Способ изготовления печатных плат

Способ изготовления печатных плат

Реферат

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении 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 (резистом) [1]. После вытравливания и удаления слоя резиста с проводящих дорожек получают рисунок электропроводящей схемы.

Однако, как установлено экспериментально, к медным электропроводящим дорожкам, не защищенным от воздействия окружающей среды, из-за наличия на их поверхности окиси меди невозможно что-либо припаять свинцово-оловянным припоем с канифольным флюсом. Удаление окиси меди с поверхности медных дорожек травильными растворами приведет к разрушению дорожек.

Известен также 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, как и выше приведенный, является очень трудоемким, дорогостоящим, экологически грязным, требующим утилизации гальванических отходов, выделение меди из раствора электоролита.

Гальванические покрытия являются пористыми. При этом в порах всегда присутствуют продукты гидролиза, водород в виде гидридов [2], [3], [4]. Наличие водорода и электролита 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.

Большие трудности возникают при металлизации отверстий, соединяющих дорожки, расположенные на разных сторонах стеклотекстолитовой платы. Возникают трещины, сколы покрытия, которые обычным визуальным наблюдением нельзя обнаружить. Использование диэлектрика, например стеклотекстолита, в качестве платы также не всегда оправдано по следующим причинам:

- возможно его старение во время эксплуатации (относится также к защитному лаку);

- образование просветлений в стеклотекстолите - дефект пластины, проявляющийся в появлении белой сыпи;

- возможно разрушение пластины при временных электрических нагрузках;

- низкая теплопроводность по сравнению с металлическими пластинами;

- расслоения в стеклотекстолите;

- отслоение фольги от стеклотекстолита - возникает при термоударе в процессе оплавления покрытия олово-свинец или при пайке волной;

- наличие разрыхления стенок и ворс в отверстиях;

- невозможность получения многослойных печатных плат на одной основе даже в том случае, если вместо стеклотекстолита использовать металлическую пластину.

Гальваническим методом невозможно получить диэлектрический слой, затем на него нанести электропроводящий, и снова повторить процесс.

В качестве прототипа взят способ изготовления печатных плат [5] с нанесением диэлектрического оксидо-хромового покрытия путем термораспада хромоорганических соединений в присутствии многоатомных спиртов и последующим нанесением электропроводящего покрытия, например никелевого или кобальтового, путем термораспада МОС этих металлов (дициклопентадиенил никеля или кобальта). Эти покрытия хорошо паяются, устойчивы к окислению на воздухе, инертны по отношению к влаге, поэтому их не надо дополнительно защищать лаком. Однако эти покрытия обладают большим электросопротивлением, и для получения электрической схемы необходимо также применение фотолитографии, травления, утилизации гальванических отходов.

Задачей изобретения является получение печатных плат с хорошо паяющейся электропроводящей схемой, устойчивой к окислению и имеющей электросопротивление меньше, чем у меди, получение электрической схемы на термостойком материале без применения метода фотолитографии, повышение экологической чистоты технологического процесса.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления печатных плат, включающем нанесение диэлектрического оксидо-хромового черного покрытия на термостойкую электропроводящую пластину и получение рисунка электропроводящей схемы, рисунок электропроводящей схемы на диэлектрическом покрытии получают нанесением через трафарет состава, содержащего окись серебра, нагреванием в печи до температуры 300-600°С в течение 5-10 минут и последующим охлаждением.

Способ осуществляется следующим образом. Термостойкую металлическую пластинку покрывают диэлектрическим оксидо-хромовым покрытием черного цвета, на которое с помощью трафарета наносится состав, содержащий окись серебра. Затем пластину помещают в электропечь, выдерживают в течение 5-10 минут при температуре 300-600°С и охлаждают.

Пример 1. Медную пластину толщиной 2 мм помещают в вакуумную камеру. Диэлектрическое оксидо-хромовое покрытие толщиной 10 мкм, удельным электросопротивлением ρ=1×10⁹Ом·см получают по способу [5]. Затем на поверхность диэлектрического покрытия с помощью трафарета наносят состав, содержащий 60% окиси серебра, помещают в электрический шкаф, нагретый до температуры 300°С, выдерживают 10 минут и охлаждают. При этих условиях на поверхности диэлектрического оксидо-хромового покрытия образуется металлическая, хорошо паяющаяся электросхема с толщиной дорожки 15 мкм и электросопротивлением ρ<0,1 Ом·см.

Пример 2. Аналогичным образом проводят осаждение диэлектрического оксидо-хромового покрытия толщиной 12 мкм, удельным электросопротивлением ρ=1,1×10¹⁰ Ом·см, а затем с помощью трафарета на поверхность наносят состав, содержащий 70% окиси серебра, и нагревают при 600°С в течение 5 минут, а затем охлаждают. При этом на диэлектрическом оксидо-хромовом покрытии образуется электропроводящая схема толщиной 40 мкм с удельным электросопротивлением ρ<0,1 Ом·см.

Экспериментально установлено, что толщина электропроводящего серебряного покрытия должна быть не менее 15 мкм и не толще 40 мкм. При толщине менее 15 мкм образуется пористое покрытие, при толщине более 40 мкм образуются трещины.

Путем сочетания разных показателей температуры и времени нагрева состава на основе серебра можно получать электропроводящее серебряное покрытие нужной толщины.

Если температура нагрева состава на основе серебра менее 300°С, то образуется стекловидная, блестящая пленка с плохой электропроводимостью.

Температура выше 600°С не целесообразна, т.к. уже до этой температуры образуются серебряные дорожки с хорошей паяемостью и электросопротивлением меньше, чем у меди.

Нагревание состава на основе серебра проводят в течение 5-10 минут. Если время будет меньше 5 минут, то его не достаточно для образования серебряной пленки. Нагревание более 10 минут не целесообразно из-за расхода электроэнергии, т.к. уже после 10 минут образуется хорошо паяющаяся, электропроводная серебряная пленка.

Литература

1. Федулова А.А., Котова Е.А., Явич Э.Р. Многослойные печатные платы М: Сов. Радио, 1977. С.248

2. Реми Г. Курс неорганической химии: В 2 Т.М: Иностр. литер., 1963. Т.1. С.20; Т.2. С.836.

3. Некрасов Б.В. Курс общей химии. М.; Л.: Госхимиздат, 1960. С.974.

4. Михеева В.И. Гидриды переходных металлов. М: Изд-во АН СССР, 1960. С.212.

5. Патент №2246558. Способ изготовления печатных плат. Бюллетень №5, 2005 г. Прототип.

Способ изготовления печатных плат, включающий нанесение диэлектрического оксидо-хромового черного покрытия на термостойкую электропроводящую пластину и получение рисунка электропроводящей схемы, отличающийся тем, что рисунок электропроводящей схемы на диэлектрическом покрытии получают нанесением через трафарет состава, содержащего окись серебра, нагреванием в электропечи до температуры 300-600°С в течение 5-10 мин и последующим охлаждением.