Технология производства двусторонних печатных плат

Конструкции, методы и этапы изготовления двусторонних печатных плат (ПП). Механическая обработка в процессах изготовления ПП. Химическая металлизация, получение защитного рельефа. Гальванические процессы, травление меди. Маркировка ПП для идентификации.

Рубрика Производство и технологии
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 10.12.2011
Размер файла 5,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

3.5 Травление меди

3.5.1 Растворы на основе хлорного железа и персульфата

Общие сведения. Травление меди является одной из основных операций в производстве печатных плат. Травильные растворы, с помощью которых осуществляется эта операция, должны удовлетворять следующим требованиям. В состав раствора должны входить дешевые и доступные материалы; раствор должен допускать возможность его регенерации и утилизацию меди из отработанного травителя; боковое подтравливание проводников должно быть минимальным; травильные растворы не должны воздействовать на диэлектрическое основание печатной платы и на защитный рисунок.

Ниже рассмотрены основные характеристики ряда применяемых в производстве растворов и даны рекомендации по наиболее эффективным травителям.

Операция травления обычно осуществляется в конвейерных установках, в которых на платы, перемещаемые по транспортеру, сверху и снизу направляются струи травильного раствора или промывочной воды. Струйный метод травления является наиболее эффективным, так как обеспечивает требуемую скорость процесса при незначительном боковом травлении.

Типовая травильная установка составляется из отдельных состыкованных между собой модулей, в которых выполняются следующие переходы: загрузка, травление, щелочная или кислая промывка, визуальное наблюдение, финишная промывка и сушка. К числу таких установок относятся серийно выпускаемые линии щелочного и кислого травления.

Рис.17 Линия струйного травления печатных плат.

На рис.17 представлена типовая установка травления. Растворы на основе хлорного железа. Водный раствор хлорного железа является сильным окислителем и с большой скоростью растворяет медь, восстанавливаясь при этом до хлористого железа пo реакции:

.

Образовавшаяся хлористая медь окисляется хлорным железом до хлорной меди:

В свою очередь, хлорная медь растворяет медь:

Таким образом, в растворе травления содержатся следующие продукты: FeCl3, FеС12, CuС12, CuCl. Для травления используется раствор FeCl3 плотностью 1300 кг/мэ, что соответствует концентрации 400 г/л; температура раствора - до 35°С. Боковое травление - 40-66 мкм, емкость по меди - 75-105 г/л, максимальная скорость травления - 35 мкм/мин.

Раствор обладает высокой скоростью травления и емкостью по меди, однако его применение в настоящее время ограничивается по следующим причинам:

При промывке плат после травления остатки травильного раствора легко гидролизуются с образованием труднорастворимых основных солей железа:

Фенольные смолы диэлектрика частично обладают свойством ионообменных смол и адсорбируют ионы Fe3+, поэтому в производственных условиях на платах часто снижается сопротивление изоляции диэлектрика.

Отработанный раствор очень трудно поддается регенерации и практически невозможно его автоматическое корректирование в процессе травления. Раствор невозможно использовать в позитивном методе изготовления печатных плат при наличии оловянно-свинцового покрытия, так как хлорное железо растворяет это покрытие.

Работа с раствором хлорного железа неизбежно влечет за собой загрязнение полов и стен яркоокрашенным травильным раствором.

Для утилизации меди из отработанного раствора в него загружается перфорированная винипластовая корзинка, в которую засыпается обезжиренная стальная стружка. Раствор рекомендуется подогреть до температуры 40-50°С. Вследствие реакции цементации медь в виде рыхлого осадка выделяется на частицах железа:

После осаждения меди на стружке, о чем судят по отсутствию меди на стальных образцах, периодически погружаемых в раствор, последний сливается и передается на нейтрализацию, а порошковая медь струей воды смывается в льняной мешок, где промывается водой и затем обезвоживается на рамном фильтр-прессе и высушивается. Раствор, освобожденный от меди, нейтрализуется известковым молоком. Осадок гидроокиси железа обезвоживается на рамном фильтр-прессе, и вывозится в специально отведенные для этой цели места. Растворы на основе персульфатов. Персульфат аммония относится к категории сильных окислителей и в кислой среде растворяет медь по реакции:

Побочной реакцией является гидролиз персульфата:

Раствор состоит из 200-250 г/л и 5-7 г/л . Температура раствора - до 50 єС, боковое травление 50 - 80 мкм, емкость по меди - 35 г/л, максимальная скорость травления - 25 мкм/мин. Утилизация меди и более полное использование персульфата достигается посредством охлаждения отработанного раствора до температуры +5°С, при этом выпадают кристаллы солей меди в виде Осаждению меди должна предшествовать реакция перевода кислой соли , (которая, как показано выше, образуется вследствие гидролиза персульфатов в среднюю соль с помощью водного раствора аммиака:

Затем следует дополнительное введение в реактор раствора , чтобы обеспечить связывание сульфата аммония в вышеуказанную, двойную соль. Растворы на основе персульфата аммония могут быть использованы как в негативном, так и в позитивном процессе, однако невозможность регенерации раствора, сложная система утилизации меди, неравномерный характер вытравливания, высокая стоимость и дефицитность персульфата аммония обусловливают ограниченное применение персульфатных растворов в производстве.

3.5.2 Хлорно-медный кислый и щелочной растворы

Хлорная медь окисляет и растворяет медь по реакции:

Образующаяся хлористая медь CuCl нерастворима и может служить источником засорения форсунок в травильных установках. В присутствии ионов хлора в вbде HCI, NaCI, KCI образуются хорошо растворимые комплексы, дислоцирующие в растворе с образованием иона . Окисление образующихся соединений одновалентной меди можно осуществить различными способами, например воздействием газообразного хлора или перекисью водорода:

Частично хлористую медь окисляет кислород воздуха в кислой среде:

Таким образом, отработанный кислый раствор хлорной медью можно легко регенерировать в исходное состояние. Раствор содержит 100-150 г/л CuCl, 145-150 г/л NH4Cl. Плотность раствора 1070-1120 кг/м3, рабочая температура 45-50°С, рН 1-2.

Основные характеристики: боковое подтравливание 40-60 мкм; емкость по меди 10-20 г/л; максимальная скорость травления 35 мкм/мин. Регенерация раствора возможна как в ручном, так и в автоматическом режиме. При ручном исполнении сливается примерно 1/7 часть отработанного раствора, а оставшуюся часть подкислить HCI до рН 1-2 (20-25 мл/л НСl). Разбавленную в отношении 1: 6 перекись водорода (пергидроль) ввести в регенерируемый раствор в количестве ПО-115 г/л. Раствор перемешать сжатым воздухом и через 20-30 мин можно приступить к работе. Слитый раствор подлежит обработке для утилизации меди по нижеприведенному способу.

При автоматическом режиме все параметры раствора контролируются с помощью датчиков, имеющихся в автоматической линии. Датчики информируют о температуре раствора t, кислотностн рН, плотности , редоксе-потенциале , уровне раствора h. Момент регенерации определяется по накоплении хлорной меди более 10 г/л сверх установленного содержания по норме, при этом датчики указывают значении мВ, , рН=2, и тогда по сигналу датчиков дозирующие устройства введут в раствор компоненты: - до рН=0,4; до .

Способ электрохимической регенерации отработанного медно-хлоридного раствора травления является весьма перспективным, так как помимо регенерации раствора, oн обеспечивает возможность утилизации меди в виде катодного осадка.

Способ электрохимической регенерации заключается в пропускании постоянного тока через раствор с использованием титанового катода и графитового анода.

При низких и одинаковых плотностях тока регенерация не происходит, так как на катоде медь восстанавливается до одновалентного состояния, а на аноде одновалентная медь окисляется до двухвалентной. При повышении катодной плотности тока до 15 А/дм2 и анодной плотности тока до 2,5-4 А/дм2 на катоде выделяется металлическая медь (реакции), а на аноде одновалентная медь окисляется. В этих условиях происходит также выделение небольших количеств хлора.

С целью предотвращения выделения хлора анодное пространство отделяется пористой диафрагмой с заполнением анолита раствором едкого натра.

В этом случае после извлечения из отработанного раствора избытка меди его обрабатывают перекисью водорода для окисления ионов одновалентной меди до двухвалентной. Современные модели травильных установок снабжаются электрохимическим устройством для утилизации меди и регенерации раствора.

Раствор хлорной меди, несмотря на малую емкость по меди, является наиболее перспективным при выполнении операции травления в негативном процессе и особенно при изготовлении односторонних плат из гетинакса. Перспективность применения раствора хлорной меди обусловлена в первую очередь возможностью его автоматической регенерации и утилизации меди. Кроме того, растворы хлорной меди хорошо отмываются с плат, не оставляя никаких следов солей меди.

Аналогичный является так называемый перекисный раствор, применяемый некоторыми предприятиями. Раствор приготавливается из перекиси водорода (30 % -ной) и соляной кислоты, взятых в отношении 1: 3. В процессе травления меди происходят следующие реакции:

По мере накопления в растворе солей меди этот раствор практически ничем не отличается от приведенного выше медиа-хлоридного. Большой интерес представляют перекисные растворы на основе серной кислоты. В сернокислой среде в процессе травления получается химически чистая соль CuSO4, которую можно применять для приготовления растворов химического меднения и этим осуществить параллельное протекание субтрактивных и аддитивных процессов, регулируя их объем количеством осаждаемой и вытравливаемой меди, создав безотходную по меди технологию производства печатных плат. Растворы сернокислотного типа, кроме того, можно применять при травлении плат с металлорезистом в виде сплава олово-свинец (ПОС-60). Хлорно-медный щелочной раствор наиболее распространен в производстве печатных плат. В аммиачной среде соли меди образуют комплекс:

Аммиачная комплексная соль двухвалентной меди является окислителем и растворяет медь по реакции

Отработанный раствор, содержащий одновалентную медь, легко регенерируется посредством окисления кислородом воздуха:

Регенерацию раствора можно осуществить в ручном исполнении или автоматически. При ручном исполнении сливается 1/2 раствора, в оставшуюся часть вводится 100-115 г/л и разбавленный до рН 9,5-9,8. Слитый раствор подлежит обработке с целью утилизации меди.

С помощью датчиков температуры, плотности и кислотности раствора на дозирующие устройства подается сигнал, по которому раствор автоматически корректируется. Окисление Сu+ в Сu2+ происходит непрерывно вследствие воздействия кислорода воздуха при струйном методе обработки. По достижении у=1300 кг/мэ подается сигнал на насос, который откачивает половину раствора и подкачивает порцию свежего раствора, состоящего из смеси и .

При снижении рН до 8,5 по сигналу датчика рН открывается вентиль баллона с газообразным аммиаком и происходит насыщение раствора аммиаком, которое прекращается по достижении рН 9,5-9,8.

Корректирование раствора газообразным аммиаком приводит к его повышенному расходу вследствие большой летучести аммиака. На ряде предприятий освоен метод корректирования травителя раствором следующего состава: хлористый аммоний - 150 г/л; аммиак (25 % -иый) - 400-500 мл/л.

Раствор вводится по сигналу датчика рН. Автоматически цикл регенерации предусмотрен в линии щелочного травления, представленной на рис.11.

Утилизация меди из травильных растворов на основе хлорида осуществляется осаждением меди в виде окиси меди действием при нагреве и барботировании смеси воздухом. При этом происходят следующие реакции:

Количество NaOH, необходимое для осаждения меди, берется по стехиометрическим соотношениям с добавлением 50 %, чтобы создать его избыток и обеспечить полноту осаждения. Осадок окиси меди после декантации 2-3 раза промывается водой, сушится и упаковывается в тару (ящики, полиэтиленовые мешки и т, п.).

Недостатком медно-аммиачных травителей является загрязнение атмосферы аммиаком и сточных вод аммонийными солями, которые, попадая в систему очистных сооружений, могут образовать комплексные соединения тяжелых металлов (никель, медь и др.) и утечку их из нейтрализаторов в очищенные стоки.

К числу других щелочных растворов относят хлоридные и медно-сульфатные.

Хлорид натрия NaCl относится к категории сильных окислителей и растворяет медь в аммиачной среде по реакции

Травильный раствор на основе хлорида натрия используется на некоторых предприятиях для вытравливания меди в позитивном процессе при наличии защитного покрытия из сплава олово-свинец. Травильный раствор содержит 30-35 г/л хлорита натрия, 70-90 г/л хлористого аммония, 190-200 мл/л 25 % -ного водного аммиака.

Раствор обеспечивает хорошее качество травления и по своим возможностям аналогичен медно-аммиачному, так как растворение меди происходит не только по вышеприведенной реакции окисления меди хлоридов, но и за счет образовавшейся аммиачно-медной соли :

Основными недостатками хлоридных растворов являются взрывоопасность хлорида натрия и невозможность регенерации хлорида натрия из продуктов реакции, образовавшихся в результате травлении меди. Попытки промышленного использования для вытравливания меди таких окислителей, как, например, бромат калия КВrО, не дали положительных результатов. Аммиачный медно-сульфатный раствор является аналогом аммиачно-медного хлоридного раствора и основным компонентом раствора служит комплексная соль . Процесс травления протекает по реакции

.

Травильный раствор имеет состав (г/л): сернокислая медь - 170-190, сульфат аммония - 150-170, водный аммиак (25 % -ный) - 400-500 мл/л. Температура раствора 45-50єС. Травление меди в этом растворе протекает более медленно, чем в аналогичном хлоридном, поэтому он рекомендуется для использования в полуаддитивной технологии при травлении тонких (5-7 мкм) слоев меди.

Хромовокислый раствор относится к категории очень сильных окислителей и может быть использован для вытравливания меди при различных резистивных покрытиях, однако широкого применения хромовокислые растворы не получили вследствие значительных усложнений, связанных с обезвреживанием сточных вод и больших затрат на обезвреживание залповых сбросов при смене растворов. Хромовые соединения, кроме того, являются дорогими и дефицитными. По этим причинам хромовокислые растворы не рекомендуются для промышленного использования.

3.6 Маркировка ПП

Маркировка ПП необходима для их идентификации в процессе изготовления, сборки ФУ и ЭА, для компьютерного считывания при учете расхода материалов, полуфабрикатов, отпуска готовой продукции, при автоматическом контроле, при самонастройке оборудования, комплектации и пр.

Маркировка ПП должна содержать:

товарный знак предприятия-изготовителя;

обозначение ПП;

дату изготовления (год и месяц);

порядковый номер вносимых изменений;

код техпроцесса сборки ФУ на ПП и др.

Маркировку выполняют теми же методами, что и рисунок печатных элементов (сеткографическим; фотохимическим и др.) На самоклеящихся этикетках из полимерных пленок: полиимида, полиэстера, полиэфирамида. Маркировка ПП с линейчатым (ID) штрих-кодом или двумерным (2D) матричным кодом. Высокая плотность размещения информации в матрице в виде темных и светлых прямоугольников позволяет закодировать большой объем информации вплоть до основных технических характеристик на этикетке шириной от 3 мм.

Информация на этикетку заносится на матричном, струйном, лазерном или термо-трансферном принтерах.

Наиболее перспективным является последний из-за высокого качества печати и производительности (до 14000 долл.).

Одной из фирм, занимающейся производством этикеток является фирма Brady Corp. (США).

Этикетки из полиимида можно размещать как на верхней, так и на нижней стороне ПП при пайке волной припоя или оплавлением припойной пасты; из полиэфирамида - на верхней при пайке волной припоя и на обеих сторонах при пайке оплавлением; из полиэстера - только на верхней при пайке волной припоя.

Фирмы Brady Coip. (США), Lackwerke Peters GmbH (Германия), компания Beicrsdorf AG (Германия) выпускают, кроме этикеток, стрипрезисты (липкие аппликации из полиимида) для временной локальной защиты ПП при обработке в электролитах золочения, при облуживании, при левеллировании горячим воздухом, при пайке волной припоя и пр.

Лазерная маркировка ПП осуществляется проекционным методом, при котором форма сечения лазерного луча задается с помощью маски и проецируется на ПП в нужном масштабе для получения любых сложных знаков идентификации; сканированием сфокусированного лазерного пучка на поверхность ПП, модуляцией его интенсивности для испарения части материала в заранее намеченных местах и получения требуемой маркировки.

4. Заключение

В данном курсовом проекте подробным образом описаны основные этапы изготовления печатных плат, а также рассмотрены конструкции и методы изготовления двусторонних печатных плат. В приложении описан технологический процесс изготовления двусторонних печатных плат с металлизированными отверстиями методом тин-тент.

5. Литература

1. А. Медведев. Технология производства печатных плат. - М.: Техносфера, 2005

2. Е.В. Пирогова. Проектирование и технология печатных плат. - М.: ФОРУМ-ИНФРА-М, 2005

3. Ильин В.А. Технология изготовления печатных плат. - Л: 1984.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Материалы для изготовления печатных плат (ПП). Изготовление оригиналов и фотошаблонов ПП. Получение заготовок, монтажных и переходных отверстий. Подготовка поверхности, нанесение защитного рельефа и паяльной маски на ПП. Маркировка и испытание ПП.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 26.12.2011

  • Особенности и свойства многослойных печатных плат: достоинства и недостатки. Основные способы получения по методу создания электрических межслойных соединений. Базовые технологические процессы получения МПП, химическая и электрохимическая металлизация.

    курсовая работа [2,8 M], добавлен 01.04.2011

  • Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ. Характеристики печатных плат, экономические показатели их производства и выбор материалов. Основные виды печатных плат, требования к их качеству. Типы материалов оснований для печатных плат.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 20.12.2013

  • Изготовление печатных плат с учетом современной практики печатного монтажа. Метод металлизации сквозных отверстий - сочетание химического метода в изготовлении внутренних слоев и позитивного метода при металлизации отверстий и изготовлении наружных слоев.

    контрольная работа [10,7 M], добавлен 01.08.2009

  • Субтрактивный метод как наиболее распространенный для простых и сложных конструкций печатных плат. Схема стандартного субтрактивного (химического) метода. Механическое формирование зазоров (оконтуривание проводников). Нанесение токопроводящих красок.

    реферат [5,6 M], добавлен 01.08.2009

  • Конструкция многослойной печатной платы. Изготовление заготовок из стеклоткани и медной фольги. Перфорирование стеклоткани. Склеивание заготовок перфорированного диэлектрика с медной фольгой. Травление меди с пробельных мест. Контроль и маркировка.

    реферат [769,3 K], добавлен 14.12.2008

  • Технологический процесс сборки печатных плат для стабилизатора напряжения вычислительных систем. Характеристики схем и конструктивные особенности изделия, поиск аналогов и выбор оборудования для производства. Контроль монтажа и функциональный контроль.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 03.12.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.