Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Среда, 20 ноября
 
 


Это интересно!

Ранее

Альтернативные методы изготовления печатных плат (заметки практикующего технолога — часть 3)

Завершение обзора наиболее распространенных методов изготовления печатных плат, начатого в «Производстве электроники» №1, 2 2008. В этом номере рассматриваются методы формирования проводящего подслоя в отверстиях ПП, а также составы и способы нанесения финишных покрытий.

Ламинаты и бессвинцовая пайка

Печатные платы с определенными конструктивными особенностями, изготовленные на основе практически любых ламинатов, предлагаемых на рынке в качестве совместимых с процессом бессвинцовой пайки, имеют предрасположенность к образованию трещин в структуре при воздействии присущих этому процессу высоких температур. Такие трещины, увеличивающие вероятность возникновения разрывов и коротких замыканий, образуются внутри слоя смолы и/или на границе раздела стеклоткани и препрега. Проблемы, связанные с увеличивающейся частотой возникновения трещин, и воздействие, которое они оказывают на надежность устройства в целом, требуют самого пристального внимания. К направленным на это мерам можно отнести разработку и применение более совершенных методов обнаружения трещин и прогнозирующих тестов. Кроме того, необходимы корректирующие действия, такие как снижение содержания пустот внутри ламината или конечного продукта, снижение содержания влаги при производстве печатной платы и последующей ее обработки (куда может входить адаптация уровня влажности по стандарту JSTD-020) и/или разработки новых смол и связующих агентов, более устойчивых к внутреннему давлению пара и термическому воздействию. По-видимому, все это потребует большей интеграции различных этапов производственной цепочки.

Технология получения тонких проводников и металлизация плат — противоположные задачи, одно решение

В настоящей статье представлены новейшие результаты, полученные на горизонтальной системе осаждения меди Uniplate InPulse 2, обеспечивающей равномерное распределение покрытия наряду с новым методом металлизации заготовки платы, при котором заполняются глухие микроотверстия и требуется минимальное осаждение меди на поверхности.

 

15 марта

Освоение техпроцесса прямой металлизации

При освоении любого нового техпроцесса технологам приходится сталкиваться с целым рядом проблем. Автор делится с коллегами опытом, полученным при внедрении технологии создания токопроводящего слоя в сквозных отверстиях многослойных печатных плат.





Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.

Скрыть/показать html версию статьи
background image
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОНИКИ: ТЕХНОЛОГИИ, ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ
49
№ 3, 2008
изготовление печатных плат
При освоении любого нового техпроцесса технологам приходится сталкиваться с целым рядом проблем. Автор
делится с коллегами опытом, полученным при внедрении технологии создания токопроводящего слоя в сквозных от-
верстиях многослойных печатных плат.
В последнее время процесс хими­
ческого меднения, долгие годы при­
менявшийся для создания токопро­
водящего слоя в сквозных отверстиях
многослойных печатных плат (МПП),
начал сдавать свои позиции и уступать
место техпроцессу прямой металлиза­
ции.
Поскольку
химическая
медь
осаждается не только на диэлектри­
ческие участки поверхности сквозно­
го отверстия, но и на торцы медной
фольги, то между фольгой и галь­
ванической медью возникает про­
межуточный слой химической меди
толщиной около 1 мкм. По своей
природе химически осажденная медь
имеет рыхлую, пористую структуру,
которая обладает способностью по­
глощать влагу, газы, растворы элек­
тролитов. Вследствие этого ее ме­
ханическая прочность оказывается
недостаточно высокой. Поэтому при
термовоздействиях на МПП во время
ее эксплуатации может происходить
отрыв металлизации в районе торце­
вого контакта. Чаще всего он прохо­
дит по слою химической меди.
В процессах прямой металлизации
на диэлектрические участки сквозного
отверстия наносят тонкий токопрово­
дящий слой, на который можно сразу
осаждать гальваническую медь, минуя
стадию химического меднения. При
этом между фольгой и гальванической
медью происходит эпитаксиальное
сращивание, которое обеспечивает
высокую надежность межсоединений.
Помимо повышения надежности
межсоединений процессы прямой ме­
таллизации привлекают производите­
лей печатных плат еще рядом преиму­
ществ:
– более коротким циклом обра­
ботки;
– меньшим объемом требуемых
химикатов;
– отсутствием вредного для здо­
ровья формальдегида;
– отсутствием сильных комплек­
сообразующих лигандов, затрудняю­
Евгения Николаева
, к.х.н., начальник лаборатории ОАО НИЦЭВТ
освоение техпроцесса прямой металлизации
Таблица 1. Стадии обработки плат по техпроцессу NEOPACT (вертикальный вариант)
№ п/п
Стадия процесса
Название химиката
Т, °С
t/мин
1
Кондиционирование
Conditioner Neopact
35…70
4…6
2
Микротравление
Etch Cleaner Securiganth
33…37
1…3
3
Предварительное погружение
Pre-Dip Neopact
15…25
0,5…1,5
4
Формирование проводящего слоя
Conductor Neopact
45…55
4…8
5
Удаление полимерного стабилизатора
Post-Dip Neopact
20…30
1…2
щих обработку сточных вод и отрабо­
танных растворов;
– отсутствием явления выделения
водорода при формировании токо­
проводящего слоя;
– меньшим объемом производ­
ственных стоков;
– меньшим объемом водопотреб­
ления.
Вообще, по типу токопроводящего
слоя процессы прямой металлизации
делятся на три группы:
– на основе графита;
– на основе палладия;
– на основе проводящих полиме­
ров.
Химические аспекты получения
различных токопроводящих слоев, их
достоинства и недостатки были под­
робно рассмотрены автором ранее [1].
В ОАО «НИЦЭВТ» при рекон­
струкции производства ПП из целого
ряда представленных на российском
рынке технологий прямой метал­
лизации было отдано предпочте­
ние техпроцессу NEOPACT фирмы
ATOTECH [2], по которому получают
токопроводящий слой на основе пал­
ладия.
Исторически идея получения то­
копроводящих слоев на основе пал­
ладия была позаимствована из про­
цессов активирования, применяемых
в технологии химической металли­
зации для нанесения на диэлектри­
ческую поверхность каталитически
активных центров из частиц металли­
ческого палладия. Плотность осаж­
дения палладиевых частиц при этом
была невелика, но вполне достаточна
для инициирования реакции химиче­
ского восстановления меди.
В процессах прямой металлизации
плотность осаждения палладиевых ча­
стиц и, следовательно, проводимость
полученного слоя получается значи­
тельно больше, чем на стадии активи­
рования в процессе химического мед­
нения. Поэтому электролитическое
осаждение меди становится возмож­
ным проводить сразу после нанесения
на поверхность диэлектрика слоя ме­
таллического палладия.
Фирмы — разработчики процессов
прямой металлизации по­разному ре­
шают проблему повышения проводи­
мости слоя палладия.
В техпроцессе NEOPACT каждая
из стадий процесса вносит определен­
ный вклад в решение этой проблемы
(см. табл. 1)
Как и при активировании, в про­
цессах прямой металлизации платы
обрабатывают в коллоидном раство­
ре. Дисперсной фазой в нем являются
мицеллы палладия. Каждая мицелла
состоит из палладиевого ядра, окру­
женного молекулами стабилизатора,
предотвращающего коагуляцию рас­
твора и обеспечивающего его термо­
динамическую стабильность.
В техпроцессе NEOPACT в каче­
стве стабилизатора используется ор­
ганическое высокомолекулярное со­
единение, которое адсорбируется на
частицах палладия и тем самым пре­
пятствует их слипанию, укрупнению
и выпадению в осадок.
Поверхность диэлектрика по сво­
ей природе неоднородна и состоит из
background image
Тел.: (495) 741-77-01
50
www.elcp.ru
изготовление печатных плат
стекловолокна и полимерного связую­
щего. При этом как стекло, так и смо­
ла имеют отрицательно­заряженные
группы. Поэтому перед нанесением
проводящего слоя необходима моди­
фикация поверхности.
Ее проводят на стадии кондицио­
нирования в растворе Conditioner
Neopact, содержащем поверхностно­
активное вещество катионного типа.
Адсорбируясь на диэлектрической
поверхности,
положительно­за ря­
жен ные молекулы ПАВ нейтрализуют
отрицательные заряды стекла и смолы
и придают поверхности однородные
свойства.
Молекулы ПАВ выполняют так­
же функцию адгезионного промото­
ра для органо­палладиевых мицелл,
повышая плотность их осаждения на
диэлектрической поверхности сквоз­
ного отверстия.
Адсорбция ПАВ происходит и на
медных участках поверхности, поэто­
му для ее очистки требуется стадия
микротравления, во время которой
медная поверхность подтравливается,
и с нее удаляются молекулы ПАВ.
Если удаление прошло не полно­
стью и молекулы ПАВ остались на
поверхности медной фольги, то они
будут провоцировать осаждение на
ней палладиевых частиц. Это приве­
дет к появлению на торцевом контак­
те разделительного слоя (см. рис. 1),
который снижает надежность меж­
соединения. Чтобы этого не произо­
шло, необходима хорошая струйная
промывка после стадии кондициони­
рования и достаточная концентрация
травящего агента в растворе микро­
травления.
Стадия микротравления в вер­
тикальном процессе следует по­
сле стадии кондиционирования и
проводится в растворе Etch Cleaner
Securiganth.
Нанесение токопроводящего слоя
происходит в коллоидном растворе
Conductor Neopact. Поскольку пал­
ладиевое ядро окружено молекула­
ми полимера, то вся частица в целом
проявляет сродство только к поверх­
ности диэлектрика, которая покрыта
слоем катионного ПАВ. На медной
поверхности адсорбции мицелл пал­
ладия не происходит, так как на ней
нет молекул адгезионного промотора
(ПАВ).
Для того чтобы проводимость слоя
получалась достаточно высокой, не­
обходимо следить за состоянием рас­
твора Conductor Neopact, своевремен­
но его корректировать и заменять на
свежий.
Характерной особенностью рас­
твора Conductor Neopact является то,
что коллоидный раствор составляет­
ся из исходных компонентов Neopact
Basic и Neopact Reducer непосред­
ственно перед составлением новой
ванны или корректировкой. Neopact
Basic и Neopact Reducer представля­
ют собой растворы, содержащие, со­
ответственно, соль двухвалентного
палладия и гипофосфит натрия. При
смешении указанных растворов об­
разуется окрашенный в темный цвет
органо­палладиевый коллоид, в ко­
тором соотношение концентраций
атомарного палладия [Pd] и палладия
двухвалентного [Pd
2+
] определяется
окислительно­восстановительным
потенциалом системы (ROP):
E = E
o
+ RT/nF ∙ ln [Pd
2+
]/[Pd].
ROP измеряется с помощью пла­
тинового электрода по отношению к
хлорид­серебряному электроду срав­
нения.
Проводимость слоя прямо пропор­
циональна плотности осаждения пал­
ладиевых центров, которая напрямую
зависит от содержания атомарного
палладия в коллоидном растворе. В
свою очередь, содержание атомарного
палладия определяется равновесием:
Pd
2+
+ H
2
PO
2
+ 2 H
2
O
↔ Pd + H
2
PO
4
+ 2 H
2
↑.
Как видно из уравнения реакции,
добавление гипофосфита сдвигает это
равновесие вправо.
Для получения хорошей проводи­
мости слоя величину ROP следует под­
держивать в интервале –220…–290 мВ.
Чтобы величина ROP не выходила
за указанные пределы, необходимо
поддерживать общую концентра­
цию палладия в системе на уровне
150…300 мг/л. Контроль общего со­
держания палладия в растворе про­
водят спектрофтометрическим мето­
дом. Если абсолютная величина ROP
снижается ниже допустимого уровня
(–220 мВ), то это свидетельствует о
том, что концентрация атомарного
палладия [Pd] в системе упала ниже
допустимого уровня, и ее следует под­
нимать добавлением раствора Neopact
Reducer.
При этом, чем меньше общее со­
держание палладия в коллоидном рас­
творе, тем большее количество раство­
ра Neopact Reducer следует добавлять,
чтобы получить нужную величину
ROP. Практика показала, что общая
концентрация палладия 200 мг/л яв­
ляется оптимальной для получения
хорошо проводящего слоя палладия
при низком расходе раствора Neopact
Reducer.
Несоответствующее норме состоя­
ние раствора Conductor Neopact мо­
жет приводить к непрокрытиям (см.
рис. 2). Появление указанных дефек­
Рис. 1. Разделительный слой на торце контактной площадки, вызванный плохим
удалением адгезионного промотора
(ПАВ) с поверхности медной фольги
background image
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОНИКИ: ТЕХНОЛОГИИ, ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ
51
№ 3, 2008
изготовление печатных плат
тов может быть вызвано следующими
факторами:
– снижение общей концентрации
палладия ниже 150 мг/л;
– снижение абсолютной величи­
ны ROP ниже –220 мВ;
– накопление меди в растворе бо­
лее 150 мг/л.
Поскольку на поверхности ди­
электрика адсорбируются мицеллы
палладия, то есть ядра палладия вме­
сте с полимерным стабилизатором,
то частицы металлического палладия
оказываются разделенными органи­
ческими молекулами. Поэтому для
усиления связи «Pd–Pd» и существен­
ного повышения проводимости слоя
полимерный стабилизатор должен
быть удален с поверхности.
Эта операция проводится на за­
ключительной стадии процесса в рас­
творе Post Dip Neopact. Недостаточно
эффективная обработка в Post Dip мо­
жет привести к плохой проводимости
слоя, что также проявляется в появле­
нии непрокрытий (см. рис. 3). Свое­
временная корректировка раствора
Post Dip и замена на новый раствор
позволит исключить этот дефект.
В линии NEOPACT есть еще одна
стадия — обработка в растворе Pre­
Dip Neopact, которая проводится не­
посредственно перед стадией форми­
рования проводящего слоя. После нее
промывка не требуется.
Обработка в растворе Pre­Dip не­
обходима для того, чтобы предотвра­
тить разбавление раствора Conductor
Neopact и попадание в него ионов
меди и окислителя из раствора микро­
травления.
Таким образом, все стадии тех­
процесса направлены на получение
тонкого, толщиной 10…20 нм, про­
водящего слоя с высокой плотностью
осаждения палладиевых частиц. Хо­
рошая проводимость слоя позволяет
проводить гальваническое осаждение
меди сразу после обработки плат по
процессу NEOPACT со скоростью
13…15 мкм /час. На шлифах токопро­
водящий слой должен быть практиче­
ски невидим (см. рис. 4).
Литература
1. Николаева Е. Сравнение процессов
прямой металлизации. «Производство элек-
троники» 2006, №3.
2. Neopact, технологический паспорт
техпроцесса прямой металлизации фирмы
Atotech. Издание 7 от 04.11.2002.
Рис. 2. Отклонения от нормы в работе раствора Conductor Neopact приводят к появлению
непрокрытий
Рис. 3. Неполное удаление полимерного стабилизатора в растворе Post Dip может
приводить к появлению непрокрытий
Рис. 4. Вид торцевого контакта при оптимально идущем процессе прямой металлизации
background image
Оцените материал:

Автор: Евгения Николаева, к.х.н., начальник лаборатории ОАО НИЦЭВТ



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты