Способ изготовления гибких многослойных печатных плат

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении гибких многослойных печатных плат, применяемых при конструировании радиоэлектронной техники. Способ включает последовательное нанесение слоев на подложку, один из которых является электропроводящим. В качестве подложки используют алюминиевую фольгу толщиной 50 мкм, на которую сначала наносят металлорезистивный никелевый или кобальтовый слой толщиной 3-5 мкм, затем - электропроводящий медный или молибденовый слой толщиной 8-10 мкм. Затем получают фотолитографией рисунок электропроводящей схемы, покрывают его диэлектрическим оксидохромовым слоем черного цвета толщиной 5-8 мкм. Наносят слой полимера толщиной 50-100 мкм и растворяют алюминиевую фольгу. Вариантом данного способа является способ, в котором используют две подложки из алюминиевой фольги толщиной 50 мкм, на каждую из которых сначала наносят металлорезистивный никелевый или кобальтовый слой, затем - электропроводящий медный или молибденовый слой. Получают методом фотолитографии рисунок электропроводящей схемы, соединяют между собой две подложки с многослойным покрытием слоем полимера со стороны электропроводящей схемы. Растворяют алюминиевую фольгу и получают двухстороннюю плату. Техническим результатом изобретения является получение гибких многослойных печатных плат на полимерной основе с хорошо паяющейся электропроводящей схемой, устойчивой к окислению. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении гибких многослойных 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:

- низкая адгезия покрытий (при толщине 50 мкм медное покрытие имеет адгезию 0,7 кг/см²);

- длительный и нетехнологичный процесс нанесения покрытий, состоящий из двух этапов - нанесение тонкого проводящего слоя с последующим наращиванием проводящего покрытия гальванически;

- температура плавления фторопласта ограничивает перечень металлоорганических соединений, которые могут быть использованы для нанесения электропроводящих покрытий путем термораспада;

- недостатки гальванических покрытий - наличие пор, заполненных водой, солями, воздухом.

Известен способ получения печатных плат на металлической основе [3], состоящий из последовательного нанесения диэлектрического оксидохромового и электропроводящего металлического никелевого покрытия на металлическую пластину и внутреннюю поверхность технологических и переходных отверстий. Экспериментально установлено, что сама основа является гибкой, однако при ее сгибании наблюдается отслоение и разрушение металлического никелевого, кобальтого 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.

В качестве прототипа выбран способ изготовления гибких печатных плат, описанный в авторском свидетельстве №1051744 [4]. Данный способ имеет ряд недостатков:

- позволяет получать только двухсторонние однослойные содержащие на каждой из сторон по одной электропроводящей схеме печатные платы, но не многослойные;

- электропроводящая металлическая схема удерживается на гибком основании за счет адгезива и защитной пленки лака на основе эпоксидной смолы;

- температурный режим эксплуатации лака на основе эпоксидной смолы значительно ниже полиимидного основания, что ограничивает использование припоев (можно использовать только легкоплавкие припои);

- отсутствие защитного лакового покрытия приведет к значительному уменьшению сроков эксплуатации гибкой печатной платы.

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

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления гибких многослойных печатных плат, включающем последовательное нанесение слоев на подложку, один из которых является электропроводящим, в качестве металлической подложки используют алюминиевую фольгу толщиной 50 мкм, на которую сначала наносят металлорезистивный никелевый или кобальтовый слой толщиной 3-5 мкм, затем электропроводящий медный или молибденовый слой толщиной 8-10 мкм, получают фотолитографией рисунок электропроводящей схемы, покрывают его диэлектрическим оксидохромовым слоем черного цвета толщиной 5-8 мкм, а затем повторяют нанесение электропроводящего покрытия, получение рисунка электропроводящей схемы и нанесение диэлектрического оксидохромового слоя необходимое количество раз, после чего наносят слой полимера толщиной 50-100 мкм и растворяют алюминиевую фольгу.

Способ осуществляется следующим образом. На алюминиевую фольгу осаждают никелевое или кобальтовое покрытие толщиной 4-5 мкм. Термораспад проводят в потоке водорода и остаточном давлении 1·10^-1 мм рт.ст. по способу [5, 6]. Время термораспада 10 минут. На металлорезистивное покрытие наносят электропроводящее медное толщиной 8-10 мкм при термораспаде ацетилацетоната меди при температуре 400°С в среде водорода или в среде многоатомного спирта [7]. 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 [8, 9]. Затем методом фотолитографии получают рисунок электропроводящей схемы, после чего фольгу помещают в вакуумную камеру и со стороны электропроводящей схемы методом газофазного осаждения наносят диэлектрическое оксидохромовое покрытие толщиной 5-8 мкм по способу [10]. Нанесение электропроводящего и диэлектрического оксидохромового покрытий повторяют необходимое количество раз. Далее диэлектрическое оксидохромовое покрытие покрывают слоем полимера 50-100 мкм и выдерживают в течение 30 минут при температуре 200°С. Алюминиевую фольгу с металлорезистивным покрытием, электропроводящей схемой и полимерной пленкой помещают в 10-15% раствор щелочи. В течение 25-30 минут происходит растворение алюминиевой фольги. При этом получается гибкая многослойная печатная плата.

Для получения двухсторонней гибкой многослойной печатной платы используют две подложки из алюминиевой фольги толщиной 50 мкм, на каждую из которой сначала наносят металлорезестивный никелевый или кобальтовый слой толщиной 3-5 мкм, затем - электропроводящий медный или молибденовый слой толщиной 8-10 мкм, получают методом фотолитографии рисунок электропроводящей схемы, соединяют между собой две подложки с многослойным покрытием слоем полимера со стороны электропроводящей схемы, после чего растворяют алюминиевую фольгу и получают двухстороннюю плату.

Пример 1. Алюминиевую фольгу площадью (40×50)мм² толщиной 50 мкм помещают в вакуумную камеру. Камеру вакуумируют до остаточного давления 1·10^-2 мм рт.ст., фольгу нагревают и осаждают сначала никелевое покрытие толщиной 4 мкм по способу [5], а затем медное толщиной 8 мкм по способу [7]. После нанесения покрытий фольгу остужают и вынимают из камеры металлизации, а затем методом фотолитографии получают рисунок электропроводящей схемы. После этого фольгу с электропроводящей схемой снова помещают в вакуумную камеру, осаждают последовательно диэлектрическое оксидохромовое покрытие толщиной 8 мкм по способу [10] и медное покрытие толщиной 8 мкм по способу [7]. Затем фольгу вынимают, получают электропроводящую схему, после чего снова помещают в камеру металлизации и осаждают диэлектрическое оксидохромовое покрытие толщиной 8 мкм по способу [10]. Затем на оксидохромовое покрытие наносят полиимид толщиной 50 мкм и выдерживают 30 минут при температуре 200°С. После растворения алюминиевой фольги образуется гибкая двухслойная печатная плата на полимерной основе.

Пример 2. Алюминиевую фольгу толщиной 50 мкм и площадью (50×60) мм² помещают в вакуумную камеру с остаточным давлением 1·10^-2 мм рт.ст., нагревают до 400°С и наносят последовательно кобальтовое покрытие толщиной 3 мкм по методу [6] и молибденовое толщиной 8 мкм по способу [8, 9]. После нанесения молибденового покрытия пластину охлаждают, вынимают из камеры металлизации, методом фотолитографии получают рисунок электропроводящей схемы. Затем фольгу с электропроводящей схемой снова помещают в вакуумную камеру, осаждают последовательно диэлектрическое оксидохромовое покрытие толщиной 8 мкм по способу [10] и молибденовое покрытие толщиной 10 мкм по способу [8, 9]. Затем фольгу вынимают, получают электропроводящую схему, после чего снова помещают в камеру металлизации и осаждают диэлектрическое оксидохромовое покрытие толщиной 8 мкм по способу [10]. Затем на оксидохромовое покрытие наносят "Эластосил 137-180" марки Б толщиной 100 мкм при нормальных условиях. Время полимеризации 120 часов. После растворения алюминиевой фольги образуется гибкая двухслойная печатная плата на полимерной основе.

Пример 3. Две алюминиевые пластинки толщиной 50 мкм и площадью (50×60) мм² каждая помещают в вакуумную камеру [11], где аналогично примеру 1 наносят круговое никелевое покрытие толщиной 4 мкм по способу [5], а затем медное толщиной 8 мкм по способу [7]. После остывания на обеих сторонах пластинок методом фотолитографии получают рисунок электропроводящей схемы, а затем снова помещают в вакуумную камеру, где осаждают диэлектрическое оксидохромовое покрытие толщиной 7 мкм по способу [10] и медное толщиной 8 мкм по способу [7]. После остывания пластинки вынимают и снова методом фотолитографии получают рисунок электропроводящей схемы, затем снова осаждают диэлектрическое оксидохромовое покрытие толщиной 6 мкм по способу [10]. После чего наносят полиимидное покрытие и склеивают пластинки плоскими поверхностями и выдерживают 30 минут при температуре 200°С. После растворения алюминиевых пластинок образуется одна двухсторонняя и две односторонние двухслойные гибкие печатные платы на полимерной основе.

Аналогичным образом можно получать гибкие трех-четырехслойные печатные платы как с медной, так и с молибденовой электропроводящей схемой.

Экспериментально установлено, что при толщине металлорезистивного покрытия (никелевого, кобальтого) менее 4 мкм оно получается несплошное, пористое. При толщине металлорезистивного покрытия более 5 мкм образуются трещины при изгибе печатной платы.

При толщине электропроводящего медного или молибденового покрытия менее 8 мкм образуется не однородное по толщине покрытие. Если толщина медного или молибденового покрытия более 10 мкм, то при изгибе печатной платы на угол более 100° образуются трещины.

При толщине оксидохромового покрытия менее 5 мкм образуется пористое, не сплошное покрытие. Если толщина оксидохромового покрытия более 8 мкм, то при изгибе печатной платы на угол более 100° образуются трещины.

Источники информации

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 Г.С., 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.

4. Авторское свидетельство №1051744. Гибкая печатная плата. Бюллетень №40, 1983 г. (прототип).

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

6. 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.

7. 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.

8. Сыркин В.Г. Карбонилы металлов. Металлургия, 1978. С.183-187.

9. Домрачеев Г.А., Петров Б.И., Слушков A.M., Димант А.Б.. Парогазовая смесь для получения покрытий из тугоплавких металлов. Авторское свидетельство №1168628, 1982.

10. Левин К.П., Слушков A.M. Авторское свидетельство СССР №1007480, кл. С 23 С 16/40, Бюллетень №4 от 30.01.92 г., 1984 г.

11. В.И.Фукс, А.И.Ким, A.M.Слушков, К.Л.Левин. Нанесение медных, никелевых, хромовых, кобальтовых и других покрытий из паровой фазы металлоорганических соединений. М.: Сборник Академии наук СССР. Конструирование научной космической аппаратуры. Наука, 1982. С.127-129.

1. Способ изготовления гибких многослойных печатных плат, включающий последовательное нанесение слоев на подложку, один из которых является электропроводящим, отличающийся тем, что в качестве металлической подложки используют алюминиевую фольгу толщиной 50 мкм, на которую сначала наносят металлорезистивный никелевый или кобальтовый слой толщиной 3-5 мкм, затем электропроводящий медный или молибденовый слой толщиной 8-10 мкм, получают фотолитографией рисунок электропроводящей схемы, покрывают его диэлектрическим оксидохромовым слоем черного цвета толщиной 5-8 мкм, а затем повторяют нанесение электропроводящего покрытия, получение рисунка электропроводящей схемы и нанесение диэлектрического оксидохромового слоя необходимое количество раз, после чего наносят слой полимера толщиной 50-100 мкм и растворяют алюминиевую фольгу.

2. Способ изготовления гибких многослойных печатных плат, включающий последовательное нанесение слоев на подложку, один из которых является электропроводящим, отличающийся тем, что используют две подложки из алюминиевой фольги толщиной 50 мкм, на каждую из которых сначала наносят металлорезистивный никелевый или кобальтовый слой толщиной 3-5 мкм, затем электропроводящий медный или молибденовый слой толщиной 8-10 мкм, получают методом фотолитографии рисунок электропроводящей схемы, соединяют между собой две подложки с многослойным покрытием слоем полимера со стороны электропроводящей схемы, после чего растворяют алюминиевую фольгу и получают двухстороннюю плату.