Способ электрохимической металлизации отверстий печатных плат

 

Изобретение относится к технологии изготовления печатных плат и может быть использовано в производстве электро- и радиоаппаратуры. Сущность изобретения: при металлизации отверстий печатных плат проводят активирование фольгированного диэлектрического основания с отверстиями в растворе на основе гипофосфита меди, термообработку активированных заготовок при T = 100 - 135^oC в течение 7 - 15 мин, промывку и гальваническое наращивание слоя металла. В раствор для активирования дополнительно вводят гипофосфит кальция до пересыщения раствора и водный раствор 23%-ного 1,4 бутандиола в пределах 0,22 - 0,37 мл на один грамм меди в растворе, затем после термической обработки проводят оплавление токопроводящего слоя при T = 140 - 170^oC в течение 4 - 8 мин. 2 табл.

Изобретение относится к технологии изготовления печатных плат и может быть использовано в производстве электро- и радиоаппаратуры.

Известен способ металлизации отверстий печатных плат, включающий сенсибилизацию и активацию поверхности заготовок в растворах хлористого олова и хлористого палладия с последующим химическим осаждением меди и гальваническим наращиванием слоя предварительной химической металлизации до требуемой толщины (авт.св. N 635631).

Способ длителен, трудоемок и связан с высоким расходом дорогостоящих и дефицитных реагентов, в частности соли драгметалла палладия.

Известен способ беспалладиевой металлизации отверстий печатных плат, включающий активирование фольгированного диэлектрического основания с отверстиями в растворе на основе гипофосфита меди, термообработку активированных заготовок при температуре 100 135^oC в течение 7 15 мин и последующее гальваническое наращивание меди на слой предварительной металлизации (авт. св. N 921124).

Слой предварительной металлизации, представляющий собой смесь продуктов термического разложения гипофосфита меди, образуется на всей активированной раствором поверхности как на диэлектрике в отверстиях печатной платы, так и на медной фольге. В качестве термочувствительной фосфоросодержащей соли меди используют гипофосфит меди.

Недостатком известного способа является недостаточно высокое качество токопроводящего слоя по внешнему виду из-за шероховатости его после гальванического меднения. Покрытие меди не соответствует ГОСТу 9.301.86, а наличие непокрытых участков на стенках отверстий приводит к нестабильному проценту выхода годных печатных плат.

Объясняется это физико-химическими свойствами раствора при операциях смачивания и термической обработки заготовок. В процессе смачивания заготовок фольгированного диэлектрика из-за травления медной фольги и окисления гипофосфита нарушается молярное соотношение основного компонента раствора фосфорсодержащей соли гипофосфита меди.

При молярном соотношении к меди меньше двух происходит образование в растворе солей типа Cu(OH)₂ и Cu(NH₄)OH, которые при термической обработке заготовок образуют непроводящие окислы меди, а после гальванического меднения образуются неметаллизированные участки на медном покрытии стенок отверстий. Процент выхода годных заготовок при разных способах электрохимической металлизации отверстий печатных плат показан в табл.1.

Из данных табл.1 следует, что при активировании в растворе без гипосфосфита кальция после активирования 10 заготовок (поверхность 1 заготовки 12,7 дм²) весовое соотношение ионов гипосфосфита к ионам меди снижается с 2 до 1,92. При активировании еще 10 заготовок соотношение снижается до 1,78, а выход годных до 80% при активировании еще 10 заготовок соотношение снижается до 1,62, а выход годных до 70% При активировании в растворе, пересыщенном гипофосфитом кальция, 30 заготовок, соотношение снижается с 2,51 до 2,43, а выход годных 100% В процессе термической обработки заготовки, смоченной водным раствором термочувствительной фосфорсодержащей соли меди, при высыхании жидкости силами поверхностного натяжения, в стремлении жидкости к сокращению до наименьшей величины, на поверхности стенок отверстий образуется слой высохшей термочувствительной соли меди в виде сферических капель и наплывов, а затем при термическом разложении термочувствительной соли образуется токопроводящий слой из металлических частиц меди, воспроизводящий поверхность высохшей соли в виде наплывов и капель, создавая шероховатую поверхность на стенках отверстий заготовок. Кроме того, очистка поверхности после термообработки малоэффективна. После промывки поверхности и электрохимического меднения на металлизированной поверхности проявляется шероховатость в виде посторонних включений от продуктов термолиза.

Цель изобретения повышение качества токопроводящего слоя по внешнему виду и повышение процента выхода годных заготовок при металлизации отверстий печатных плат.

Поставленная цель достигается тем, что в известный способ металлизации отверстий печатных плат, включающий активирование фольгированного диэлектрического основания с отверстиями в растворе на основе гипофосфита меди, термообработку активированных заготовок при температуре 100 135^oC в течение 7 15 мин, промывку и гальваническое наращивание слоя металла, в раствор для активирования заготовки вводят гипофосфит кальция до пересыщения раствора, а также дополнительно вводят в раствор 1,4-бутиндиола в пределах 0,22 0,37 мл/г меди в растворе в пересчете на 22%-ный 1,4-бутиндиол, затем после термической обработки проводят оплавление токопроводящего слоя при T 140 175^oC в течение 4 8 мин. Введение в раствор дополнительного донора гипофосфита гипофосфита кальция обеспечивает молярное соотношение гипофосфита меди больше двух и исключает образование оксидов меди в растворе. Введение в раствор длинноцепочного вещества 1,4-бутиндиола изменяет кривой угол смачивания медных частиц, образующихся при термообработке за счет сорбции мономолекулярного слоя на ее поверхности, а при дополнительной операции оплавления частицы сползают друг по другу и укладываются равномерным плотным слоем на поверхности стенок отверстия. Таким образом, за счет подвижности частиц меди образуется гладкая поверхность токопроводящего слоя. После гальванического меднения покрытие меди на поверхности стенок отверстий гладкое и равномерное по виду и соответствует ГОСТу 9.301.86, а выход годных заготовок на операции металлизации стенок отверстий равен 100% Очистка поверхности от посторонних частиц (продуктов термолиза) достигается анодной обработкой в электролите ортофосфорной кислоты при начальной плотности тока 4 5 А/дм² в течение 4 5 мин.

Результаты по определению количества бутиндиола, необходимого для образования монослоя на поверхности металлических частиц меди при их образовании на операции термообработки и последующего оплавления токопроводящего слоя, даны в графике зависимости содержания 1,4-бутиндиола от содержания меди в растворе, приведенном в табл.2.

Из данных табл.2 видно, что при содержании 1,4-бутиндиола в растворе в пределах от 0,22 мл/г меди до 0,37 мл/г меди в растворе покрытие гладкое, ниже 0,22 мл/г меди в растворе покрытие шероховатое, а выше 0,37 мл/г меди в центральной части отверстий кольцеобразные неметаллизированные участки, в результате сползания частиц меди при оплавлении периферии отверстий.

Пример. Заготовку фольгированного диэлектрика с отверстиями для металлизации обрабатывают 3 мин в растворе, содержащем, г/л: Серная кислота 100 Вещество OС-20 5, промывают в горячей, затем в холодной водах, после стекания воды с поверхности заготовки ее смачивают 1,5 мин в растворе, содержащем, моль/л: Гипофосфит меди (металлической меди 39,0 г/л) 0,6 Аммиак 2,45 Гипофосфит кальция (до пересыщения раствора) 0,04 0,15 1,4-бутиндиол (22% -ный) 10 мл/л, после стекания раствора с поверхности заготовку подвергают термической обработке при температуре 125^oC в течение 10 мин, затем производят дополнительную операцию оплавления при температуре 150^oC в течение 5 мин, а после охлаждения заготовки производят очистку поверхности путем анодной обработки при начальной плотности тока 4,5 А/дм² в течение 3 мин в электролите следующего состава, г/л:
Ортофосфорная кислота 1260
Изопропиловый спирт 85
После промывки в ванне-сборнике и в проточной холодной воде заготовку меднят при плотности тока 3 А/дм² в течение 10 мин в электролите следующего состава, г/л:
Сернокислая медь 220
Серная кислота 60
Хлорид натрия 0,05
Блескообразующая добавка ЛТИ 0,25
Вещество ОС-20 0,5
После меднения заготовку промывают в ванне-сборнике и в проточной холодной воде, сушат на воздухе при комнатной температуре и проводят контроль качества металлизации отверстий стенок печатных плат.

Дальнейшее изготовление печатной платы ведут по известной схеме изготовления печатных плат по базовой технологии.

Формула изобретения

Способ электрохимической металлизации отверстий печатных плат, включающий активирование диэлектрического основания с отверстиями в растворе на основе гипофосфита меди, термообработку, очистку и промывку основания и последующее гальваническое наращивание слоя металла, отличающийся тем, что для активирования используют раствор, дополнительно содержащий гипофосфит кальция в количестве, обеспечивающем получение пересыщенного раствора и водный раствор 22%-ного 1,4-бутиндиола в пределах 0,22 0,37 мл на 1 г меди в растворе, а после термообработки проводят оплавление полученного слоя меди при 140 170^oС в течение 4 8 мин, а очистку поверхности ведут анодной обработкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1