­ вание четырехвалентного олова БпСЦ, которое весьма склонно к гидролизу в кислой среде, вследствие чего раствор мутнеет:

3SnCl2+ l/202+ H 20-*SnCl4+2Sn (ОН) Cl;

SnCU+H20-*Sn(0H )C l3 + HCl.

Для предотвращения этого явления рекомендуется в раствор опустить несколько гранул металлического олова, в присутствии которого четырехвалентное олово медленно восстанавливается

116

Вредной примесью в растворе сенсибилизации является ион Fe3+, так как в результате реакции 2Fe3++ S n2+-»-2Fe2++ S n4+ снижается концентрация SnCl2. После сенсибилизации платы про­ мываются и обрабатываются растворами солей благородных ме­ таллов (активация).

9.2. АКТИВАЦИЯ

Драгоценные металлы наиболее пригодны для этой цели, так как они легко восстанавливаются, относительно плохо пассивиру­ ются и являются хорошими проводниками. Наиболее широко ис­ пользуются соли палладия, например двухлористый палладий. Раствор стандартного состава содержит PdCl2 0,25... 1 г/л; НС1 (пл. 1,19) 2 ... 3 мл/л.

Структура PdCl2 характеризуется наличием цепеобразных группировок:

Так как в солянокислых растворах хлористый палладий нахо­ дится в виде соединения H2PdCl4, то реакция активации может быть представлена в виде уравнений:

Sn (ОН) Cl + H2PdCl4 + HCl-*-Pd+H2SnCl6+ Н20;

Sn(0H )2 + H2PdCl4+2HCl->Pd+H2SnCl6+2H 20.

Концентрация палладия в растворе активации чаще всего оп­ ределяется экспрессным методом по оптической плотности. С этой целью отбирается 1 мл исследуемого раствора в мерную колбу емкостью 50 мл, доливается дистиллированной водой до метки и перемешивается. Затем измеряется оптическая плотность раство­ ра на фотоколориметре ФЭК-56М и кювете шириной 10 мм со светофильтром № 3. Одновременно измеряют оптическую плот­ ность эталонного раствора, приготовленного так же, как иссле­ дуемый раствор.

ская плотность эталонного раствора.

Активирование обычно проводится при комнатной температу­ ре, и лишь иногда используется подогрев раствора PdCl2 до 40 ...

118

тем, что палладий, выделившийся на торцах медных контактных площадок, препятствует прочному и непосредственному сцеплению медной фольги со слоем химически осажденной меди. Являясь клас­ сическим поглотителем водорода, он захватывает водород, кото­ рый выделяется в процессе химического меднения, образуя^ гидри­ ды палладия. Пленка палладия, разделяющая торец медной фоль­ ги и химически осажденной меди, вследствие поглощения водорода становится все более рыхлой. Это приводит к снижению прочности сцепления химически осажденной меди и, главное, к высокому и нестабильному переходному электрическому сопротивлению. Кон­ тактное выделение палладия имеет место и при металлизации обычных (не многослойных) ПП, но это не приводит к резкому снижению качества, так как в этом случае обеспечивается боль­ шая площадь контакта между фольгой и слоем химически осаж­ денной меди. Проводятся работы по устранению контактного вы­ деления палладия на медных торцах переходных отверстий ПП. Так, применяется предварительное оксидирование медных торцов контактных площадок. Эта обработка повышает потенциал по­ верхности металла, что препятствует осаждению на ней палладия.

Оксидирование поверхности, однако, не всегда позволяет надежно устранить контактное выделение палладия на торцах фольги. Для удаления палладия с поверхности медной фольги, в том числе и с торцов, применяется электрополировка (анодное растворение палладия). Раствор для удаления палладия электрополировкой:

обеспечить подключение всех цепей к аноду, что далеко не всегда возможно; после выполнения электрополировки требуется произ­ вести разобщение цепей (обычно механическим способом — рас­ сверливая участки), при насыщенном монтаже сложно качествен­

но, не повреждая цепи на других слоях, выполнить их прерыва­ ние.

Предложен способ активации заготовок раствором ацетилацетона палладия, который обладает способностью при нагреве раз­ лагаться, выделяя металлический палладий. Такие органические соединения палладия можно хранить и транспортировать в су­ хом виде, что удешевляет процесс активации. Однако использо­

вание органических соединений является неблагоприятным фак­ тором.

9.3. о б р а б о т к а в с о в м е щ е н н о м р а с т в о р е

Для улучшения качества металлизации и сокращения техноло­ гического цикла фирма «Шиплей» предложила совмещенный раст­ вор для активации диэлектрика, где используются коллоидные

120