СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ Российский патент 2004 года по МПК H05K3/06 H05K3/02 H05K3/46 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении печатных плат, применяемых при конструировании радиоэлектронной техники.

В настоящее время почти все схемы радиоаппаратуры изготавливаются в виде металлического рисунка на диэлектрической основе путем избирательного вытравливания отдельных участков медной фольги, приклеенной на основу диэлектрика. Участки фольги, которые не должны вытравливаться и которые образуют нужный электропроводящий рисунок радиотехнической схемы, защищаются от воздействия травильного раствора стойким к нему покрытием (резистом) [1]. После вытравливания и удаления слоя резиста с проводящих дорожек получают рисунок электропроводящей схемы.

Однако, как установлено экспериментально, к медным электропроводящим дорожкам из-за наличия на их поверхности оксида меди невозможно что-либо припаять свинцово-оловянным припоем с канифольным флюсом. Удаление оксида меди с поверхности медных дорожек травильными растворами приведет к разрушению дорожки.

Известен также способ изготовления печатных плат согласно ГОСТ 23770-79, по которому технологический процесс изготовления печатных плат выполняется по схеме:

- подготовка поверхности,

- сенсибилизация и активация,

- химическое меднение,

- гальваническое меднение (предварительное),

- гальваническое меднение (основное),

- гальваническое осаждение свинцово-оловянного сплава.

Полученные по такой схеме печатные платы хорошо паяются. Однако сам процесс их получения очень трудоемкий, дорогостоящий, экологически грязный, требующий утилизации гальванических отходов.

Гальванические покрытия являются пористыми. При этом в порах всегда присутствуют продукты гидролиза, водород в виде гидридов [2], [3], [4]. Наличие водорода и электролита ухудшает проводящие свойства печатных плат. Кроме того, возможно образование гальванических пар медь-сплав олово-свинец, что может привести к разрушению электропроводящих дорожек, возникновению перемычек между дорожками, а при эксплуатации при температуре ниже 0°С - к разрушению дорожек в результате замерзания находящейся в порах жидкости.

Большие трудности возникают при металлизации отверстий, соединяющих дорожки, расположенные на разных сторонах стеклотекстолитовой платы. Возникают трещины, сколы покрытия, которые обычным визуальным наблюдением нельзя обнаружить. Использование диэлектрика, например стеклотекстолита, в качестве платы также не всегда оправданно по следующим причинам:

1) возможно его старение во время эксплуатации (относится также к защитному лаку);

2) образование посветлений в стеклотекстолите - дефект подложки, проявляющийся в появлении белой сыпи;

3) возможно разрушение подложки при временных электрических нагрузках;

4) низкая теплопроводность;

5) расслоения в стеклотекстолите;

6) отслоение фольги от стеклотекстолита - возникает при термоударе в процессе оплавления покрытия олово-свинец или при пайке волной;

7) наличие разрыхления стенок и ворса в отверстиях;

8) невозможность получения многослойных печатных плат на одной основе даже в том случае, если вместо стеклотекстолита использовать металлическую пластину.

Гальваническим методом невозможно получить диэлектрический слой, затем на него нанести электропроводящий и снова повторить процесс. Большую трудность представляет никелирование изделий из алюминия и его сплавов. Экспериментально установлено, что никелевое покрытие имеет плохую адгезию с пленкой оксида алюминия. Для увеличения адгезии алюминиевые сплавы подвергаются цинкатной обработке, при этом образец помещают в цинкатный раствор, в котором происходит образование тонкого слоя контактно выделяющегося цинка. Введение дополнительной операции усложняет технологическую схему процесса, наблюдается наводораживание основы, что приводит в дальнейшем к отслаиванию покрытия.

В качестве прототипа выбран способ получения диэлектрического покрытия (оксида алюминия, кремния) путем термораспада металлоорганических соединений с высоким электросопротивлением [5]. Однако, как установлено экспериментально, из-за того, что термораспад МОС проводят в присутствии кислорода и при высокой температуре >450°С, резко уменьшается адгезия покрытия к основе. При термораспаде МОС алюминия, кремния, без добавок воздуха или кислорода оксидные пленки загрязняются углеродом, при этом резко уменьшается электросопротивление. Установлено, что максимальная толщина получаемых пленок, например оксида алюминия, достигает 2,5 мкм; пленки большей толщины растрескиваются. Полученные покрытия являются пористыми (поры сквозные и несквозные). Наличие сквозных пор не дает возможности получать многослойные печатные платы, так как при нанесении металлического покрытия на диэлектрик наблюдается металлизация сквозных пор вплоть до металлической основы. Задачей изобретения является удешевление, упрощение процесса, получение паяющихся беспористых проводников печатных плат без дополнительного нанесения гальванического медного и металлорезистивного свинцово-оловянного покрытий, одновременная металлизация поверхности и отверстий, уменьшение габаритов и веса, получение многослойных печатных плат.

Эта задача решается изготовлением печатных плат следующим образом: пластина (алюминиевая, магний-алюминиевая или любая другая металлическая пластина) с отверстиями покрывается с обеих сторон диэлектрическим оксидохромовым покрытием с удельным сопротивлением более 1·10⁹ Ом·см, толщиной 8-10 мкм. Затем на диэлектрическое покрытие наносят электропроводящее паяющееся никелевое или кобальтовое покрытие толщиной 15-30 мкм, при термораспаде дициклопентадиенильных и ацетилацетонатных комплексов этих металлов [6], [7]. Затем на поверхность металлического покрытия (никель, кобальт) наносят фоторезист СПФ-2-40 и после его экспонирования, проявления возникает печатный рисунок. Пробельные места вытравливают (там, где нет защиты фоторезиста) и удаляют фоторезист с проводящих дорожек. В процессе нанесения покрытий одновременно происходит металлизация отверстий и покрытие их стенок диэлектриком толщиной 8-10 мкм, а никелем и кобальтом - толщиной 15-30 мкм [7].

Нанесение оксидохромового покрытия проводится в среде мягкого окислителя (многоатомного спирта), поэтому не сопровождается окислением поверхности металлической подложки. При этом не наблюдается растрескивания покрытия толщиной более 2,5 мкм.

Способ позволяет получать также многослойные печатные платы с металлизированными отверстиями. Для этого процесс нанесения покрытий диэлектрического оксидохромового и металлического на поверхность электропроводящей пластины повторяют несколько раз. При этом получаются печатные платы с электропроводящими дорожками, не содержащими сквозных пор, не требующие дополнительной защиты резистивными сплавами и лаком. Наличие сквозных пор определяют по ГОСТ 9302-79 "Методы контроля пористости покрытий".

Осаждение оксидохромового покрытия (диэлектрического), электропроводящего металлического (никелевого или кобальтового) на плоскую пластину проводили на установке, описанной в работе [9].

Пример 1. Медную пластину толщиной 2 мм и площадью 120×100 мм² с технологическими отверстиями разного диаметра (10 мм, 5 мм, 1 мм) помещают в вакуумную камеру, из которой с помощью вакуумного насоса откачивают воздух до давления 1×10^-2 мм рт.ст., термостатируют, нагревая изделие до 400°С, затем на поверхность изделия подают парогазовую смесь, состоящую из следующих компонентов:

- хроморганическая жидкость "Бархос" 44%,

- этиленгликоль 50%,

- борная кислота 6% [9].

Время термораспада 10 минут, при этом на поверхности пластины образуется оксидохромовое покрытие толщиной 10 мкм, толщина покрытия на внутренней поверхности стенок отверстий 10 мкм. Удельное электросопротивление покрытия ρ=1×10⁹ Ом·см. Затем в этой же камере при температуре нагрева 180°С осаждают пленку никеля по способу [7].

Время термораспада 20 минут. Толщина никелевого покрытия на поверхности пластины составляет 30 мкм, а на внутренней поверхности отверстий 28 мкм.

Пример 2. Аналогичным образом проводят осаждение диэлектрического оксидохромового покрытия и электропроводящего кобальтового. Осаждение оксидохромового покрытия на алюминиевую пластину размерами 120×100 мм² толщиной 2,5 мм проводят на той же установке при температуре 420°С и остаточном давлении 1,5×10^-2 мм рт.ст. [9].

Условия осаждения

- исходное МОС хрома - бискумолхром,

- окислитель - глицерин и вода в соотношении 70:30 (%),

- температура испарения МОС хрома 250°С,

- время термораспада 15 минут.

При этих условиях на поверхности пластины образуется оксидохромовое покрытие черного цвета толщиной 15 мкм с удельным электросопротивлением ρ=10¹⁰ Ом·см.

Осаждение пленки кобальта проводили при температуре 250°С [8]. Время термораспада 25 минут, толщина кобальтового покрытия 25 мкм, на внутренней поверхности отверстий 20 мкм.

Пример 3. В той же камере осаждают оксидохромовое покрытие на титановую пластину тех же размеров. Условия термораспада описаны выше.

Исходные соединения - бисбензолхром и многоатомный спирт в присутствии воздуха в процентном соотношении от 75:25 до 80:20 и при содержании воздуха в окислительной смеси 10-15% об.

Время термораспада 20 минут. При этих условиях получают черные оксидохромовые покрытия с удельным сопротивлением ρ>109·10¹⁰ Ом·см. Никелевое покрытие получают при термораспаде β-кетоиминного комплекса никеля [10]. Температура термораспада 300°С, время термораспада 30 минут. При этих условиях получают никелевое покрытие толщиной 20 мкм. После нанесения паяющегося электропроводящего никелевого или кобальтового покрытия на пластины наносят фоторезист СПФ-2-40, и после его экспонирования и проявления возникает печатный рисунок. Пробельные места вытравливают, а затем удаляют фоторезист с электропроводящих дорожек. В процессе нанесения покрытий одновременно происходит металлизация всей поверхности пластины, а также отверстий сначала диэлектрическим оксидохромовым покрытием, а затем электропроводящим никелевым или кобальтовым.

Повторением вышеописанных операций получают многослойные печатные платы, причем чередование диэлектрического и электропроводящего покрытий происходит с обеих сторон пластины.

Установлено, что при толщине более 15 мкм оксидохромовое покрытие отслаивается внутри отверстия, а при толщинах менее 8 мкм покрытие становится пористым.

При толщине металлического покрытия (никелевого или кобальтового) более 25 мкм наблюдается его отслаивание, а при толщинах менее 8 мкм оно обладает высоким электросопротивлением.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федулова А.А., Котов Е.А., Явич Э.Р. Многослойные печатные платы. - М.: Сов. радио, 1977. С.248.

2. Реми Г. Курс неорганической химии: В 2 Т.- М.: Иностр. литер, 1963. T.1. С.20, Т.2. С.836.

3. Некрасов Б.В. Курс общей химии. - М.-Л.: Госхимиздат, 1960. С.974.

4. Михеева В.И. Гидриды переходных металлов. - М.: Изд-во АН СССР, 1960, с.212.

5. Яровой А.А., Ревзин Г.Е. Осаждение пленок Аl₂О₃ из ацетил-ацетоната алюминия и исследование их диэлектрических свойств. II Всесоюзное совещание по МОС для получения металлических и окисных покрытий: Тезисы докладов. г.Горький, 1977. С.89-90 (прототип).

6. Слушков А.М., Петров Б.И. Получение и свойства оксидохромовых покрытий. IV Всесоюзное совещание по применению МОС для получения неорганических покрытий и материалов: Тез. докл. Горький, 1983. С.75-76.

7. Каплин Ю.А. и др. Осаждение никелевых покрытий разложением дициклопентадиенилникеля водородом. Изв. ВУЗ. // Сер. Химия и хим. технология. 1977, Т. 20, №5, с.771.

8. Каплин Ю.А. и др. Осаждение кобальтовых покрытий разложением дициклопентадиенилкобальта водородом. Изв. ВУЗ // Сер. Химия и хим.технология, 1977, Т.20, №6, с.944-945.

9. Слушков А.М., Петров Б.И. и др. Нанесение износостойких карбидно-хромовых покрытий на детали инструментальной оснастки. I Украинская республиканская конференция “Газофазное получение новых функциональных материалов и пленок”. Тез.докл., Ужгород, 1989, с.39-40.

10. Титов В.А. и др. Содержание углерода и некоторые физико-химические свойства никелевых покрытий, получаемых пиролизом β-кетоиминного комплекса никеля. // Применение МОС для получения неорганических покрытий и материалов: Тезисы докладов V Всесоюзное совещание, Горький, 1987, с.180.

Изобретение относится к радиоэлектронике. Оно может быть использовано при изготовлении печатных плат, применяемых при конструировании радиоэлектронной техники. Технический результат - удешевление, упрощение процесса, одновременная металлизация поверхности и отверстий, уменьшение габаритов и веса. Достигается тем, что предлагаемый способ изготовления печатных плат состоит из последовательного нанесения на металлическую пластину и внутреннюю поверхность технологических отверстий диэлектрического оксидохромового с удельным электросопротивлением ρ≥1·10⁹ Ом·см и электропроводящего металлического паяющегося никелевого или кобальтового покрытия. Покрытие получают путем термораспада МОС хрома в присутствии добавок, повышающих электросопротивление оксидохромовых покрытий (борная кислота, ацетилацетонат алюминия и др.), а никелевое (кобальтовое) - при термораспаде дициклопентадиенильных и ацетилацетонатных комплексов. 3 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления печатных плат, состоящий из последовательного нанесения диэлектрического - оксидного и электропроводящего - металлического покрытий на термостойкую пластину, получение методом фотолитографии рисунка электропроводящей схемы, отличающийся тем, что в качестве диэлектрического оксидного применяют черное оксидохромовое покрытие толщиной не менее 8 мкм с удельным электросопротивлением ρ≥1·10⁹ Ом·см, а в качестве электропроводящего, металлического - никелевое или кобальтовое покрытие толщиной 15-25 мкм.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оксидохромовое покрытие черного цвета получают при термораспаде бис-ареновых соединений хрома, например хромоорганической жидкости “Бархос” в мягкой окислительной среде (многоатомный спирт) с добавками борной кислоты, ацетилацетоната алюминия, кислорода воздуха, а паяющееся никелевое или кобальтовое покрытие получают при термораспаде дициклопентадиенильных или ацетилацетонатных комплексов никеля или кобальта.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве термостойкой пластины используют металлические подложки, обладающие высокой теплопроводностью (титановые, медные, алюминиевые и др.).4. Способ по п.1, отличающийся тем, что повторением нанесения последовательно чередующихся диэлектрического оксидохромового, металлического покрытий на обе стороны металлической пластины, созданием электропроводящей схемы методом фотолитографии, получают многослойные печатные платы.