Б.1) Гальваническое меднение

- Гальванически осажденная медь является основным токопроводящим сло­ем в структуре печатных элементов ПП (проводников, КП и пр.), определяю­щим ее эксплуатационные свойства, такие как допустимая плотность тока, ус­тойчивость к термоудару, циклическому изменению температур, перепайкам и др. в соответствии с рисунком 23

 

 

 

1 — основание ПП; 2 — медная фольга; 3 — химическая (2...5 мкм) и предварительно осажденная гальваническая медь (5...7 мкм); 4— галь­ваническая медь (25 мкм); 5 — сплав олово—свинец (9...12 мкм)

Рисунок 23 - Структура печатного элемента ПП

 

Помимо общих требований к гальваническим покрытиям, перечислен­ным выше, к гальванической меди предъявляется еще ряд требований:

- металлизация на поверхности и в отверстиях ПП должна быть сплошной;

- цвет осадка меди должен быть светло-розовый;

- относительное удлинение меди — не менее 6 %.

- пластичность является одним из основных критериев качества осаж­даемого гальванического медного покрытия. Высокая пластичность осадка меди позволяет столбу металлизации в отверстиях выдержать без разрыва растягивающие усилия, которые возникают в них из-за расширения диэлектрика по высоте (т. е. вдоль металлизированного отверстия по оси Z) при термических воздействиях;

- предел прочности на разрыв — не менее 20 кг/мм²;

- удельное электрическое сопротивление — 1, 72 10^–8 Ом м;

- толщина слоя меди в монтажных и переходных отверстиях не менее 25 мкм;

- осадок меди должен иметь мелкокристаллическую структуру, так как она в значительной степени определяет структуру осаждаемого на медь металлорезиста и его защитные свойства на операции травления меди с пробельных мест;

- толщина меди в отверстиях должна быть не менее 75...80 % толщины меди на поверхности ПП.

В настоящее время применяются сернокислые, сульфатные, пирофосфатные, кремнефторидные и другие электролиты, каждый из которых име­ет свои преимущества и недостатки.

Наиболее часто при гальваническом меднении наблюдаются дефекты:

- кольцевые утонения меди в отверстиях, переходящие иногда в разрывы в результате «воздушных пробок», препятствующих проникновению в полость пор электролита;

- конусность слоя металлизации в отверстиях;

- трещины и каверны в слое меди, которые появляются из-за выде­ляющихся при металлизации газов (кислорода, водорода), из-за микрозагрязнений;

- подгар (рыхлый осадок меди);

- разнотолщинность осадка меди на поверхности и в отверстиях ПП вследствие низкой рассеивающей способности электролита;

- точечная коррозия, отсутствие блеска, неравномерное покрытие, уменьшение пластичности осадка в результате загрязнения электролита органическими веществами: фоторезистами, продуктами разло­жения добавок и пр.

Все эти дефекты связаны с малой подвижностью электролита в отвер­стиях, полостях, порах ПП. Одним из путей устранения таких дефектов яв­ляется применение ультразвуковых колебаний при электролитическом оса­ждении меди из сернокислого электролита или применение горизон­тальных линий металлизации, в которых происходит струйное нагнетание электролита в отверстия, что обеспечивает интенсификацию обновления раствора в отверстиях.

В настоящее время уделяется большое внимание разработке составов электролитов и режимов электроосаждения, обеспечивающих меднение глубоких сквозных отверстий МПП малого диаметра (d = 0, 4 мм и менее) при отношении диаметра отверстия к толщине (Н) МПП, равного d: Н = 1: 10, стойких к термоударам при пайке. Считается, что появле­ние трещин в гальванических покрытиях на стенках отверстий при пайке связано с уменьшением пластичности и предела прочности меди при повы­шении температуры. Одним из способов повышения надежности медных покрытий при термоударе является применение специальных добавок в электролит, например, МХТИ-90-1 или МХТИ-90-2; другой способ — тер­мовакуумная обработка медного покрытия при температуре Т= 250...300 °С при разряжении 10^–2 Па в течение 4-х ч, в результате которой в 3 раза увели­чивается пластичность меди при незначительном снижении (на 25 %) пре­дела прочности на разрыв.

Технология «прямой металлизации». В настоящее время имеет место по­всеместный переход массового производства ПП в мире на технологию «прямой металлизации» и тентинг-процессы. Технологию прямой металли­зации применяют для ДПП и МПП, изготавливаемых на различных ди­электриках. Сущность процесса заключается в том, что электропровод­ность диэлектрика в отверстиях создают на стадии активации, которая ана­логична осуществляемой обычно перед химическим меднением, с той лишь разницей, что сам процесс химического меднения становится ненуж­ным. Прямая металлизация исключает использование подслоя химической меди для металлизации отверстий ПП, так как стенки отверстия уже электропроводны, и можно проводить гальваническое осаждение меди, минуя стадию химического меднения. При этом применяют активаторы на основе графита, углерода, органических соединений, а также палладиево-оловянные активаторы. Ниже приведен процесс прямой металлизации, который осуществляется за счет применения нового коллоидного активатора на ос­нове палладия, образующий на непроводящих поверхностях отверстий сплошное высокопроводящее покрытие, на которое можно непосредствен­но осаждать гальваническую медь. При этом создается сплошная металли­зация, а не отдельные «камешки», как при обычном активировании.

Комплект концентратов HN504™ состоит из ряда концентратов, пред­назначенных для приготовления и корректирования рабочих растворов, используемых в процессе прямой металлизации. В него входят: кондицио­нер-очиститель, предактиватор, активатор, акселератор.

Печатным платам, изготовленным с применением процесса прямой металлизации на базе комплекта концентратов, характерны следующие, свойства:

- отсутствие непрокрытия в отверстиях;

- отличная адгезия гальванической меди к стенкам отверстий;

- отсутствие дефектов пластичности, свойственные осадкам химической меди и отсутствие дегазации;

- соответствие всем требованиям термического шока;

- равно­мерное распределение гальванической меди на стенках отверстий и высокая надежность соединения с торцами контактных площадок внутренних слоев;

- применимость для металлизации ПП с высоким отношением толщины ПП к диаметру отверстий (15: 1);

- применимость для обработки мелких, сквозных и глухих отверстий;

- сокращение времени обработки и расхода химических реактивов;

- соответствие экологическим нормам.

Технологическая схема процесса прямой металлизации включает сле­дующие этапы:

1) подготовка поверхности и отверстий;

2) обработка новым активатором;

3) сушка и далее продолжение обычного процесса - получение рисунка схемы;

4) осаждение гальванической меди и далее по таблице 20.

Процесс прямой металлизации имеет ряд преимуществ:

- может быть использован для металлизации открытых заготовок ПП и для металлизации по рисунку схемы;

- совместим с существующими линиями металлизации;

- в процессе отсутствуют формальдегид, цианид, канцерогены, силь­ные комплексообразователи, а также отсутствует необходимость сли­ва растворов, содержащих медь;

- снижен расход реактивов;

- сокращено время обработки,

- снижена стоимость всего процесса производства.

- уменьшен объем химических анализов;

- применим для широкого диапазона подложек; для металлизации плат с высоким соотношением толщи­ны платы к диаметру отверстий;

- применим для обработки мелких отверстий, глухих и сквозных;

- обеспечивается полный контроль процесса путем измерения сопротивления меди в отверстиях;

- обеспечивается отличное качество готовой ПП при высоком соответ­ствии экологическим нормам.

Одной из фирм, поставляющих линии для прямой металлизации, явля­ется фирма Pill (Германия).