ФОТОПОЛИМЕРИЗУЮЩАЯСЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ МАСОК ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ Российский патент 1996 года по МПК G03F7/04 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в технологии изготовления печатных плат.

Известен жидкий компаунд для изготовления паяльных масок печатных плат [1] содержащий 40-70 мас.ч. жидкого щелочного уретанакрилатного компаунда, 20-50 мас. ч. одного или более реактивных мономеров, 0,5-10 мас.ч. фотоинициатора. Однако защитные покрытия на основе уретанакрилатов имеют недостаточно высокие электроизоляционные свойства. Кроме того, производство печатных плат с использованием данных композиций является экологически вредным из-за необходимости использования органических растворителей.

На устранение из техпроцесса формирования защитной маски токсичных органических растворителей направлена наиболее близкая по составу и технической сущности к изобретению светочувствительная композиция, включающая полимеризационно-способное акриловое соединение α ω-метакрил-ди-(диэтиленгликоль) фталат (МДФ-2) 100 мас.ч. винилтриэтоксисилан 3,0-6,0 мас.ч. фотоинициатор, изобутиловый эфир бензоина 1,0-3,0 мас.ч. краситель 0,5-1 мас.ч. [2]
Недостатком защитной маски на основе этой композиции является недостаточная адгезия ее к сплаву Sn-Pb, которым покрывается медная печатная схема в базовом техпроцессе изготовления печатных плат, и низкое сопротивление изоляции. В результате не обеспечивается высокая надежность влагозащитных свойств защитного покрытия при эксплуатации печатной платы с облуженными проводниками в условиях высокой влажности.

Цель изобретения повышение адгезии к Sn-Pb покрытию печатных плат и повышение сопротивления изоляции плат.

При использовании композиции, выполненной согласно изобретению, по сравнению с прототипом адгезия увеличивается почти в два раза, при этом защитная маска наносится на печатную плату с облуженными проводниками, а в прототипе необходимо в базовый технологический процесс вводить операцию удаления сплава Sn-Pb с печатной схемы. Сопротивление изоляции плат с нанесенным защитным покрытием по сравнению с прототипом увеличивается на два порядка и больше.

Поставленная цель достигается тем, что жидкая фотополимеризующаяся композиция для защитной маски печатных плат на основе полимеризационно-способного акрилового соединения α ω-метакрил-ди-(диэтиленгликоль) фталата, винилтриэтоксисилана, фотоинициатора и красителя, в качестве фотоинициатора содержит 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон и дополнительно содержит глицидилметакрилат и эпоксиакрилат, структурной формулы (I) [3]
CH₂=CH--O (CH₂-CH₂--CHO--CH=CH₂
где n 1-3, m 1-2 при следующем соотношении компонентов, мас. Глицидилметакрилат 10-30 Эпоксиакрилат формулы (I) 5-15 Винилтриэтоксисилан 2-4 2,2-диметокси-2- фенилацетофенон 1-5 Пигмент фталоцианиновый 0,005-0,02 α ω-метакрил-ди- (диэтиленгликоль) фталат Остальное
Известно [2] что введение винилтриэтоксисилана в жидкую композицию на основе α ω-метакрил-ди-(диэтиленгликоль) фталата (олигоэфиракрилата МДФ-2) и фотоинициатора приводит к улучшению смачиваемости печатной платы жидким светочувствительным слоем и к улучшению адгезии защитной маски к медным проводникам и стеклотекстолиту.

Дальнейшее повышение адгезии защитного покрытия к меди и сплаву Sn-Pb достигается добавлением глицидилметакрилата (ТУ 6-02-12-38-86) в композицию, при этом вследствие взаимодействия его с олигоэфиракрилатом МДФ-2 улучшаются физико-механические свойства покрытия (механическая прочность, эластичность), но глицидилметакрилат, имея низкую вязкость, повышает растекаемость жидкой композиции по плате, что при содержании глицидилметакрилата более 10% затрудняет нанесение светочувствительного слоя определенной толщины на плату.

С целью регулирования вязкости в композицию введен имеющий достаточно высокую вязкость эпоксиакрилат ЭАС-655 структурной формулы (I), который представляет собой смесь олигомеров с различным молекулярным весом, где n колеблется от 1 до 3. Этот продукт используется в соответствии с ТУ 6-05-241-506-87 без фракционирования на отдельные олигомеры. Эпоксиакрилат ЭАС-655, вступая в реакцию сополимеризации с олигоэфиракрилатом МДФ-2, вносит дополнительный вклад в повышение адгезионных и прочностных свойств покрытия. Однако из-за плохой растворимости эпоксиакрилата ЭАС-655 в слабощелочном водном растворе, которым проявляются контактные площадки, содержание его в композиции должно быть не более 15%
Использование в заявляемой композиции в качестве фотоинициатора 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона позволяет получить более высокую светочувствительность композиции по сравнению с ранее использованным изобутиловым эфиром бензоина.

Пигмент зеленый фталоцианиновый обеспечивает контрастность защитной маски по отношению к печатной плате. По сравнению с ранее использованным красителем малахитовым зеленым он имеет более высокую термическую стабильность.

П р и м е р 1 (по прототипу), (табл. 1, композиция I).

К 94,5 мас. олигоэфиракрилата МДФ-2 добавляют при перемешивании 3 мас. винилтриэтоксисилана, 2 мас. тригонала и 0,5% малахитового зеленого.

Вязкость полученной композиции составляет 25-30 с по В3-4 при 20^оС. Жидкую светочувствительную композицию наносят на очищенную плату методом полива с использованием поливочной машины с вертикально падающей завесой.

Защитный рельеф на плате формируется фотохимическим способом. Композицию наносят на печатную плату, покрывают лавсановой защитной пленкой толщиной 50-100 мкм и помещают в специальную кассету, обеспечивающую фиксацию и прижим фотошаблона (позитив на лавсановой основе) к защитной лавсановой пленке.

В качестве источника УФ-излучения используют ртутно-кварцевую лампу ДРТ-1000, расположенную на расстоянии 20 см от облучаемой поверхности. Мощность светового потока в рабочем диапазоне длин волн (320-400 нм) составляет 64 Вт/м².

После экспонирования незаполимеризованные участки на печатной плате, соответствующие контактным площадкам, очищают (проявляют) 1%-ным водным раствором соды комнатной температуры в течение 3-5 мин промывают дистиллированной водой, сушат сжатым воздухом (60^оС, 2 мин) и подвергают термической обработке при 130^оС в течение 1 ч, после чего плата готова к эксплуатации.

Адгезионная прочность защитной маски на основе описанной композиции к сплаву Sn-Pb составляет 2,06 МПа, сопротивление изоляции плат после воздействия влаги 3,4 ·10⁶ Ом, что соответствует требованиям, предъявляемым к защитным покрытиям печатных плат, но является нижним пределом допустимого значения сопротивления изоляции и не обеспечивает высокой надежности. Даже незначительные нарушения режима технологического процесса (недостаточная очистка печатных плат, колебания интенсивности светового потока УФ-излучателя, колебания температуры в термошкафу и др.) приводят к снижению адгезии защитного покрытия и как следствие к снижению сопротивления изоляции ниже допустимой величины.

Снижение адгезионной прочности наблюдается и в процессе старения фотополимерного материала, поэтому для обеспечения длительной работоспособности защитной маски в изделии требуется запас надежности ее по таким параметрам, как адгезионная прочность и сопротивление изоляции печатных плат.

П р и м е р 2 (заявляемая композиция), (табл. 1, композиция 4).

К 63,9 мас. олигоэфиракрилата МДФ-2 добавляют при перемешивании 20 мас. глицидилметакрилата, 10 мас. эпоксиакрилата ЭАС-655, 3 мас. винилтриэтоксисилана, 3 мас. 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона и 0,005 мас. пигмента зеленого фталоцианинового.

Вязкость полученной композиции составляет 20-25 сек по В3-4 при 20^оС.

Жидкую композицию на плату наносят валковым методом.

Технология формирования, проявления и термозадубливания защитной маски на основе вышеприведенной композиции та же, что и для прототипа.

Адгезия защитной маски к сплаву Sn-Pb 3,98 Мпа, сопротивление изоляции после воздействия влаги 8,3 ·10⁸ Ом.

Состав остальных образцов композиций, приготовленных аналогично описанному примеру, но отличающихся по количественному составу, приведены в табл. 1 (композиции 2, 3 5-22). При этом вязкость композиций меняется незначительно и не оказывает заметного влияния на процесс нанесения на плату и свойства защитной маски.

Свойства защитной маски, включая прототип, сведены в табл. 2.

Адгезионную прочность защитного покрытия к металлической поверхности определяли методом отрыва согласно ГОСТу 14-760-69, механическую прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве по ГОСТу 11262-80.

Сопротивление изоляции после воздействия влаги в течение 10 сут при 40^оС определяли с помощью тераомметра Е6-13А на покрытых защитной маской тест-платах, разработанных для аналогичных испытаний ЦНИТИ (г.Москва), а также на тест-платах, соответствующих международному стандарту.

Сопротивление изоляции, определяющее влагостойкость покрытия, непосредственно зависит от величины адгезии защитной маски к поверхности печатной платы. Чем хуже адгезия, тем меньше стойкость защитного покрытия к расслаивающему воздействию влаги, тем меньше величина сопротивления изоляции.

Анализируя результаты, приведенные в табл. 2, можно констатировать, что улучшенная адгезия защитной маски к сплаву Sn-Pb и, как следствие, более высокая ее влагостойкость, была достигнута при соотношении ингредиентов композиции 3-5, 9-10, 12-13, 16-17, 20-21.

При содержании в композиции глицидилметакрилата менее 10 мас. (композиция 2, табл. 1) и эпоксиакрилата менее 5 мас. (композиция 7) свойства защитной маски незначительно отличаются от прототипа. При содержании глицидилметакрилата более 30 мас. (композиция 6) наблюдается сильная растекаемость жидкой композиции, что затрудняет нанесение ее на плату.

Добавление в композицию эпоксиакрилата для поддержания вязкости на требуемом уровне выше 15 мас. (композиция 10) ухудшает растворимость композиции в 1%-ном водном растворе соды.

При содержании винилтриэтоксисилана более 4 мас. (композиция 14) после старения плат в течение 1000 ч при температуре 120^оС наблюдается растрескивание защитного покрытия, при содержании этого компонента менее 2% (композиция 11) ухудшается смачиваемость печатной платы жидкой композицией.

При содержании 2,2-диметокси-2-фенилацетофенона в композиции менее 1 мас. (композиция 15) и более 5 мас. (композиция 18) наблюдается снижение скорости фотополимеризации покрытия. Добавление в композицию красителя более 0,02 мас. (композиция 22) снижает скорость фотополимеризации покрытия, менее 0,005 (композиция 19) не обеспечивает требуемой контрастности платы.

Использование: в технологии изготовления печатных плат. Сущность изобретения: фотополимеризующаяся композиция. Компоненты, мас.%: глицидилметакрилат 10,0 - 30,0; эпоксиакрилат формулы 5,0 - 15,0; винилтриэтоксисилан 2,0 - 4,0; 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон 1,0 - 5,0; пигмент фталоцианиновый зеленый 0,005 - 0,02; α, ω метакрил-ди-(диэтиленгликоль) фталат - остальное. 2 табл.

ФОТОПОЛИМЕРИЗУЮЩАЯСЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ МАСОК ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, включающая α,ω -метакрил-ди-(диэтиленгликоль)фталат, винилтриэтоксисилан, фотоинициатор и краситель, отличающаяся тем, что, с целью повышения адгезии к оловянно-свинцовому покрытию печатных плат и повышения электрического сопротивления изоляции плат, в качестве фотоинициатора она содержит 2,2-диметокси-2-фенилацетофен, в качестве красителя - пигмент зеленый фталоцианиновый и дополнительно содержит глицидилметакрилат и эпоксиакрилат формулы


где n = 1 - 3;
m = 1 - 2,
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Глицидилметакрилат - 10,0 - 30,0
Эпоксиакрилат указанной формулы - 5,0 - 15,0
Винилтриэтоксисилан - 2,0 - 4,0
2,2-Диметокси-2-фенилацетофенон - 1,0 - 5,0
Пигмент зеленый фталоцианиновый - 0,005 - 0,02
α,ω -Метакрил-ди-(диэтиленгликоль)фталат - Остальное