Процесс прямого покрытия ViaKing

Последовательность процесса прямого покрытия ViaKing приведена на рис. 1.

Рис. 1. Последовательность процесса прямого покрытия ViaKing

Кондиционер 201 — это умеренно щелочной раствор, предназначенный для очистки и кондиционирования поверхности и отверстий заготовок печатных плат. Кондиционер 201 содержит кондиционирующие компоненты, которые подготавливают стекловолокно и диэлектрик для надежной абсорбции дисперсии графита.

Кондуктиватор 202 — это умеренно щелочная проводящая коллоидная дисперсия на основе графита. Графит вместе со специальным органическим связующим образует отрицательно заряженные частицы, которые притягиваются к положительно заряженной поверхности заготовки после обработки ее в растворе кондиционера (рис. 2).

Рис. 2. Механизм подготовки поверхности перед нанесением графитовой дисперсии

Кондуктиватор 202 покрывает всю заготовку печатной платы проводящим графитовым слоем. На стенках отверстий этот проводящий слой образует тонкое покрытие (рис. 3). Частицы графита имеют очень малые размеры (от 0,5 до 1 мкм), характеризуются хорошей проводимостью, достаточной для последующего сцепления с электрохимической медью, и обеспечивают полное покрытие по всей поверхности отверстий.

Рис. 3. Образование коллоидного слоя

Затем графитовый слой удаляют специальной обработкой со всех медных поверхностей, в том числе и с поверхности внутренних контактных площадок (рис. 4), чтобы он не образовал разделительного слоя между медью заготовки и последующей гальванической медью. Струйная промывка под высоким давлением удаляет избыток графитного материала и способствует частичной полимеризации покрытия ViaKing (рис. 5).

Рис. 4. Удаление непрореагировавшего коллоида

Рис. 5. Поверхность заготовок после промывки

Проводящий коллоидный слой должен быть высушен перед стадией микротравления, иначе графитный слой с поверхности стеклотекстолита будет «смыт» в процессе микротравления. Минимальная температура сушки — +60 °C, время — 25 с (рис. 6, 7).

Рис. 6. Образование прочной связи коллоидного графита с поверхностью заготовки

Рис. 7. Связи ViaKing в процессе нагрева

На этом этапе вся поверхность заготовки покрыта ViaKing, включая медную поверхность и внутренние контактные площадки (рис. 8).

Рис. 8. Поверхность заготовки после сушки

Далее следует операция микротравления J-KEM 7227 S. На этой стадии происходит удаление покрытия ViaKing с медной поверхности, включая медную поверхность внутренних контактных площадок. Для правильного протекания процесса необходимо обеспечить степень травления 0,25-0,35 мкм.

Механизм очистки медной поверхности — это избирательное травление меди. Раствор микротравителя проникает сквозь поры высушенного графита и травит медь (только медную фольгу на поверхности заготовки и внутренние контактные площадки). Поверхность стеклотекстолита не подвергается травлению, таким образом, проводящий графитовый слой остается нетронутым на поверхности диэлектрика. Не прилегающий более к поверхности заготовки слой графита крошится и может быть легко удален с поверхности меди. Процесс микротравления обеспечивает хорошую поверхностную микроструктуру, что необходимо для последующей операции нанесения фоторезиста.

На данном этапе вся медная поверхность «чистая». На медной поверхности и внутренних контактных площадках нет остатков графита, очистителя/кондиционера и других частиц (рис. 9).

Рис. 9. Поверхность меди после операции микротравления

После стадии микротравления медная поверхность уже подготовлена для нанесения фоторезиста (рисунка печатной схемы). Внутренние контактные площадки в отверстиях готовы к гальваническому меднению.

PAT 790 — это умеренно кислый раствор, защищающий подтравленную медную поверхность от окисления перед нанесением фоторезиста и электрохимическим меднением. Он не оставляет следов на медных поверхностях, не влияет на липкость пленочных материалов и равномерность последующих гальванических слоев.

Во время финальной сушки поверхность и отверстия заготовки должны быть тщательно высушены во избежание окисления. Минимальная температура — +60 °C, время — 20 с.

На рис. 10 приведена фотография заготовки, которая прошла весь процесс прямого покрытия ViaKing.

Рис. 10. Поверхность, подготовленная ViaKing

Рассмотрим некоторые особенности изготовления печатных плат по технологии ViaKing:

• В процессе производства многослойных печатных плат, когда необходимо готовить слои перед прессованием, после прямого покрытия ViaKing нельзя использовать щелочные очистители.
• Если по какой-то причине фоторезист был снят с заготовки, обработанной по процессу ViaKing, до операции электрохимического меднения, необходимо повторить процесс прямого нанесения ViaKing.
• Для удаления наволакиваний после операции сверления для многослойных печатных плат требуется использовать процесс пер-манганатной или плазменной обработки. Следует использовать процесс перманганатной обработки J-KEM Desmear, так как он был специально разработан для этой цели. Применение нейтрализаторов другого состава может отрицательно повлиять на очиститель/кондиционер 201.

Качество сверления играет важную роль для получения сплошного покрытия в отверстиях печатных плат (рис. 11). При нарушении режимов резания или при сверлении неправильно заточенными сверлами возможно появление вырывов на стенках отверстия. Величина этих вырывов не должна превышать 50 мкм. Но при этом поверхность стенок отверстия должна иметь шероховатость, достаточную для адгезии последующего покровного слоя. Внутри отверстия не должно быть продуктов резания — заусенцев, волосков. Столбик отверстия должен быть ровным. Не допускается наличие гвоздевого эффекта, который при травлении приводит к кольцевому протраву. Приведенные замечания относятся не только к графитовой, но и к палладиевой прямой металлизации, а также к химическому меднению.

Рис. 11. Качество сверления

Для стабильной работы и предотвращения брака при работе с процессом прямого покрытия ViaKing разработаны несколько методов контроля графитового покрытия:

• Тест на стабильность коллоидной дисперсии на основе графита.
  — растирание на стекле;
  — тест седиментации.
• Back light тест, или тест на просвет.
• Гальваническое меднение (затяжка) 60 с.
• Изготовление микрошлифов.

Рассмотрим некоторые из этих методов.

Для проведения теста на растирание на стекле необходимо взять из рабочей ванны некоторое количество рабочего раствора кондуктиватора 202, нанести его на приборное стекло, а другим приборным стеклом размазать по всей поверхности стекла. Раствор должен равномерно заполнить поверхность стекла, без образования скоагулированных частиц. В процессе высыхания раствора на стекле не должно быть нарушения сплошности пленки (рис. 12).

Рис. 12. Растирание на стекле

Для проведения теста на седиментацию рабочий раствор кондуктиватора 202 заливают в высокий цилиндр и дают отстояться в течение 24 ч. Затем проводят оценку работоспособности рабочего раствора. Высота верхнего, практически прозрачного слоя воды должна составлять от 1 до 15 мм (рис. 13).

Рис. 13. Седиментация

Back light тест используется для проверки качества прямого покрытия ViaKing на стенках отверстий из стекловолокна и эпоксидной смолы. Для проведения теста необходимо вырезать в плате несколько отверстий, которые нужно проверить. Следует отшлифовать образец так, чтобы он выглядел, как показано на рис. 14. Рассмотрите поверхность стенок отверстий под микроскопом. Оцените поверхность стенок по шкале, представленной на рис. 15, и сделайте вывод о качестве покрытия:

• 5-8,5 — образец не прошел тест.
• 9 — образец прошел тест, но с оговорками.
• 9,5-10 — образец прошел тест.

Рис. 14. Образец шлифа для проведения теста на просвет

Рис. 15. Поверхность стенок отверстий под микроскопом (увеличение 50-100×)

Процесс прямого покрытия ViaKing универсален. Область его применения очень широка:

• микроотверстия;
• гибкие печатные платы;
• PTFE-Teflon и платы, наполненные керамикой;
• экзотические и смешанные материалы.

На рис. 16 представлены фотографии шлифов глухих отверстий, покрытых по процессу ViaKing. На приведенных фотографиях видно, что в отверстиях отсутствует разделительный слой между медной фольгой заготовки и гальванически нанесенной медью — чистая медь.

Рис. 16. Примеры шлифов глухих отверстий, покрытых по процессу ViaKing

На рис. 17 представлены фотографии шлифов отверстия, покрытого по процессу ViaKing. Образец прошел жесткие испытания на термоудар.

Рис. 17. Шлифы отверстия, покрытого по процессу ViaKing (испытание на термоудар)

Медное покрытие с успехом выдержало испытания термоударом. На стенках отверстия нет отслоений и вздутий медного слоя. По сравнению с аналогичными системами прямого покрытия стенок отверстий печатных плат ViaKing имеет следующие преимущества:

• Хорошая проводимость.
• Покрытие ViaKing не чувствительно к блескообразователям.
• ViaKing не требует двойной обработки для получения хорошей проводимости.
• После проявления фоторезиста не увеличивается сопротивление графитового покрытия.
• Покрытие ViaKing не ухудшает рассеивающую способность электролита меднения и не требует повышенной плотности тока для начала процесса гальванической металлизации.
• Коллоидная дисперсия ViaKing стабильна и не чувствительна к жесткой воде.
• Толщина графитового покрытия постоянна.
• Тонкое графитовое покрытие гарантирует отличную адгезию внутри отверстия и хорошую смачиваемость стекла.
• Тонкий графитовый слой легко удаляется в стадии микротравления, остается чистая медь.

Для отечественных производителей печатных плат основным сдерживающим фактором в использовании процесса на основе графита является высокая стоимость горизонтальной конвейерной линии.

Литература

1. Лунквист Ю., Медведев А., Салтыкова В. Печатные платы. Системы прямой металлизации // Компоненты и технологии. 2003. № 3.