Метод виготовлення комутаційних плат

Метод виготовлення комутаційних плат, за яким виготовляють діелектричні заготовки з отворами, далі підготовляють поверхні діелектричних заготовок для осадження тонкого шару міді, одночасно осаджують у вакуумі тонкий шар міді на поверхню діелектричних заготовок і на стінки монтажних перехідних отворів, формують малюнок комутаційних плат на поверхні діелектричних заготовок шляхом нанесення фоторезисту та доосаджують шар міді на поверхні та на стінки отворів діелектричних заготовок, який відрізняється тим, що перед осадженням тонкого шару міді підготовляють поверхні діелектричних заготовок для чого розміщують декілька діелектричних заготовок і визначену кількість безводного форміату двовале C2 2 (19) 1 3 Прототип включає операції: виготовляють діелектричні заготовки з отворами, підготовляють поверхні плат, одночасно осаджують шар металу на поверхню діелектричних заготовок і на стінки отворів розпиленням міді, струменем, що створюється в магнетроні і направлений перпендикулярно до поверхні заготовки, формують рисунок комутаційних плат, гальванічно нарощують провідники на поверхні плат і в отворах, видаляють фоторезист і видаляють підшар металу з пробільних місць. Однак прототип має істотні недоліки. Магнетронний метод не забезпечує необхідну адгезію шару міді до діелектричної основи внаслідок того, що шар міді має високе внутрішнє напруження, що призводить до розтріскування та відшарування шару міді від основи. При цьому діелектричні властивості плат (тангенс кута діелектричних втрат tg, відносна діелектрична проникність ) погіршуються через погане видалення з пробільних місць атомів міді, що проникають при розпиленні цим метолом у поверхневий шар плати. Метод не вирішує проблему якості металізації отворів плат, оскільки іони міді при розпиленні в силу фізичного механізму цього методу спрямовані перпендикулярно до площини заготовки та паралельно стінкам отворів, що металізуються і погано, з порушенням суцільності, їх покривають. В основу винаходу поставлена задача: розробити метод виготовлення комутаційних плат, у якому забезпечується більш висока адгезія шару міді до поверхні і стінок монтажних (перехідних) отворів заготовок плат та щільність покриття і його товщина на стінках заготовок і в отворах. Більш висока керованість процесом осадження шару, що, у свою чергу, підвищує якість комутаційних плат і технологічність їх виробництва, знижує забруднення навколишнього середовища відходами виробництва, а також знижує витрати міді. Поставлена задача вирішена тим, що метод виготовлення комутаційних плат, який включає операції: виготовляють діелектричні заготовки з отворами, далі підготовляють поверхні заготовок для нанесення тонкого шару міді, потім осаджують підшар міді на поверхню заготовок і на стінки отворів, а далі формують рисунок комутаційних плат на поверхні заготовок шляхом нанесення фоторезисту, потім формують шар міді на поверхні заготовок і на стінках отворів, далі видаляють фоторезист і стравлюють підшар міді з пробільних місць, згідно з винаходом, підготовляють поверхні заготовок для нанесення шару міді у такий спосіб: розміщують декілька заготовок і певну кількість безводного форміату двовалентної міді в вакуумну камеру, в якій створюють і підтримують розрідження (1-3)- 10-2 мм.рт.ст., після чого нагрівають заготовки до температури 170-180 °С і підтримують її протягом не менше ніж 20 хвилин, потім підвищують температуру заготовок до 190-200 ºС та підтримують її до кінця процесу осадження підкладок міді, а осаджують підшар міді на поверхні заготовок та отворів у такий спосіб: нагрівають форміат міді до температури його випаровування, що дорівнює 180-185 ºС, випарюють форміат міді шляхом формування у вакуумній камері туману із частинок 94328 4 форміату міді, рівномірно розподілених по всьому об'єму камери, при цьому частинки туману із форміату міді дотикаються до поверхневих стінок заготовок та отворів, нагрітими до температури розкладання форміату міді, рівної 190-200 °С, внаслідок чого частинки форміату міді розкладаються на мідь і гази: СО2 і Н2, та формують на поверхнях монтажних (перехідних) отворів і заготовок тонкий щільний шар міді, що міцно зчеплений з поверхнями заготовок і отворів у них з однаковою товщиною шару міді як в отворах, так і на плоских поверхнях заготовок. Низька температура розкладання форміату міді дозволяє застосувати як заготовки різні матеріали на полімерній основі, широко використовувані в промисловості (склопластики марок СТЕФ-1, ФР-4, поліамід та ін.) Хімічна реакція цієї операції виражена у такий спосіб:    Cu(HCOO)2 Cu+2CO2 +Н2 Пропонований метод виготовлення комутаційних плат реалізують наступним чином. Виготовляють заготовки плат з діелектричного матеріалу переважно у вигляді пластин з отворами, далі розміщують заготовки у вакуумній камері, де очищують поверхню заготовок від різного роду забруднень, переважно від сорбованої плівки води у вигляді мономолекулярного шару на поверхні заготовки. Очистку здійснюють шляхом нагріву заготовок при температурі 175-180 °С у вакуумі при тиску (1-3) - 10-2 мм.рт.ст. Потім формують за допомогою фоторезистора рисунок комутаційних плат. Надалі у цій же вакуумній камері при тому ж вакуумі на нагріті до 190-200 °С заготовки наносять шар міді одночасно на поверхню заготовки і стінки монтажних (перехідних) отворів, для чого випаровують безводний форміат міді, заздалегідь розміщений у вакуумній камері, і нагрівають його до температури 170-185 °С. При вакуумі (1-3)- 10-2 мм рт.ст. забезпечується висока швидкість осадження шару міді до 50 мкм/хв. на заготовку з отворами. Після стандартних операцій виготовлення заготовок комутаційних плат проводить їх термовакуумну очистку в термовакуумній шафі при 175180 °С. Потім нагрівають заготовки до 190-200 °С, наносять шар міді на нагріті очищені заготовки при 190-200 °С для чого нагрівають безводний форміат двовалентної міді в спеціальному реакторі, встановленому в камеру вакуумної установки, наприклад, типу УВН-74П, що забезпечує рух в квазізамкненому об'ємі газоподібних продуктів розкладу в напрямку заготовок плат. Необхідний ступінь вакууму (1-3)х10-2 мм рт.ст. забезпечується форвакуумним насосом, наприклад, типу НВПР-16П. При цьому шар міді має низький електричний опір з дрібноокристалічною структурою і високою однорідністю. Згідно з запропонованим методом заготовки плати знаходяться в оточенні парів металевих сполук, молекули яких хаотично рухаються в різних напрямках, чим досягається рівномірне нанесення шарів металу на горизонтальні і вертикальні поверхні одночасно і, тим самим, здійснюється металізація отворів плат малих діаметрів (0.2 мм і менше при товщині заготовки 1 мм). Одержувані таким чином покриття є суцільними і ма 5 94328 ють більш високу адгезією, що пояснюється тим, що при розриві хімічних зв'язків молекули форміату міді, атом міді знаходиться в збудженому стані і здатний утворити міцний зв'язок з поверхнею. Величина адгезії шару міді до поверхні заготовки збільшується внаслідок того, що забезпечується, по-перше, більш висока чистота поверхні заготовок і, по-друге, нагрів заготовок до 175-180 °С у вакуумі, при якому сорбційна плівка води у вигляді мономолекулярного шару вивітрюється. Причина: підвищення чистоти поверхні зумовлює наслідок збільшення адгезії шару міді до поверхні заготовки - адгезія зростає до 100 кг/см2 замість 20 кг/см у прототипі. При цьому, що суттєво, шар міді одержують при більш низьких температурах заготовки, ніж у прототипі. Вакуум (1-3)- 10-2 мм рт.ст. забезпечує утворення парового туману з форміату міді, що випарився та рівномірно розподілений по об'єму вакуумної камери, внаслідок чого він рівномірно осідає як на поверхні заготовок, так і на поверхні стінок отворів малого діаметра. При осадженні на нагріті до 190-200 °С поверхні заготовок і отворів пари органічних солей міді розкладаються на мідь, вуглекислий газ та водень. При цьому гази СО2 і Н2 відкачуються вакуумним насосом, а мідь у вигляді щільного шару прилипає до поверхонь заготовок і отворів. Внаслідок цього забезпечується однакова товщина шару міді як на поверхні заготовок, так і в отворах, і надійне з'єднання мідного шару на поверхнях отворів і заготовок. Наявність вільного водню як відновлюваного середовища сприяє одержанню шарів міді високої якості з низьким електричним опором, що є додатковою перевагою пропонованого методу. Приклади здійснення методу. Приклад 1 Заготовки із склопластика марки СТЕФ-1 розміром 200x100x1 мм в кількості 10 штук розміщували у вакуумній камері, проводили термовакуумну підготовку - очищення заготовок при вакуумі (12) 10-2 мм рт.ст. нагріванням заготовок до температури 170-180 °С впродовж 30 хв. У вакуумній камері вакуумної установки типу УВН-74П, розмі 6 щували форміат двовалентної міді у кількості 100 г. Вакуум створювався форвакуумним насосом марки НВПР-16П. Потім підвищували температуру до 190-200 °С і підтримували її до кінця процесу осадження шару міді, котрий осаджували у такий спосіб: Нагрівали форміат міді до температури випарювання, яка дорівнює 180-185 °С. Випарювали форміат з тигля, що нагрівався, створюючи туман з частини форміату міді при вакуумі (1-2) 102 мм рт.ст. Частинки форміату міді, дотикаючись до поверхні заготовок, нагріті до температури розкладання форміату, яка дорівнює 195-200 °С, розкладались на Сu, СО2 і Н2. За хімічною реакцією    Сu(НСОО)2 Сu+2СО2 +H2 . При цьому осаджувався щільний шар міді товщиною 12 мкм однакової товщини як на плоских стінках всіх заготовок, так і на поверхнях всіх отворів (у 200 штук) на кожній заготовці. Товщина шару міді визначалася мікрометричною скобою ГОСТ 11098-75С з точністю 1 мкм. Різниця товщин шару міді на площині і в отворах не перевищувала 1 мкм. Сполучення шару міді на стінках отворів і на поверхні плоскої заготовки було міцним, забезпечувалася нерозривність, щільність мідного шару. Приклади 2-5 Умови експерименту такі ж, як у прикладі 1, за виключенням: при прогріві заготовок при температурах, менших за 185 °С адгезія шару міді до покриття різко знижувалась до 10 кг/см2. Також знижувалась адгезія при погіршенні вакууму (тиск більше 2 мм рт.ст.). При більш високому вакууму більша частина форміату міді, що випарився, відкачувалась вакуумним насосом. При прогріві заготовок менше 20 хв. всі забруднення з поверхні заготовок не встигали вивітрюватися, що призводило до зниження адгезії покриття. При збільшенні часу прогріву заготовок більше 20 хв. адгезія залишалася достатньо міцною і не збільшувалась. Як видно з табл. оптимальними режимами, що виявлені в результаті багаточисленних експериментів є режими, що приведені у формулі. Таблиця Залежність адгезії шару міді до поверхні заготовок з матеріалу СТЕФ-1 при вакуумі 2- 10-2 мм рт.ст. попередньої термовакуумної обробки заготовок впродовж 30 хв. при їх температурі 175 °С Температура заготовки, °С при випаровуванні форміату міді 175 180 185 190 195 200 205 210 Результати випробувань і оптимізації технологічних режимів техпроцесу, що пропонується, наведені в табл. Температурні і часові режими опти Адгезія, кг/см2 – 10,0 20,0 100,0 100,0 110,0 8,0 потемніння плати мізовані за критеріями якості шарів міді, що осаджуються (дрібнозерниста структура шару міді, без домішок, з високою адгезією до поверхні пла 7 94328 ти, суцільність шару міді на вертикальних стінках отворів). Використання запропонованого методу дозволяє також знизити трудомісткість виготовлення плат, а також одержати економію матеріалів і електроенергії. Впровадження пропонованого методу можливе на підприємствах радіотехнічного і приладобу Комп’ютерна верстка В. Мацело 8 дівного профілю. В процесі проведення розробки методу і випробувань були виготовлені експериментальні зразки тест-плат і плат конкретного призначення на замовлення підприємств вказаного профілю. Виготовлені зразки задовольняють технічним вимогам виробництва. Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601