Способ изготовления двусторонних печатных плат

 

Использование: изобретение относится к радиотехнике, в частности к изготовлению печатных плат радиотехнических и электронных устройств, и может быть использовано для изготовления печатных плат со сквозными отверстиями как с односторонней, так и с двусторонней металлизацией. Сущность изобретения: способ включает механическую обработку пластин из нефольгированного стеклотекстолита, химическую обработку (травление и модифицирование) в кислотных растворах, содержащих оксид хрома (YI), вакуумное напыление алгезионного подслоя металла из группы: хром, никель или ванадий, нанесение проводящего медного слоя и формирование рисунка схемы в проводящем и адгезионном слоях. 1 табл.

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к изготовлению печатных плат (ПП) радиотехнических и электронных устройств, и может быть использовано для изготовления заготовок ПП как с односторонней, так и с двухсторонней металлизацией.

Известные в настоящее время способы получения заготовок двухсторонних металлизированных ПП со сквозным отверстиями заключаются либо в дополнительной активации и меднении отверстий, просверленных в фольгированной с обеих сторон пластине-основе, либо в активировании и меднении всей поверхности пластин, включая отверстия.

Известен способ нанесения медного покрытия на неэлектропроводящие поверхности сквозных отверстий в двухсторонней фольгированной печатной плате путем каталитической активации поверхности отверстий раствором, содержащим Pd и Sn, с последующим электрохимическим меднением (Патент США N 4671968, 1987).

Известен также способ обработки поверхности нефольгированных диэлектрических подложек Pd-Sn-катализатором (Патент ЕПВ N 0328944, 1989). Для фольгированных подложек известен способ обработки поверхности соединениями церия (IV) после предварительного удаления напрессованной медной фольги (Патент США N 4781788, 1988).

Недостатками перечисленных способов, несмотря на их технологическую простоту, является высокая стоимость за счет использования активаторов из драгоценных металлов, а также недостаточно высокая адгезия химически осажденных слоев меди к поверхности полимерной матрицы. В случае использования фольгированных подложек существенным недостатком является большое количество отходов, связанное с травлением или механическим удалением фольги.

Сокращения количества отходов достигают путем использования для формирования токопроводящего рисунка метода вакуумного испарения или напыления меди (Патент США N 4622106, 1986), однако это не решает проблему адгезии медного слоя к полимерной матрице.

С целью повышения адгезии, помимо активности, на поверхность наносят адгезионный подслой металла. Так, известен способ двухсторонних ПП со сквозными отверстиями (патент ФРГ N 3800682, 1989), заключающийся в следующем: после механической обработки (резки, сверления, механической очистки) пластины химическим или механическим методом освобождают от медной фольги, активируют, сенсибилизируют, наносят химическим методом адгезионный подслой Ni, Со, Mn или смесь Ni-Fe, Ni-Сo толщиной 0,05-2,0 мкм; металлизируют, нанося методом химического осаждения слой Сu толщиной 0,5-5,0 мкм с последующим травлением для формирования рисунка.

Недостатками данного способа являются высокая стоимость процесса, вызванная использованием в качестве активаторов драгоценных металлов, а также многостадийность, включающая большое число операций по химической обработке, что приводит к значительному количеству отходов, требующих утилизации.

Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является способ изготовления двухсторонних печатных плат со сквозными отверстиями [1] заключающийся в следующем: механической обработке заготовок (резке, сверлении отверстий, механической очистке); химической обработке (очистке) подложек в кислотном растворе; вакуумном осаждении адгезионного подслоя никеля, получающегося разложением тетракарбонила никеля при температуре подложки 130-180^оС; формировании проводящего медного слоя вакуумным испарением меди. Остальные операции процесса аналогичны стандартным.

Недостатками данного способа являются недостаточно высокая адгезия металлических слоев к подложке, требующая дополнительной очистки заготовок ПП в низкотемпературной плазме, что довольно дорого; использование растворов, содержащих плавиковую кислоту, что требует дорогостоящего оборудования со специальным покрытием.

Сущность заявляемого способа заключается в том, что в известном способе изготовления заготовок двухсторонних печатных плат, включающем формирование отверстий в диэлектрической подложке из стеклотекстолита, химическую обработку подложки в кислотном растворе, напыление адгезионного подслоя металла, выбранного из группы: хром, никель или ванадий, нанесение проводящего медного слоя и формирование рисунка схемы в проводящем и адгезионном слоях, при химической обработке поверхности подложки в качестве кислоты используют серную и дополнительно вводят в раствор оксид хрома (VI) при следующих соотношениях компонентов: cерная кислота ≈10-40 об. оксид хрома (VI) 400 г/л; вода остальное, причем обработку проводят при температуре 20-60^оС в течение 1-5 мин, а толщина адгезионного подслоя составляет 0,1-0,5 мкм.

Проведенный анализ на соответствие заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" позволил выявить, что известен процесс химической обработки материала на основе эпоксидного связующего травящим раствором оксида хрома (VI) при концентрации CrO₃ 200-700 г/л без добавления серной кислоты в течение 2-20 мин при температуре 50-70^оС (заявка Японии N 63-206478, 1988). В этом случае обработка осуществлялась только с целью травления, т.е. увеличения шероховатости поверхности.

Существенным отличием предлагаемого способа от известных является совмещение в нем процессов травления поверхностного слоя эпоксидного связующего с модифицированием стекловолокнистой основы материала оксидом хрома, что не известно из уровня техники. В качестве травяще-модифицирующего агента был выбран оксид VI-валентного хрома, обладающий, с одной стороны, высокой окислительной способностью, а с другой хорошей хемосорбцией на поверхности стекловолокна: O + CrO₃ OCr Серная кислота в данном случае выступает в качестве водопоглощающего агента.

В качестве адгезионного подслоя выбраны металлические хром, никель и ванадий, обладающие высокой химической активностью и твердостью, что обеспечивает, во-первых, прочную химическую связь их как с модифицированной подложкой, так и с осаждаемым слоем меди, т.е. высокую адгезию металлического покрытия, а во-вторых, высокую когезию (внутреннюю прочность) токопроводящих элементов ПП.

Использование вакуумных методов нанесения пленок (термическое и магнетронное испарение) было обусловлено тем, что по сравнению с химическими (электрохимическим) они являются чистыми и безотходными. Заявленные параметры процесса являются существенными, так как при выходе за их пределы эффект либо не достигается, либо достигается с излишними затратами.

При концентрации H₂SO₄ 10 об. происходит сильное растравливание поверхности окислителем (CrO₃) при недостаточном модифицировании, что ухудшает адгезионные характеристики. При концентрации H₂SO₄ 40 об. происходит деструкция матрицы, что ухудшает ее физико-механические характеристики.

Поскольку скорость процесса травления и модифицирования прямо пропорциональна концентрации оксида хрома (VI), целесообразно использовать его максимальную концентрацию, близкую к насыщенной, что в данных условиях составляет 400 г/л. Это также увеличивает буферную емкость раствора, т.е. возможность обработки большей поверхности пластин в единицу объема раствора.

Использование температур ниже комнатной (20^оС) нецелесообразно вследствие замедления процесса и необходимости охлаждения растворов, а при температурах выше 60^оС наблюдается заметное термическое разложение CrO₃ и вследствие этого потеря активности раствора.

Выбор времени обусловлен использованием той или иной температуры: при более высокой температуре требуется меньшее время для травления и модифицирования и наоборот.

При толщине наносимого металлического хрома, никеля или ванадия менее 0,1 мкм не обеспечивается сплошность адгезионного подслоя, что осложняет процесс последующего меднения, а использование более толстых слоев (более 0,5 мкм), не приводя к увеличению эффекта, связано с излишним расходованием материала.

Сущность предлагаемого технического решения подтверждается следующими примерами.

П р и м е р 1. Пластины нефольгированного стеклотекстолита марок СТЭф-2ЛК или СТЭК (предварительно разрезанные, с просверленными сквозными отверстиями) помещают в травяще-модифицирующий раствор серной кислоты (концентрация H₂SO₄ 10 об. СrO₃ 400 г/л) и выдерживают в течение 5 мин при температуре 20^оС. Затем промывают водой и высушивают в токе теплого воздуха.

Помещают пластины в вакуумную камеру и магнетронным распылением наносят слой металлического ванадия толщиной 0,1 мкм. Затем методом электрохимического осаждения наносят слой меди толщиной 30 мкм. Адгезионные характеристики металлизированных заготовок приведены в таблице.

П р и м е р 2. Заготовки ПП из стеклотекстолита марки СТЭФ-2ЛК подготавливают и обрабатывают аналогично примеру 1 при следующих условиях: концентрация H₂SO₄ 40 об. концентрация CrO₃ 400 г/л, τ 1 мин, t 60^оС. Затем наносят вакуумным термическим испарением слой никеля толщиной 0,5 мкм и, аналогично примеру 1, слой меди толщиной 20 мкм.

П р и м е р 3. Аналогичен примеру 1. Используются заготовки стеклотекстолита марки СТЭК, химико-термическую обработку которых осуществляют при следующих условиях: концентрация H₂SO₄ 25 об. концентрация CrO₃ 400 г/л, τ= 3 мин, t 50^оС. На поверхность обработанных пластин магнетронным распылением в вакууме наносят слой хрома толщиной 0,2 мкм, а затем электрохимически осаждают слой меди толщиной 50 мкм.

П р и м е р 4. Аналогичен примеру 3, но отличается тем, что адгезионный подслой хрома толщиной 0,3 мкм наносят термическим распылением металла в вакууме.

П р и м е р 5. Для сравнения металлизацию заготовок ПП осуществляли по прототипу, нанося адгезионный подслой никеля толщиной 0,5 мкм, получающийся разложением в вакууме тетракарбонила никеля при температуре подложки 180^оС, а затем слой меди толщиной 20 мкм (аналогично примеру 2).

Результаты испытаний образцов, полученных по примерам 1-5, приведены в таблице.

Анализ результатов испытаний показывает, что величина адгезии металлического покрытия по предлагаемому способу на порядок превышает аналогичную величину для покрытия, полученного по прототипу (см. примеры 2 и 5).

Предлагаемое решение является промышленно применимым, так как позволяет лишь незначительно модернизировать существующую технологию производства печатных плат. Для его реализации требуется серийно выпускаемое оборудование и стеклотекстолит промышленных марок СТЭК и СТЭФ-2ЛК. Таким образом, предлагаемое изобретение можно использовать при производстве печатных плат.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДВУСТОРОННИХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ, включающий формирование отверстий в диэлектрической подложке из стеклотекстолита, химическую доработку подложки в кислотном растворе, напыление адгезионного подслоя металла, выбранного из группы: хром, никель, ванадий, нанесение проводящего слоя и формирование рисунка схемы в проводящем и адгезионном слоях, отличающийся тем, что при обработке подложки в кислотном растворе в качестве кислоты используют серную кислоту и дополнительно в него вводят оксид хрома (VI) при следующих соотношениях компонентов, г/л: Серная кислота 19,3 77,2 Оксид хрома 400 Вода Остальное причем обработку проводят при 20 60^oС в течение 1 5 мин, а толщина адгезионного подслоя 0,1 0,5 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1