Подготовка поверхности ПП

Подготовка поверхности и отверстий заготовок ПП осуществляется с целью:

- удаления заусенцев, смолы и механических частиц из отверстий после сверления;

- получения равномерной шероховатости поверхности, т. е. придания ей структуры, обеспечивающей прочное и надежное сцепление (адгезию) с фоторезистом;

- активирования поверхности перед химическим меднением;

- удаления оксидов, масляных пятен, захватов пальцами, пыли, грязи, мелких царапин и пр.

Применяют следующие способы подготовки поверхности и отвер­стий ПП:

- механический (щеточный или струйный);

- химический;

- комбинированный;

- электрохимический;

- плазмохимическое травление;

- ультразвуковой и др.

Механическая подготовка поверхности ПП. В мелкосерийном производ­стве механическая подготовка поверхности ПП осуществляется вручную смесью венской извести и шлифовального порошка под струей воды.

В крупносерийном и массовом производстве механическую подготовку поверхности ПП и снятие заусенцев щетками производят на модульных линиях конвейерного типа с дисковыми щетками в качестве инструмента, на которые подается абразивная суспензия в соответствии с рисунком 17.

 

1 — конвейер; 2 — модуль загрузки; 3 — станок для удаления заусенцев; 4 — водная промывка под высоким давлением; 5— ПП; 6 — сушка; 7— модуль разгрузки; 8 — водная промывка; 9 — жидкостная химиче­ская обработка; 10 — дисковые щетки

Рисунок 17 - Модульная линия механической очистки поверхности

 

В качестве абразива используют карбид кремния и оксид алюминия. Скорость вращения щеток составляет 10 м/с, скорость движения конвейе­ра — 1, 5...3 м/мин. Параметр шероховатости поверхности зависит от раз­мера зерна абразива: зерно N7 обеспечивает R_z = 2, 0...3, 0 мкм; зерно N8 — R_z = 1, 5...2, 1 мкм. Размер заусенцев должен быть менее 100...110 мкм.

В модуле водной промывки для отверстий диаметром более 0, 5 мм при­меняют струйную, а для диаметров менее 0, 5 мм — фонтанную промывку.

Преимуществами механической очистки является отсутствие химика­тов, простота очистки сточных вод, низкие капиталовложения, а недостат­ками — опасность механического повреждения покрытий, плохое удаление органических веществ, образование царапин в направлении движения за­готовок.

Наиболее широко в настоящее время перед нанесением фоторезиста или паяльной маски применяется щеточная очистка абразивными материа­лами (пемзой или оксидом алюминия) при механическом воздействии ней­лоновых щеток по касательной к поверхности ПП, которая обеспечивает достаточно хорошую адгезию покрытия при нескольких циклах пайки при высоких температурах.

Применяют зачистные машины Wesero Universal 450-2 фирмы Wesero с двухсторонней зачисткой ПП, размером до 450 450 мм, стоимостью 49 500 долл.; с односторонней зачисткой Bungard RBM 300 фирмы Bungard, стоимостью 9950 долл. и др.

Струйная обработка пемзовым абразивом применяется для очистки и получения параметра шероховатости поверхности бомбардировкой ее зер­нами пемзы. Пульпа с 15%-ным содержанием пемзы размером зерен 200 мкм под давлением до 3, 3 · 10⁵ Па подается на поверхность ПП. Этот метод не применяется при изготовлении ПП с диаметром отверстий менее 0, 3 мм. Последовательность модулей струйной конвейерной обработки по­верхности пемзовым абразивом приведена в соответствии с рисунком 18.

 

1 —жидкостная химическая обработка; 2 и 4 — водная промывка;

3 — струйная обработка пемзовым абразивом; 5 — сушка

Рисунок 18 - Модульная линия струйной конвейерной обработки ПП пемзовым абразивом

 

Преимуществами струйной обработки пемзовым абразивом являются: равномерная шероховатость поверхности, простая очистка сточных вод, ис­ключено влияние агрессивных сред на диэлектрик, а недостатками — пылеобразование пемзового порошка в помещении, остатки пемзы на поверхно­сти снижают адгезию фоторезиста, деформация и поверхностные напряже­ния в результате механической подготовки под высоким давлением.

Струйная пемзовая очистка в настоящее время находит ограниченное применение из-за своего слабого механического воздействия и необходимости сочетаться с операциями химической очистки.

Струйная очистка оксидом алюминия обеспечивает более сильное со­ударение частиц с поверхностью; он имеет в пять раз выше плотность по сравнению с пемзой и поэтому меньше разлетается по сторонам, не скло­нен к разрушению, обладает более высокой твердостью, имеет более про­должительный срок службы, легко отделяется от воды и остается внутри шламоотстойника.

Химическая подготовка поверхности ПП. Этот способ подготовки при­меняется для очистки слоев МПП перед прессованием, нефольгированных диэлектриков, отверстий после сверления. Модульная линия химической подготовки представлена в соответствии с рисунком 19.

Химическая очистка поверхности осуществляется на модульных линиях и включает в себя следующие операции:

- химическое обезжиривание для удаления загрязнений органического происхождения (масел, отпечатков пальцев и пр.);

- каскадная промывка в горячей и холодной воде;

- микротравление — для удаления оксидных пленок, улучшения адгезии и создания микрорельефа;

- обработка в антистатике;

- каскадная промывка;

- сушка.

 

1 — химическое обезжиривание; 2 — промывка; 3 — микротравление;

4 — обработка в антистатике; 5 — промывка; 6 — сушка

Рисунок 19 - Модульная линия химической подготовки ПП

 

Преимущества химической очистки состоят в следующем: отсутствие механического загрязнения поверхности и отверстий, поверхностных на­пряжений и деформаций (удлинений тонких материалов), царапин, обес­печение необходимой шероховатости поверхности для улучшения адгезии.

Недостатками этого способа являются: неравномерное и неполное уда­ление защитных покрытий, чрезмерное удаление металла с поверхности, более высокие расходы на очистку сточных вод по сравнению с механиче­ской очисткой.

При подготовке поверхности и отверстий перед процессами металлиза­ции, нанесения фоторезиста, защитной маски и другими операциями ши­роко используют кислые очистители на основе серной кислоты и кислот­ного очистителя (КО), которые позволяют провести мягкую обработку по­верхности меди, удаление жировых загрязнений, легкое матирование, не используя щелочные растворы. Кислые очистители легко удаляются при промывке и сокращают расход промывных вод.

При изготовлении МПП очень важным является процесс подготовки отверстий перед металлизацией, который заключается в удалении навола­кивания смолы с торцев контактных площадок, выходящих в отверстия. В настоящее время наиболее распространенным способом за рубежом явля­ется перманганатная обработка, которая выполняется на линиях струйной обработки или в единой линии с процессом металлизации[1]. Этот процесс устраняет наволакивание, и обеспечивает шероховатость стенок отверстия, необходимую для быстрого нанесения катализатора перед последующей ме­таллизацией.

Основными этапами процесса перманганатной обработки являются:

- сенсибилизация в щелочном растворе при Т= 65...70 °С в течение 2...10 мин;

- обработка в регенерируемом растворе перманганата при Т = 65...70 °С в течение 8...10 мин, содержащем окислители, который обеспечивает микрошероховатость для лучшей абсорбции катализатора, улучшает адгезию меди к стенкам отверстий;

- нейтрализация при Т= 20...40 °С в течение 3...5 мин для усиления матирования стекловолокон и адгезии меди к стеклянной части стенок отверстия.

После каждого этапа осуществляется промывка водопроводной водой.

Перманганатная обработка отверстий не создает глубокого подтравливания диэлектрика, которое бы ухудшило качество изоляции. К ее недостат­кам относится необходимость тщательной очистки промышленных стоков.

Комбинированная подготовка поверхности ПП. Модули механической и химической очистки включаются в систему химико-механической подготов­ки поверхности перед химическим меднением, образуя ее составные части:

- механическую очистку;

- химическую очистку;

- активацию в растворах соляной кислоты;

- активирование в совмещенном растворе для осаждения слоя катали­затора;

- промывку в холодной воде;

- обработку в растворе «ускорителя» для полного восстановления палладия и удаления солей олова;

- промывку в холодной воде.

Электрохимическая подготовка поверхности ПП. Этот способ подготов­ки поверхности применяется для следующих целей:

- обработка внутренних слоев МПП с последующей защитой от окисления перед нанесением сухого пленочного фоторезиста;

- удаление жировых пятен, отпечатков пальцев и оксидов перед металлизацией сквозных отверстий МПП с двусторонними слоями, ДПП и МПП с тонкими проводниками;

- обработка экранных слоев для повышения прочности сцепления с сигнальными слоями.

Преимущества электрохимического способа подготовки: равномерное удаление органических покрытий, незначительное удаление меди с поверх­ности, одинаковая шероховатость по всей поверхности, отсутствие остат­ков пемзового порошка на поверхности и в отверстиях, отсутствие дефор­мации и поверхностных напряжений, экологическая безопасность, сниже­ние себестоимости.

Недостатки: большие расходы на очистку сточных вод.

На модульной линии электрохимической очистки выполняются сле­дующие операции:

-электрохимическая очистка;

-промывка;

-декапирование;

-промывка;

-пассивирование;

-промывка;

-сушка.

Плазмохимическое травление поверхности ПП и отверстий. Применяется для очистки от смолы и стекловолокна отверстий диаметром менее 0, 3 мм после сверления; изготовления крупногабаритных МПП с большим числом слоев (более 15).

Под воздействием плазмы происходит испарение смолы, находящейся на стенках отверстий.

Плазма — состояние вещества, при котором атомы лишаются элек­тронной оболочки в сильном высокочастотном электромагнитном поле, в результате чего образуются свободные радикалы кислорода и фтора. Эти свободные радикалы разрушают полимерные цепи эпоксидной смолы и стекловолокна, образуя газообразные вещества (СО₂; Н₂О; SiF₄; H₂).

Травление производится в вакуумной камере в среде: кислород — 70 %; фреон — 30 % (C₂F₄) со следующими режимами обработки: разряжение — 1, 33 ∙ 10^–3 Па; продолжительность обработки - 35...45 мин.

Преимущества плазмохимического травления: тщательное удаление смолы и стекловолокна из отверстий малого диаметра, исключается опера­ция подтравливания диэлектрика в концентрированных серной и плавико­вой кислотах перед металлизацией отверстий, не требуется очистка сточ­ных вод, так как процесс «сухой».

Недостатки: низкая производительность, высокая стоимость оборудо­вания, энергоемкость процесса, наличие золы в отверстиях и необходи­мость их химической очистки, воздействие фреона на озоновый слой.

Специальная обработка диэлектрического материала при изготовлении ПП аддитивным методом осуществляется механической (гидроабразивной) или химической очисткой для придания шероховатости диэлектрическим поверхностям и клеевым композициям для увеличения прочности сцепле­ния с металлизацией.

Контроль качества подготовки металлических поверхностей заготовок ПП оценивают по смачиваемости их водой, диэлектрических — измерени­ем высоты неровностей под микроскопом и проверкой сопротивления изо­ляции после пребывания в камере влажности.

Для финишной отмывки ПП применяют: установки с использованием ультразвука и струйной промывки водой высокого давления OCCLEPPO 650 /ОО/Р-150 (стоимостью 94 500 долл.); ультразвуковые ванны для очи­стки ПП фирмы ELMA (Германия), модельный ряд которых включает ван­ны размером от 190 85 60 до 600 500 300 мм, объемом от 0, 8 до 90 л³, с рабочими частотами 35 и 50 кГц, с системой подогрева ванн до 30...85 °С (стоимостью от 400 долл. до 6155 долл.); установку финишной отмывки РСР — 424 фирмы Comaс.