Лекция 16 -РИК (Лекции РиК)

Лекция 15 Оборудование и технология мокрых процессов в

производстве печатных плат

Распространенной технологической операцией в производстве пе­чатных плат и узлов является травление. Под этим подразумевается хими­ческое растворение материала под действием жидких травящих ра­створов или активированных газов (плазмохимическое травление). Продукты реакции удаляются благодаря подвижно­сти растворов. Химическое травление часто сочетают с механическим воздействием, например, давлением струй травящего раствора. В зависимости от морфологии открытой поверхности хи­мическое травление может быть выравнивающим (полирующим, шлифующим) и избирательным (селективным). При выравниваю­щем травлении происходит сглаживание рельефа поверхности, уменьшение его шероховатости, при избирательном — увеличение шероховатости поверхности за счет неоднородности ее структуры (микротравление). Травлением через окна защитной химически стой­кой маски, получаемой известными методами печати, или металло-резиста получают топологический рисунок печатной платы, пер­форации в металлических листах или клише на плоской поверхности металла и т.д.

Наиболее часто технология травления применяется для создания проводящего рисунка печатной платы. При этом до 70% металличес­кого слоя, нанесенного на диэлектрик, удаляется, а участки, которые нужно оставить, защищают резистами: металлическими - металло-резистами, или фотополимерными - фоторезистами, или специаль­ными красками, химически устойчивыми к травящим растворам. Чаще всего травлению подвергают металлы: медь и ее сплавы, олово и его сплавы, реже никель и его сплавы, еще реже другие металлы такие, как хром, алюминий, нержавеющая сталь.

В соответствующих растворителях металлы растворяются: отдают электроны, образуя положительно заряженные ионы, например:

Тенденцию к растворению металлов можно выразить через раз­ность потенциалов металла и раствора по отношению к электроду сравнения. Стандартные потенциалы металлов Е₀ сведены в так называемый электрохимический ряд напряжений ме­таллов. Чем больше разница потенциалов рассматривае­мого металла относительно другого в отрицательную сторону, тем активнее этот металл растворяется в среде раствора другого металла.

Процессы и параметры травления

Эффективность процесса травления определяется реакциями диффу­зии, окисления и восстановления, протекающими на границе фаз: ме­талл - раствор и в самом растворе. Ход этих реакций можно регулиро­вать поддержанием заданной температуры и состава травителя. Кроме того, необходимо принимать во внимание сложность рисунка печат­ной платы, толщину слоя травления, тип защитного покрытия.

Большое влияние на качество оказывает скорость травления. Обычно для травления металлических слоев она составляет 10—50 мкм/мин. Так как травящий раствор постепенно истощается, необ­ходимо постоянно следить за качеством рисунка так, чтобы зазоры между проводниками становились полностью свободными от ме­талла, но чтобы не было перетрава, которое в первую очередь при­водит к сильному боковому подтравливанию. Необходимое посто­янство скорости травления достигается непрерывной регенераци­ей раствора и поддержание температуры раствора в необходимых пределах.

Качество травления характеризуется степенью бокового подтравливания рисунка, защищенного резистом. Боковое подтравливание возникает потому, что травитель растворяет металл во всех направлениях: во фронтальном и боковом. При использовании металлорезиста к простому химическому растворению металла добав­ляется электрохимическое, обусловленное электрохимической раз­ницей потенциалов между покрытием и основой. Оно обычно проявляет себя при слабой интенсивности травления, так как электрохимический подтрав связан только со временем процес­са. И чем оно короче, тем меньше электрохимический процесс подтравливания, тем меньше нависание металлорезиста над профилем проводника, тем меньше вероятность обвала кромок металлорези­ста, из-за которых может происходить перемыкание зазоров между проводниками.

Степень бокового подтравливания определяется фактором травления, который равен отношению глубины травления (n) в на­правлении, перпендикулярном поверхности заготовки, к глубине бокового подтравливания (а). Обычно а/п < 0,75.

Если фактор подтравливания устойчивый, его можно учесть при изготовлении фотошаблонов.

При выборе растворов травления учитывалась возмож­ность нежелательных реакций с выделением водорода. Его выде­ления на поверхности травления создают барьер для травителя. Конечно, при струйном травлении этот газовый барьер сбивается с поверхности тугими струями травильного раствора, но если где-либо хотя, бы кратковременно, как-то образуются застойные зоны, немедленно образующиеся пузырьки газа приведут к задержке процесса химического растворения. Для предотвращения выде­лений водорода в состав растворов травления вводят окислители, которые восстанавливают водород с образованием воды, и про­цесс идет без выделения газов.

Для травления меди и ее сплавов применяются травители на ос­нове хлорида железа (III), персульфата аммония, хлорида меди (II), хромовой кислоты, перекиси водорода и щелочного раствора хло­рита натрия. При выборе того или иного травителя, наряду с име­ющимися в наличии материалами, необходимо учитывать объем и техническую оснащенность производства, экономичность ней­трализации промстоков, возможности регенерации и извлечения меди.

Описание и принцип работы установки WAT BL-610 CE

Т

Установка WAT BL-610 CE

ехническая характеристика линии травления

Стойка управления: 1000x450 мм

Ширина конвейера: 700 мм

Эффективная ширина конвейера: 610 мм

Скорость конвейера: 0,1...3,5 м/мин

Максимальная толщина заготовок: 3,2 мм

Минимальная толщина заготовки: 0,07 мм

Электропитание: 380 В, 50 Гц, 3 фазы

Габаритные размеры (ШхГхВ): 2400x6345x1200 мм

Промышленная линия кислого травления с осцилляцией коллекторов, модулем промывки в HCl, трехкаскадной промывкой свежей водой и модулем теплой сушки.

Состав линии

Входной модуль (IP-S)

Секция входного конвейера;
Конвейер с зубчатым приводом и легко съёмными роликами;
Регулируемая скорость привода конвейера с цифровым дисплеем;
Датчик наличия плат на конвейере для управления расходом промывки чистой водой;
Кнопка аварийной остановки;
Отдельно стоящая стойка управления;

Модуль кислого травления с осцилляцией (BL-1280O)

Минимальная ёмкость бака 200 литров;
Капле-уловители на входе и выходе камеры;
1 насос 5,5 кВт, вынесенный за габариты установки, с фильтром тонкой очистки (100 мкм) в напорной магистрали;
Двигатель осцилляции коллекторов;
3 титановых нагревателя по 3 кВт каждый
Титановый змеевик охлаждения;
7 сверху / 7 снизу коллекторов с быстро съёмными форсунками;
2 манометра давления для верхних и нижних систем коллекторов соответственно;
Цифровой блок контроля температуры с функцией защиты от перегрева;
Контроль минимального уровня раствора с системой блокировки и подачи сигнала для гарантии безотказной работы насоса;
Двойные боковые прозрачные крышки из минерального стекла с замками и герконами;
Отжимные ролики на входе и выходе модуля;

Модуль химической обработки (BL-HCl-330)

Конструкция из ПВХ и Титана;
Емкость бака 30 л;
1 насос 1,5 кВт с легко съёмным фильтром;
4 коллектора из ПВХ (2 сверху / 2 снизу) с быстро съёмными форсунками;
Контроль минимального уровня раствора с системой блокировки и подачи сигнала для гарантии безотказной работы насоса;
Прозрачная верхняя крышка из минерального стекла;
Отжимные ролики на входе и выходе модуля;
Патрубок для вытяжки с туманоуловителем;

Трехкаскадный промывочный модуль с промывкой свежей водой (BL-3RR-FR)

Конструкция из ПВХ и титана;
Ёмкость баков секций: 35 л / 30 л;
1 насос 1,5 кВт с легко съёмными фильтрами;
4 коллектора из ПВХ (2 сверху / 2 снизу в каждй секции) в рециркуляционном модуле, с быстросъемными форсунками, оснащенными завихрителями;
4 коллектора из ПВХ (2 сверху / 2 снизу в каждй секции) в модуле промывки свежей водой, со специальными форсунками;
Контроль минимального уровня раствора для гарантии безотказной работы насоса;
Система перетекания свежей воды в промывные камеры;
Прозрачные крышки из минерального стекла;
Отжимные ролики на входе и выходе модуля;

Секция отжима (BL-PVA)

Конструкция из ПВХ и нержавеющей стали;
Ролики с губчатой поверхностью из ПВА (2 сверху / 2 снизу);
Увлажняющий коллектор;

Модуль теплой сушки с выходной секцией конвейера (BL-BO2445-O)

Конструкция из ПВХ и нержавеющей стали;
2 вентилятора по 3,7 кВт установленных под выходной секцией;
Воздушные щелевые ножи из нержавеющей стали (2 сверху / 2 снизу);
Простая регулировка угла положения воздушных ножей;
Фильтрация подаваемого воздуха;
Выходная секция конвейера;
Кнопка аварийной остановки;

Описание технических режимов работы установки

К

Расположение форсунок и подача травящего раствора

ачество травления зависит от качества процесса в травильной камере. Подача травильного раствора осуществляется через щелевой клин форсунок трубы-коллектора от гидронасоса.

Количество форсунок зависит от площади образца печатной платы и может варьитоваться от 36 до 75 штук. Труба-колектор с форсунками должна перемещаться относительно образца пластины с целью выравнивания количества раствора, приходящегося на единицу обрабатываемой поверхности.

Для этого имеется привод кулачкового типа который задает амплитуду сканирования форсунок шириной А\2.

Существует два основных технических режима:

1. n↑ A↓

1. n↓ A↑

Взаимодействие форсунок с обрабатываемой пластиной определяет качество травления.

Схема распределения потока травителя по форсункам и подача плат

Коллектор состоит из набора унифицированных элементов (уголки, тройники, трубы) из винипласта (поливинилхлорид) с одним подводом жидкости и большим количеством сварных соединений

Равномерность подачи давления по коллектору

Схема обработки

Список литературы

1. http://ra3ggi.qrz.ru/PCB/make_pcb.htm

2. www.ioffe.ru/journals/pjtf/2008/15/p75-80.pdf

3. www.chem.msu.su/rus/jvho/2001-3/80.pdf

Рис.1- 3 Общий вид линии щелочного травления; Кулачковый привод

осцилляции коллекторов с форсунками; Конструктивная схема

коллектора.(AutoCAD)

Слайды: Модули линии травления печатных плат:

1. Модуль травления с направляющими приводными роликами для движения печатной платы (видны титановые трубки направляющих для перемещения коллектора с форсунками); Рис.Р1000158.

2. Вид на приводной вал с кулачками привода сканирования коллектора с форсунками травильной камеры; Рис.Р1000152.

12