Способ изготовления печатных плат
Владельцы патента RU 2313926:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет" (RU)
Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при изготовлении печатных плат, применяющихся при конструировании радиоэлектронной аппаратуры для самолето- и космостроения. Технический результат - получение печатных плат с медной электросхемой, не содержащей пор, с хорошо паяющимся металлическим покрытием, не содержащим свинец и кадмий. Достигается избирательным вытравливанием отдельных участков медной фольги вместе с гальванически нанесенным медным покрытием, созданием электропроводящего рисунка радиотехнической схемы, затем вакуумной термообработкой при температуре 80÷160°С в течение 20÷60 минут и нанесением серебряного покрытия толщиной 8÷10 мкм путем окунания печатной платы на 20÷25 минут в водный раствор, содержащий хлорид серебра, или путем механического натирания поверхности печатной платы смесью, содержащей хлорид серебра и карбонат кальция.
Изобретение относится к способам изготовления печатных плат, применяющихся при конструировании радиоэлектронной аппаратуры для самолето- и космостроения.
Известен способ изготовления печатных плат по ГОСТ 23770-79, согласно которому технологический процесс изготовления печатных плат выполняется по схеме:
- подготовка поверхности;
- сенсибилизация и активация;
- химическое меднение;
- гальваническое меднение (предварительное);
- гальваническое меднение (основное);
- гальваническое осаждение свинцово-оловянного сплава.
Полученные по такой схеме печатные платы хорошо паяются. Однако сам процесс их получения является очень трудоемким, дорогостоящим, экологически грязным, требующим утилизации гальванических отходов, выделения меди, олова, свинца из раствора электролита.
Гальванические покрытия являются пористыми. При этом в порах всегда присутствуют продукты электролиза, например водород в виде гидридов [1], [2], [3]. Наличие продуктов электролиза ухудшает проводящие свойства печатных плат. Кроме того, возможно образование гальванических пар «медь/сплав олово-свинец», что может привести к разрушению электропроводящих дорожек, возникновению перемычек между дорожками, а при эксплуатации при температуре ниже 0°С к разрушению дорожек в результате замерзания находящейся в порах жидкости.
В качестве прототипа взят способ изготовления печатных плат, состоящий из избирательного вытравливания отдельных участков медной фольги, приклеенной на основу диэлектрика, создания электропроводящего рисунка радиотехнической схемы, гальванического нанесения резистивного покрытия из сплава Sn-Pb, Sn-Bi, или облуживания легкоплавким сплавом на основе олова и свинца после гальванического осаждения сплава олово-свинец, олово-висмут, или облуживания печатных плат, подвергнутых вакуумной термообработке при 80-100°С и остаточном давлении 1·10-1-1·10-2 мм рт.ст. в течение 20-60 минут [4]. Экспериментально установлено, что указанный способ позволяет избавиться от пор, однако при нагревании печатных плат в вакууме имеет место частичное испарение (унос) резистивного легкоплавкого покрытия с поверхности радиоэлектронной схемы и образование неравномерного по толщине защитного резистивного покрытия и стекания сплава Вуда с поверхностей дорожек.
Осаждение резистивного сплава, например, олово-висмут проводят гальванически после гальванического меднения поверхности всей заготовки, а затем методом фотолитографии получают рисунок электропроводящей схемы. При этом боковая поверхность дорожек оказывается не защищенной. Для защиты боковой поверхности наносят дополнительное резистивное покрытие олово-свинец, сплав Вуда или Розе путем окунания в расплав. Однако при этом возможно объединение близко находящихся дорожек резистивным покрытием. Вероятность этого увеличивается с возрастанием класса печатной платы. Более того, эти сплавы содержат свинец и кадмий.
Задачей изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, получение печатных плат с медной электросхемой, не содержащей пор, с хорошо паяющимся металлическим покрытием, не содержащим свинец и кадмий.
Указанный результат достигается тем, что в способе изготовления печатных плат, включающем избирательное вытравливание отдельных участков медной фольги вместе с гальванически нанесенным медным покрытием, создание электропроводящего рисунка радиотехнической схемы, после создания электропроводящей схемы печатную плату нагревают в течение 20-60 минут в вакуумном шкафу при температуре 80-160°С, а затем на медную электрическую схему наносят серебряное покрытие толщиной 8-10 мкм путем окунания печатной платы на 20-25 минут в водный раствор, содержащий 20-30 весовых процентов хлорида серебра, или путем механического натирания поверхности печатной платы смесью, состоящей из 70 весовых процентов раствора, содержащего 20-30 весовых процентов хлорида серебра и 30 весовых процентов карбоната кальция.
Контроль пористости покрытия проведен по ГОСТ 9.302-79.
Давление более 1·10-2 мм рт.ст. не приводит к более эффективному удалению продуктов гальваники из пор гальванической меди.
Давление менее 1·10-2 мм рт.ст. требует наличия дорогостоящего оборудования (диффузионного насоса), поэтому удорожает сам процесс.
Время выдержки в вакуумном шкафу менее 20 минут недостаточно для удаления продуктов гальваники из пор покрытия. Выдерживать более 60 минут нецелесообразно, т.к. этого времени достаточно для удаления продуктов гальваники.
Если время выдержки печатных плат в растворе соли составляет менее 20 минут, покрытие может содержать поры. Выдерживать более 30 минут нецелесообразно, т.к. при этих условиях уже образуется ровная по толщине, беспористая металлорезестивная пленка.
Пример 1. Пластину из стеклотекстолита с медными радиотехническими дорожками толщиной 20 мкм, нанесенными гальваническим методом, помещают в вакуумный шкаф, где нагревают при температуре 80°С и остаточном давлении 1·102 мм рт.ст. в течение 30 минут. Затем остужают шкаф до комнатной температуры, достают пластину и опускают в водный раствор, содержащий 30% хлорида серебра. Выдерживают в этом растворе 20 минут и вынимают, промывают в дистиллированной воде, высушивают. При этом на поверхности медной электропроводящей схемы (дорожек) и переходных отверстиях образуется блестящая, беспористая серебряная пленка толщиной 10 мкм.
Пример 2. Аналогично получают печатную плату с медными радиотехническими дорожками толщиной 20 мкм, выдерживают при температуре 100°С и давлении 1·10-2 мм рт.ст. в течение 60 минут. После остывания печатную плату вынимают. Медные дорожки электросхемы покрывают серебром путем натирания составом, состоящим из 70% водного раствора, содержащего 20% хлорида серебра и 30% карбоната кальция, в течение 5 минут.
Пример 3. Аналогично получают печатную плату с медными дорожками, выдерживают при температуре 160°С и давлении 0,5·10-2 мм рт.ст. в течение 20 минут. После остывания печатную плату помещают в водный раствор соли, содержащий 25% хлорида серебра, на 20 минут, затем вынимают и промывают в дистиллированной воде, высушивают. При этом на поверхности медной электрической схемы и переходных отверстиях образуется беспористое серебряное покрытие толщиной 8 мкм.
Как видно из приведенных примеров, предлагаемый способ позволяет получить печатные платы, не содержащие в токопроводящих дорожках сквозных пор, образующихся во время гальванического процесса, получать равномерное по толщине металлорезестивное покрытие и увеличить срок службы изделия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Реми Г. Курс неорганической химии: В 2 Т. М.: Иностр. литер., 1963. Т.1. С.20; Т.2. С.836.
2. Некрасов Б.В. Курс общей химии. М.; Л.: Госхимиздат, 1960. С.974.
3. Михеева В.И. Гидриды переходных металлов. М. Изд-во АН СССР 1960. С.212.
4. Патент №82213435. Способ изготовления печатных плат. Бюллетень №27, 2003 г. (прототип).
Способ изготовления печатных плат, включающий избирательное вытравливание отдельных участков медной фольги вместе с гальванически нанесенным медным покрытием, создание электропроводящего рисунка радиотехнической схемы, отличающийся тем, что после создания электропроводящей схемы печатную плату нагревают в течение 20-60 мин в вакуумном шкафу при температуре 80-160°С, а затем на медную электрическую схему наносят серебряное покрытие толщиной 8-10 мкм путем окунания печатной платы на 20-25 мин в водный раствор, содержащий 20-30 вес.% хлорида серебра или путем механического натирания поверхности печатной платы смесью, состоящей из 70 вес.% раствора, содержащего 20-30 вес.% хлорида серебра, и 30 вес.% карбоната кальция.
