СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИБКИХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ Российский патент 2006 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении гибких 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 (фоторезистом) [1]. После вытравливания и удаления слоя фоторезиста с проводящих дорожек получают рисунок электропроводящей схемы. Однако все печатные платы на стеклотекстолите не обладают гибкостью и ломаются при изгибе.

Известен способ изготовления гибких плат на фторопластовых подложках [2]. Согласно этому методу металлическое покрытие на фторопластовой подложке получают методом плазмохимического осаждения β-кетоиминных комплексов меди и никеля, а затем гальванически наносят слой металлизации. Полученные таким образом образцы гибких печатных плат прошли ряд климатических испытаний и были проверены на устойчивость к многократной пайке. Данный способ имеет ряд недостатков:

1. Низкая адгезия покрытий (при толщине 50 мкм медное покрытие имеет адгезию 0,7 кг/см²);

2. Длительный процесс нанесения покрытий, состоящий из двух этапов - нанесение тонкого проводящего слоя с последующим наращиванием проводящего покрытия гальванически;

3. Низкая температура плавления фторопласта, ограничивающая перечень металлоорганических соединений, которые могут быть использованы для нанесения электропроводящих покрытий;

4. Недостатки гальванических покрытий - наличие пор, заполненных водой, солями, воздухом.

В качестве прототипа выбран способ получения печатных плат на металлической основе [3], состоящий из последовательного нанесения на металлическую пластину и внутреннюю поверхность технологических и переходных отверстий диэлектрического оксидохромового и электропроводящего металлического никелевого покрытия. Экспериментально установлено, что сама основа является гибкой, однако при ее сгибании наблюдается отслоение и разрушение металлического никелевого, кобальтового покрытия, образующего электрическую схему, после чего печатные платы использовать нельзя. Электропроводящие дорожки на печатных платах, полученных таким методом, покрыты защитным слоем металлорезиста только сверху, а боковые стороны оказываются незащищенными и могут быть подвержены коррозии.

Задачей изобретения является получение гибких печатных плат на полимерной основе с хорошо паяющейся электропроводящей схемой, устойчивой к окислению, а также упрощение и удешевление технологического процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления печатных плат, состоящем из последовательного нанесения покрытий методом термораспада металлоорганических соединений на металлическую пластину, получения методом фотолитографии рисунка электропроводящей схемы, первым слоем наносят алюминиевое покрытие толщиной 20-25 мкм, затем металлорезистивное никелевое или кобальтовое покрытие толщиной 4-5 мкм и электропроводящее медное или молибденовое покрытие толщиной 20-30 мкм, а полученный методом фотолитографии рисунок электропроводящей схемы покрывают тонким слоем полимера толщиной 80-100 мкм, после чего растворяют алюминиевый слой и отделяют полимерную пленку с электропроводящей схемой и металлорезестивным покрытием от металлической пластины.

Способ осуществляется следующим образом. На металлическую пластину наносят алюминиевое покрытие толщиной 20-25 мкм. Покрытие получают при термораспаде триизобутилалюминия в вакуумной камере. Время термораспада 30 минут, давление 1·10^-2 мм рт.ст., температура термораспада 400°С. После нанесения алюминиевого покрытия в этой же камере проводят осаждение никелевого или кобальтового покрытия толщиной 4-5 мкм. Термораспад проводят в потоке водорода при остаточном давлении 1·10^-1 мм рт.ст. по способу [4, 5]. Время термораспада 10 минут. На металлорезестивное покрытие наносят электропроводящее медное толщиной 20-30 мкм при термораспаде ацетилацетоната меди при температуре 400°С в среде водорода или в среде многоатомного спирта [6]. Время термораспада 30 минут, остаточное давление в камере 1·10^-1 мм рт.ст. В качестве электропроводящего покрытия можно использовать молибденовое, которое получают методом термораспада карбонила молибдена по методу [7]. Затем методом фотолитографии получают рисунок электропроводящей схемы, после чего пластину со стороны электропроводящей схемы покрывают тонким слоем полимера и выдерживают в течение 30 минут при температуре 200°С. Металлическую пластину с алюминиевым покрытием электропроводящей схемы и полимерной пленкой помещают в 10-15% раствор щелочи. В течение 25-30 минут происходит растворение алюминиевой пленки и отслоение металлической пластины. При этом образуется гибкая печатная плата, представляющая собой электропроводящую схему на полимерной пленке.

Для получения двухсторонних гибких плат после получения методом фотолитографии рисунка электропроводящей схемы берут две платы и соединяют между собой слоем полимера толщиной 80-100 мкм со стороны электропроводящей схемы, после чего растворяют алюминиевые слои и отделяют металлические пластины.

Пример 1. Стальную пластину площадью 100×100 мм² помещают в вакуумную камеру. Камеру вакуумируют до остаточного давления 1·10^-2 мм рт.ст., а затем нагревают до 400°С и подают пары триизобутиламмония. Время термораспада 20-30 минут. При этом на поверхности пластины образуется алюминиевое покрытие толщиной 20 мкм. После нанесения алюминиевого покрытия наносят сначала никелевое покрытие толщиной 4 мкм по способу [4], а затем медное толщиной 20 мкм по способу [6]. После нанесения покрытий пластину остужают и вынимают из камеры металлизации, а затем методом фотолитографии получают рисунок электропроводящей схемы. Пластину переносят в форму, заливают полиимидом и выдерживают 30 минут при температуре 200°С. Толщина пленки полиимида 80 мкм. После вытравливания алюминиевого покрытия образуется гибкая печатная плата с медной проводящей схемой и никелевым металлорезестивным покрытием.

Пример 2. Стальную пластину площадью 100×120 мм² помещают в вакуумную камеру с остаточным давлением 1·10^-2 мм рт.ст., нагревают до 400°С и подают в зону металлизации пары триизобутиламмония. Время термораспада 25-30 минут. При этом на поверхности пластины образуется алюминиевое покрытие толщиной 22 мкм. Затем в этой же камере на алюминиевое покрытие наносят кобальтовое толщиной 5 мкм [5] и медное толщиной 30 мкм аналогично по способу [6]. После нанесения медного покрытия пластину охлаждают, вынимают из камеры металлизации, методом фотолитографии получают рисунок электропроводящей схемы. Затем со стороны медного покрытия на пластину наносят "Эластосил 137-180" марки Б толщиной 100 мкм при температуре 25°С. Время полимеризации 120 часов. После вытравливания алюминиевого подслоя и отделения металлической пластины получают гибкую одностороннюю печатную плату с медной электропроводящей схемой, защищенной с поверхности хорошо паяющейся кобальтовой пленкой, а с боковой поверхности дорожки защищена полимером.

Пример 3. Стальную пластину площадью 60×80 мм² покрывают последовательно алюминием толщиной 25 мм и никелем толщиной 5 мкм по способу [4]. Затем в этой же установке на никелевое покрытие путем термораспада карбонила молибдена наносят молибденовое покрытие толщиной 30 мкм [7]. Затем пластину охлаждают, вынимают из камеры металлизации и получают электропроводящий рисунок. На него наносят полимерное покрытие из компаунда "СИЛЭК-1" марки А толщиной 90 мкм при температуре 25°С. Время полимеризации 48 часов. После растворения алюминиевого покрытия образуется гибкая печатная плата с молибденовой электропроводящей схемой.

Нанесение паяющегося металлорезистивного никелевого или кобальтового покрытия более 5 мкм не целесообразно, так как при этой толщине оно уже хорошо паяется и хорошо защищает электропроводящее металлическое покрытие от окисления. Если толщина металлорезистивного покрытия менее 4 мкм, оно пористое и не сплошное, поэтому не защищает электропроводящее покрытие от коррозии.

Экспериментально установлено, что при толщине медного покрытия менее 20 мкм образуется пористое покрытие, а при толщине выше З0 мкм начинается его отслаивание от полимерной основы при изгибе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федулова А.А., Котова Е.А., Явич Э.Р. Многослойные печатные платы М.: Сов. Радио, 1977. С.248.

2. Додонов В.А., Захаров В.Р., Ростова ГС., Титов В.А., Бусыгина О.А.. Металлизация фторопласта с использованием осаждения в плазме ВЧ-разряда покрытий из β-кетоиминных комплексов меди и никеля. VI Всесоюзное совещание по применению МОС для получения неорганических покрытий и материалов: Тезисы докладов. г.Горький, 1991, с.137.

3. Патент №2231939. Способ изготовления печатных плат. Бюллетень №18, 2004 г. (прототип).

4. Каплин Ю.А. и др. Осаждение никелевых покрытий разложением дициклопентадиенилникеля водородом. Изд. ВУЗ. //сер. Химия и хим. технология. 1977. Т.20. №5. С.771.

5. Каплин Ю.А. и др. Осаждение кобальтовых покрытий разложением дициклопентадиенилкобальта водородом. Изд. ВУЗ. //сер. Химия и хим. технология. 1977. Т.20. №6. С.944-945.

6. A.M.Слушков Осаждение пленок меди, никеля и кобальта при термораспаде ацетилацетонатов этих металлов. III Всесоюзное совещание по применению МОС для получения металлических и оксидных покрытий: Тезисы докладов. г.Горький, 1980. С.126.

7. Сыркин В.Г. Карбонилы металлов. Изд. «Металлургия», 1978. С.183-187.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при изготовлении гибких печатных плат, применяемых при изготовлении радиоэлектронной техники. Техническим результатом является повышение надежности плат, упрощение и удешевление технологического процесса. Способ состоит из последовательного нанесения на металлическую пластину методом термораспада алюминиевого покрытия толщиной 20-25 мкм, металлорезистивного никелевого или кобальтового покрытия толщиной 4-5 мкм и электропроводящего медного или молибденового покрытия толщиной 20-30 мкм. Затем путем фотолитографии получают рисунок схемы и покрывают его тонким слоем полимера толщиной 80-100 мкм, после чего отделяют полимерную пленку с электропроводящей схемой и металлорезистивным покрытием путем растворения алюминиевого слоя. Для получения двухсторонних гибких плат после получения методом фотолитографии рисунка электропроводящей схемы берут две платы и соединяют между собой слоем полимера со стороны электропроводящей схемы, после чего растворяют алюминиевые слои и отделяют металлические пластины. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ изготовления гибких печатных плат, состоящий из последовательного нанесения покрытий методом термораспада металлоорганических соединений на металлическую пластину, получения путем фотолитографии рисунка электропроводящей схемы, отличающийся тем, что первым слоем наносят алюминиевое покрытие толщиной 20÷25 мкм, затем металлорезистивное никелевое или кобальтовое покрытие толщиной 4÷5 мкм и электропроводящее медное или молибденовое толщиной 20÷30 мкм, а полученный фотолитографией рисунок электропроводящей схемы покрывают тонким слоем полимера толщиной 80÷100 мкм, после чего растворяют алюминиевый слой и отделяют полимерную пленку с электропроводящей схемой и металлорезистивным покрытием от металлической пластины.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после получения методом фотолитографии рисунка электропроводящей схемы берут две платы и соединяют между собой слоем полимера толщиной 80÷100 мкм со стороны электропроводящей схемы, после чего растворяют алюминиевые слои, отделяют металлические пластины и получают двухстороннюю гибкую плату.