Технология многослойных печатных плат

При снижении сопротивления изоляции до 104 Ом МПП снима­ лись с испытаний.

Продолжительность испытаний до контрольного значения со­ противления изоляции составила для МПП со штриховыми ни­ тевидными повелениями 9 суток. МПП с подрастворенным верх­ ним слоем смолы — 15 суток, контрольных МПП (без ^дефектов материала основания) — 27 суток. Возможной причиной быстро­ го снижения сопротивления изоляции МПП с дефектами мате­ риала основания может быть то, что дефектные места являются дополнительными источниками загрязнений в процессе изготов­ ления МПП. При финишной отмывне загрязнения, захваченные в нитевидных повелениях, полностью не удаляются, что и при­ водит к более быстрому падению сопротивления изоляции.

Одним из факторов, влияющих на физико-химические харак­ теристики стеклотекстолита, является степень химических превра­ щений в связующем. Недостаточное сшивание и наличие в свя­ зующем низкомолекулярных веществ снижает теплоустойчивость и влагоустойчивость фольгировэнного стеклотекстолита, что при­ водит к образованию дефектов на материале основания ПП в процессе ее изготовления. Наиболее информативным параметром структурного состояния связующего оказался тангенс угла ди­ электрических потерь. Методика контроля состояния связующего фольгированного стеклотекстолита и выявления скрытых дефек­ тов полимеризации сводится к следующим операциям: изготов­ ление из фольгированного стеклотекстолита образцов для изме­

зависимости tg б исследуемой партии и анализ полученных зна­ чений tg 6 .

Методика была применена для контроля 15 партий фольги­

при частоте 1000 Гц и напряжении 2,5 В. Результаты электри­ ческих испытаний сопоставлялись с результатами химического анализа по определению количества экстрагируемого вещества в связующем. Анализ проводился методом экстракции в течение 48 ч в ацетоне. Химическим анализом было подтверждено, что одна из партий фольгированного стеклотекстолита содержит наи­ большее количество экстрагируемых, а следовательно, и низко­

МПП, после оплавления на них появились штриховые нитевид­ ные побеления. На пробных МПП, изготовленных из остальных партий стеклотекстолита, таких дефектов не наблюдалось. Кон­ троль температурной зависимости tg б при изготовлении фоль­ гированного стеклотекстолита будет способствовать повышению его качества. Целесообразно ввести требования по температурной зависимости tg 6 при частоте 1000 Гц в технические условия на фольгированные стеклотекстолиты.

В отечественной промышленности широко используются хими­ ческие и механические способы подготовки, а также их соче­

торое иногда наносится на поверхность фольги. Механическая •подготовка выполняется следующим образом: заготовки обраба­ тываются смесью маршаллита с полировальной известью, про­ мываются теплой, затем холодной водой, декапируются, вновь промываются и высушиваются. Химическая подготовка осущест­ вляется обезжириванием в горячем щелочном растворе стандарт­ ного состава (сода, тринатрийфосфат, ПАВ), декапированием, подтравливанием в растворе хромового ангидрида или персуль­ фата аммония. После каждой операции необходима тщательная промывка. Статистическая проверка показывает, что при функ­ циональном контроле ПП в производственных условиях 70% от­ клонений от нормы вызваны неудовлетворительным промыванием готовых плат. Подготовка поверхности фольги перед нанесением СПФ имеет свои специфические особенности. Оптимальная адге­ зия СПФ к заготовке ПП, в первую очередь, обусловливается степенью чистоты поверхности и зависит от качества удаления с поверхности влаги, окислов металлов, водо- и маслораствори­ мых примесей и других загрязнений. Поскольку толщина гальва­ нической затяжки в отверстиях и на поверхности заготовок со­ ставляет 5 ...7 мкм, процесс подготовки должен исключать воз­ можные нарушения контакта меди между отверстиями и поверх­ ностью .платы. В отечественной практике отработан метод очист­ ки поверхности фольгированных заготовок специальным очисти­ телем (т/л):

Химический способ обеспечивает сцепление фоторезиста с фольгой заготовки не более 1800 кПа. Такое низкое значение сцепления объясняется тем, что в процессе химической подготовки поверхности образуются трудноудаляемые пассивные пленки.

Механическая подготовка поверхности проводится на зачистных машинах типа «Реско-635», «Билко» и др. Значение сцепле­ ния фоторезиста с подложкой достигает 3300 ... 3800 кПа.

Качество подготовки поверхности определяется не только зна­ чением сцепления, но и формой микрошероховатости поверхно­ сти, поэтому для прецизионных МПП отработан способ подго­

товки поверхности в пемзо-водной суспензии (pH раствора — 2,4) состава:

промывки в проточной холодной воде;

удаления шлама в растворе серной кислоты H2SO4 (пл. 1,84)

28... 30 г/л; промывки в проточной холодной воде;

удаления окислов с поверхности меди.

Замену раствора персульфата аммония рекомендуется произво­ дить после обработки в 1 л раствора 2 м2 поверхности заготовок. На предприятиях, не оснащенных установками гидроабразивной зачистки, иногда для обработки фольгированных заготовок перед

Далее без промывки производятся операции: активации в сов­ мещенном растворе, а затем — промывки в 1 0 %-ном растворе со­ ляной кислоты, после этого заготовки промываются в двух ван­ нах-сборниках и проточной холодной водой и подвергаются хими­ ческому меднению. При обработке,заготовок в этом растворе обес­ печивается более прочное сцепление химически осажденной меди с фольгой, не требуется последующая механическая зачистка для удаления этой химической меди. Иногда все же необходимо слег­ ка зачистить поверхность для удаления отдельных узловатых об­ разований химически осажденной меди с поверхности фольги (см. гл. 1 0 ).

Подготовка слоев перед прессованием. Черное оксидирование медных поверхностей используется при изготовлении МПП в тех случаях, когда хотят добиться особенно хороших адгезионных свойств и прочности сцепления. Метод чернения меди сильными щелочными растворами уже известен более десяти лет. Различные методы обработки поверхности меди дают следующие показатели прочности сцепления:

что ведет к слишком большим потерям тепла, велико испарение и окисление раствора, сокращается срок службы его.

Использование в конструкциях МПП слоев «земля — питание» в виде массивов фольги приводит к необходимости специальной

концентрированной серной кислоте происходит разрушение связей в поверхностном слое диэлектрика с присоединением к разрушен­ ным связям других ионов или групп, например гидроксильных, сульфогрупп, легко замещающихся по ионообменной реакции по­ следовательно другими группами и благородным металлом. Про­ цессы, протекающие при химической обработке диэлектрика, опи­ сываются реакциями:

Наряду с этим возможно присоединение серной кислоты:

Обычно после химического травления диэлектрика произво­ дится промывка, нейтрализация и повторная промывка. После уда­ ления смолы обнажается стекловолокно и плавиковая кислота вступает в реакцию со стекловолокном. Пузырьки образующегося фторида кремния способствуют перемешиванию раствора, интен­

В [9] описаны результаты опытов по подтравливанию диэлект­ риков. Опыты проводили на специально созданной установке для травления диэлектрика при вибрации 100 Гц и амплитуде 1 мм. Подтравливание оценивали с помощью микроскопа МИМ-8 на шлифах измерением отклонения контура диэлектрика от верти­ кальной линии, условно проведенной через торцы фольги.

При правильном соотношении содержания кислот скорости разрушения стекла и смолы одинаковы, что гарантирует получе­ ние втулки с ровными стенками. Концентрированные травители позволяют быстрее вести процесс при более низких температу­ рах. При увеличении времени травления может произойти перетравливание диэлектрика в отверстиях, что явится причиной ко­ ротких замыканий между проводниками внутренних слоев. При

Металлографический анализ шлифов показал удовлетворитель­ ную воспроизводимость результатов подтравливания: средняя глу­

происходит более полное образование фторсульфоновой кислоты, которая оказывает сильное действие на диэлектрик. До проведе-

ния этой операции на партии плат необходимо предварительное подтравливание отверстий МПП на тест-купоне, отрезанном от

МПП.

Качество подтравливания зависит также от режимов сверле­ ния и инструмента: неправильно подобранные режимы и инстру­ мент вызывают деформацию внутренних медных слоев, ведут к образованию «эффекта гвоздя», головка которого маскирует ди­ электрик, препятствуя проникновению к нему травителя и затруд­ няя подтравливание. Сверление твердосплавным инструментом и подбор соответствующих режимов сверления обеспечивают качест­ венное подтравливание.

Растворы, проникающие в поры и микротрещины, затрудняют последующую металлизацию и могут быть причиной брака. Нейт­ рализация и промывка плат снижает активность травильного раст­ вора, способствует удалению его из' отверстий. Для нейтрализации используют растворы едких щелочей, из которых выбран едкий ка­ лий благодаря лучшей растворимости в воде калиевых соединений. Применяют также 1 0 %-ный раствор углекислого натрия. Для удаления солей, образующихся в результате нейтрализации, платы промываются горячей и холодной водой.

В процессе эксплуатации необходимо контролировать концент­ рацию смеси кислот. В 1 л раствора можно обрабатывать в сред­

необходимости корректировки раствора. Возможно лишь двукрат­ ное корректирование, после чего раствор должен быть заменен. Поверхность диэлектрика должна быть без остатков продуктов травления. Кольцевые выступы контактных площадок должны быть очищены от смолы. При необходимости повторяется гидроаб­ разивная очистка отверстий. Если стенки отверстий недостаточно чистые, то производится промывка отверстий с помощью ультра­ звуковых колебаний. Промывка производится дистиллированной или деионизированной водой. Емкости с кислотами следует дер­ жать закрытыми, так как концентрированная серная кислота лег­ ко поглощает влагу из воздуха, не допускать перегрева смеси в процессе работы, ибо плавиковая кислота весьма летуча.

Отечественная полуавтоматическая установка состоит из двух ванн: травления и промывки. Платы загружаются в кассеты. Рас­ положение плат в установке вертикальное. На многих предприя­ тиях для подтравливания диэлектрика используется линия А-153. Это ряд ванн, установленных на эстакаде. Транспортирование кассет с платами осуществляет манипулятор, работающий в ав­ томатическом режиме. Линия оснащена механизмом покачивания кассет с платами. Основные технические данные А-153:

В последнее время появился новый способ активации водно­ солевых растворов [10]. Униполярное электрохимическое воздей­ ствие на растворитель в зоне одного из поляризованных электро­ дов электрохимической системы помимо химических преобразова­ ний в жидкости способствует изменению уровня ее возбуждения (активации) при увеличении поляризации электрода. Нестабиль­ ное состояние жидкостей водно-технологических растворов после униполярного электрохимического воздействия обусловлено нали­ чием различных химических и физических долгоживущих состо­ яний (высокоокисленных или высоковосстановленных форм ве­ ществ, свободных радикалов, структурных флуктуаций раствори­ теля и др.). Приведены конкретные примеры использования элек­ трохимической активации в технологической воде для уменьше­ ния накипи на стенках котлов, в растворах обезжиривания, что позволило исключить ПАВ из состава растворов обезжиривания и уменьшить количество щелочи с 40 до 10 г/л, а также в раст­ ворах травления (ускорение процесса травления), электролитах никелирования (увеличение рассеивающей способности) и др.

4.3.ПЛАЗМЕННОЕ ТРАВЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИКА

Всвязи с тем, что для подтравливания используются агрес­ сивные растворы (смесь горячих концентрированных кислот), тре­

бующие постоянного контроля и последующей нейтрализации об­ работанных заготовок и самих растворов, за рубежом был пред­ ложен сухой способ плазменного травления. Он обеспечивает хорошую адгезию, короткий цикл обработки и отсутствие побоч­ ных эффектов.

В качестве реагента используется низкотемпературная плазма

подогрев Плат до 50... 70° С. Плазма превращает эпоксидную смо­ лу в летучее вещество, легко удаляемое из отверстий. Никаких промывок^ и сушек в плазменном методе не требуется. Этот про­ цесс сухой и полностью автоматизирован. При обработке каждая МПП помещается в пространство между двумя параллельно рас­ положенными алюминиевыми пластинами-электродами. Электроды имеют отверстия, совпадающие с отверстиями в МПП.

Пакет из МПП и двух электродов располагается в камере, ко­ торая герметизируется и наполняется смесью кислорода и фрео­ на. На электроды подается высокое напряжение с частотой 15 МГц от генератора мощностью в несколько киловатт, при этом между