СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ОТВЕРСТИЙ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ Российский патент 1994 года по МПК H05K3/10 

Изобретение относится к технологии изготовления печатных плат и предназначено для использования при металлизации отверстий печатных плат, изготавливаемых из фольгированного диэлектрического материала.

Известен способ металлизации отверстий печатных плат, включающий сенсибилизацию и активацию поверхности заготовок в растворах хлористого олова и хлористого палладия с последующим химическим осаждением меди и гальваническим наращиванием слоя предварительной химической металлизации до требуемой толщины.

Указанный способ длителен, трудоемок и связан с высоким расходом дорогостоящих и дефицитных реагентов, в частности соли драгметалла палладия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ беспалладиевой металлизации отверстий печатных плат, включающий активацию заготовки в растворе на основе гипофосфита меди, термообработку активированных заготовок при 100-135^оС в течение 7-15 мин и последующее гальваническое наращивание слоя предварительной металлизации. Слой предварительной металлизации, представляющий собой смесь продуктов термического разложения гипофосфита меди, образуется на всей активированной раствором поверхности - как на диэлектрике в отверстиях печатной платы, так и на медной фольге. Перед гальваническим наращиванием меди слой предварительной металлизации должен быть удален с поверхности фольги, но сохранен на поверхности диэлектрика в отверстиях печатной платы. Удаление слоя предварительной металлизации осуществляется методом механической зачистки поверхности фольги, выполняемой вручную или с помощью специального оборудования (зачистных установок и т. п.). При таком способе зачистки удаляется слой продуктов термического разложения гипофосфита меди с поверхности фольги и сохраняется в неприкосновенности на стенках отверстий.

Недостатком известного способа является то обстоятельство, что операция механической очистки поверхности фольги от продуктов термического разложения гипофосфита меди усложняет процесс металлизации отверстий печатных плат и снижает его производительность. Особенно указанный недостаток проявляется при осуществлении технологического процесса на автоматизированных линиях химической и гальванической металлизации, например на стандартной линии автооператорного типа (АГ-44 и т. п.), так как операция очистки связана с необходимостью извлечения платы из линии и повторного монтажа платы в линию после очистки. Тем самым нарушается непрерывность процесса, снижается его производительность и увеличивается доля ручного труда.

Цель изобретения - упрощение и интенсификация процесса.

Поставленная цель достигается тем, что очистку поверхности фольги после термообработки активированной заготовки осуществляют путем анодного растворения продуктов термического разложения гипофосфита меди. Анодное растворение проводят в течение 2-5 мин при начальной анодной плотности тока 4-5 А/дм², а по окончании анодного растворения заготовку дополнительно выдерживают в электролите без тока в течение 1-2 мин.

Способ осуществляется следующим образом.

Обезжиренную и промытую заготовку печатной платы из фольгированного диэлектрического материала с просверленными отверстиями активируют в растворе беспалладиевой металлизации и подвергают термообработке по известному способу. После термообработки заготовку, поверхность которой покpыта черно-коричневым слоем продуктов термического разложения гипофосфита меди, охлаждают до комнатной температуры и помещают в ванну с электролитом между двумя медными катодами, площадь каждого из которых в 2-3 раза превышает площадь заготовки печатной платы. Анодное растворение продуктов термического разложения гипофосфита меди с поверхности фольги ведут при начальной анодной плотности тока 4-5 А/дм² в течение 2-5 мин. В процессе анодного растворения величина тока падает, достигая к концу процесса значения, соответствующего анодной плотности тока 2,0-2,5 А/дм². По окончании анодного растворения отключают источник питания и заготовку выдерживают в электролите без тока в течение 1-2 мин. Затем заготовку извлекают из ванны, дают стечь остаткам электролита с поверхности заготовки и промывают последнюю в ванне с водой или со струйным орошением поверхности заготовки.

Промытую заготовку с очищенной от продуктов термического разложения блестящей розовой поверхностью медной фольги переносят в ванну с электролитом гальванического меднения и медными анодами и проводят гальваническое наращивание меди в отверстиях и на поверхности фольги до толщины 10-30 мкм.

Оптимальные условия проведения процесса электрохимической металлизации отверстий печатных плат установлены экспериментально исходя из следующих соображений. При начальной анодной плотности тока менее 4,0 А/дм² анодное растворение продуктов термического разложения гипофосфита меди с поверхности фольги протекает медленно и не обеспечивает в течение 5 мин удовлетворительного качества очистки поверхности фольги. С увеличением начальной плотности тока выше 5,0 А/дм² и времени более 5 мин происходит частичное растворение слоя предварительной металлизации в отверстиях, в результате чего после гальванической затяжки некоторые отверстия заготовки могут оказаться полностью или частично неметаллизованными, что является браком технологии. Дополнительная выдержка заготовок в электролите без тока в течение 1-2 мин способствует повышению качества очистки поверхности заготовок и улучшению условий удаления с поверхности фольги продуктов термического разложения гипофосфита меди при последующей промывке заготовок водой без механического воздействия.

П р и м е р. Просверленную заготовку печатной платы из фольгированного стеклотекстолита после обезжиривания, промывки, подтравливания и повторной промывки активируют в растворе беспалладиевой металлизации следующего состава: Сернокислая медь, 5-водная 190 г/л Гипофосфит кальция 130 г/л 25%-ный водный аммиак 230 мл/л
Время активирования 0,5-1 мин при комнатной температуре.

После активирования заготовку с заполненными раствором отверстиями помещают во встроенный в линию блок термолиза и подвергают термообработке при 125 + 10^оС в течение 10-15 мин. Заготовку извлекают из блока термолиза, охлаждают до комнатной температуры и помещают в электролит, содержащий, г/л: Ортофосфорная кислота 1250-1530 Этиленгликоль 60-90 Медь (в пересчете на металлическую) 10-20
Заготовку подвешивают между двумя медными катодами, площадь каждого из которых вдвое больше площади заготовки, включают источник питания постоянного тока и устанавливают протекающий через электролит ток таким образом, чтобы начальное значение тока соответствовало анодной плотности тока 0,4-5,0 А/дм^2. Анодное растворение продуктов термического разложения гипофосфита меди ведут при комнатной температуре в течение 2-5 мин., затем отключают ток и выдерживают заготовку в электролите еще в течение 1-2 мин без тока. Извлекают заготовку из электролита, после стекания которого поверхность заготовки промывают водой. Промытую заготовку с фольгой блестящего розового цвета, не содержащую следов продуктов термического разложения гипофосфита меди, переносят в ванну гальванического меднения состава: Сернокислая медь, 5-водная 220 г/л Серная кислота 60 г/л Этиловый спирт 10 мл/л
Гальваническое наращивание меди ведут в ванне с медными анодами при 22 + 2^оС и катодной плотности тока 3 А/дм² в течение 20-30 мин до толщины гальванически осажденного слоя меди 15 ± 5 мкм.

Оценку металлизации осуществляют методом визуального контроля металлизированных отверстий под микроскопом по количеству металлизированных отверстий на заготовке (в % от общего количества отверстий). Результаты, полученные по предлагаемому способу, представлены в таблице.

Как следует из приводимых в таблице данных, очистка поверхности заготовок по предлагаемому способу приводит к 100%-ной металлизации отверстий (опыты 1-3), в то время как осуществление процесса за пределами оптимальных условий ведет либо к появлению большего или меньшего числа неметаллизированных отверстий (опыты 4, 5, 8, 9), либо требует длительной струйной промывки для очистки заготовок (опыты 6 и 7).

Технико-экономическая эффективность предложенного технического решения заключается в следующем.

Достигается упрощение процесса и его интенсификация, так как в результате замены механической очистки поверхности на электрохимическую отпадает необходимость применения ручного труда или специального оборудования для механического удаления с фольги продуктов термического разложения гипофосфита меди. Операция очистки поверхности осуществляется в одной технологической линии без разрыва техпроцесса, связанного с демонтажом и повторным монтажом заготовки в линии, необходимым при проведении операции очистки механическим способом.

Создается возможность полной механизации и автоматизации процесса беспалладиевой металлизации отверстий печатных плат при незначительной модернизации существующих стандартных отечественных и зарубежных автоматизированных линий химико-гальванической металлизации, что в еще большей степени упрощает процесс, способствует повышению производительности и снижению трудозатрат.

Повышается качество печатных плат, так как электрохимическое удаление продуктов термолиза с поверхности заготовок происходит без повреждения медной фольги, неизбежного при механической зачистке. Последнее обстоятельство особенно важно при изготовлении печатных плат с повышенной плотностью монтажа из диэлектрического материала с тонкой (< 5 мкм) фольгой.

Кроме того, электрохимическая очистка сопровождается полным или частичным удалением шлама из отверстий печатных плат, тогда как при механической очистке может происходить засорение отверстий шламом, счищаемым с поверхности фольги.

Область использования: технология беспалладиевой металлизации отверстий двусторонних и многослойных печатных плат. Сущность изобретения: очистку поверхности фольги после термообработки заготовок, активированных в растворе беспалладиевой металлизации, осуществляют путем анодного растворения продуктов термического разложения гипофосфита меди в течение 2 - 5 мин при начальной анодной плотности тока 4-5 A/дм² , после чего заготовку дополнительно выдерживают 1 - 2 мин в электролите без тока и промывают водой. Способ обеспечивает упрощение процесса и его интенсификацию. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. СПОСОБ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ОТВЕРСТИЙ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, включающий активирование фольгированного диэлектрического основания с отверстиями в растворе на основе гипофосфита меди, термообработку, очистку поверхности фильгированного основания от продуктов термического разложения гипофосфита меди, промывку и гальваническое наращивание слоя металла, отличающийся тем, что очистку поверхности фольгированного основания проводят путем анодной обработки при начальной плотности тока 4,0 - 5,0 А/дм² в течение 2 - 5 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после анодной обработки основание выдерживают в электролите без тока в течение 1 - 2 мин.