элект
А. МЕДВЕДЕВ
Т ехнология
производства
печатных плат

ТЕХНОСФЕРА
ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ Г	f Д— Ik
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ	’****'" FIVJ
РТС ИНЖИНИРИНГ - RTS ENGINEERING - PTC ИНЖИНИРИНГ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И РЕМОНТНЫЕ СТАНЦИИ
ЛАЗЕРНЫЕ ПЛОТТЕРЫ
ЛИНИИ СУШКИ И ЗАДУБЛИВАНИЯ
НАНЕСЕНИЕ ФОТОРЕЗИСТОВ
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ЛУЖЕНИЯ
ОПТИЧЕСКИЙ контроль
ПРЕССЫ И ПРЕССФОРМЫ ДЛЯ МПП
ПРОБИВКА БАЗОВЫХ ОТВЕРСТИЙ
ПРОЯВЛЕНИЕ И СНЯТИЕ ФОТОРЕЗИСТА
РАСКРОЙ БАЗОВОГО МАТЕРИАЛА
СВЕРЛИЛЬНЫЕ И ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ
СЕТКО-ТРАФАРЕТНАЯ ПЕЧАТЬ
СКРАЙБИРОВАНИЕ
ТРАВЛЕНИЕ (КИСЛОЕ, ЩЕЛОЧНОЕ)
УСТАНОВКИ ЭКСПОНИРОВАНИЯ
ХИМИКО-ГАЛЬВАН. МЕТАЛЛИЗАЦИЯ
ЩЁТОЧНЫЕ МАШИНЫ, ВАЛЫ И ЩЁТКИ
ЭЛЕКТРОКОНТРОЛЬ ПП И СЛОЁВ
МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ПП
ХИМИКАТЫ И КОНЦЕНТРАТЫ
СВЁРЛА, ФРЕЗЫ, ЦАНГИ,
ЗАТОЧНЫЕ СТАНКИ
ПУСКО-НАЛАДКА, РЕМОНТ, ЗАПЧАСТИ,
СЕРВИС ОБОРУДОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОКОНТРОЛЬ ПП ЗАКАЗЧИКОВ
ДОСТУПНЫЕ И ГИБКИЕ ЦЕНЫ
СИСТЕМА СКИДОК
КРЕДИТЫ, ЛИЗИНГ, ПОЭТАПНАЯ ОПЛАТА
ООО “РТС ИНЖИНИРИНГ”
Web site: http //wwwrts-engineenng.ru
Теп (095)964-4748.964-9670
Факс . (095) 964-4739
E-mail main@rts-engineering ru
е кто о н и ки
А. МЕДВЕДЕВ
Технология
производства
печатных плат
ТЕХНОСФЕРА
Москва
2005
А. Медведев
Технология производства печатных плат
Москва:
Техносфера, 2005. — 360с. ISBN 5-94836-052-0
Вторая книга серии, начатой ранее изданным руководством А. М. Мед-
ведева «Печатные платы. Конструкции и материалы». Монография содер-
жит детальное изложение механических и электрохимических процессов
производства печатных плат, включая бесстружечную обработку, лазерное
сверление, очистку отверстий поверхностей, химическую и прямую ме-
таллизацию, финишные и контактные покрытия, а также вопросов тес-
тирования и технологического обеспечения надежности межсоединений.
Книга предназначена для профессиональных технологов, инженеров-
разработчиков и практиков.
© 2005. А. М. Медведев
© 2005, ЗАО «РИЦ «Техносфера»
оригинал-макет, оформление.
ISBN 5-94836-052-0
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО - ЭТО ВЫБОР ТЕХ,
КТО СТРЕМИТСЯ К КАЧЕСТВУ И ЦЕНИТ СВОЕ ВРЕМЯ И ДЕНЬГИ!
РЕЗОНИТ
124460 Москва, Зеленоград, а -я 31
ui ак (095)777-80-80.730-50-00
Е-таЯ: pcMrezontt.ru
197342, г. Санкт-Петербург,
ул. Сердобольская, д.64, литер д офис 322
19л.: (812)608-80-80,115-68-18
Е-таМ: spMrezontt.ru
^CERT=^
ISO 9001 : 2000
Содержание
Предисловие автора.....................................18
Глава 1
Прессование МПП .....................................  23
1.1.	Свойства склеивающих листов....................24
1.1.1.	Содержание связующего (наноса смолы) ......24
1.1.2.	Растворимость полуотвержденной смолы.......25
1.1.3.	Текучесть смолы............................26
1.1.4.	Содержание летучих.........................28
1.1.5.	Свойства склеивающих листов................28
1.1.6.	Условия хранения склеивающих листов
(прокладочных стеклотканей) ......................29
1.2.	Подготовка слоев к прессованию.................31
1.3.	Комплектование пакетов для прессования МПП......34
1.4.	Конструкции прессов и пресс-форм ..............34
1.5.	Процессы прессования ..........................39
1.6.	Причины дефектов при прессовании
и методы устранения ................................43
Глава 2
Сверление .............................................47
2.1.	Механическое сверление.... ....................47
2.1.1.	Выбор и оценка качества сверл[4] ..........47
2.1.2.	Сверление [4] .............................54
2.1.3.	Фрезерование [4]...........................55
2.1.4.	Влияние конструкции сверла
на качество сверления. ........................   58
2.1.5.	Точность сверления.........................58
2.1.6.	Переточка сверл. ..................... ..... .59
2.1.7.	Режимы резания.............................60
2.1.8.	Характерные дефекты сверления	.. .63
2.2	Бесстружечная обработка.........................64
2.2.1.	Раскрой материалов.........................64
О Образцовая модель
LPKF MicroLine 600
для сверления микроотверстий и
резки подложек печатных плат.
Лазерная система для самых высоких
требований:
-	Рабочая область 640 х 560 х 50 мм
-	Длина волны лазере 355 нм
-	Производительность сверления до
250 отверстий/сек в материале RCC
Скорость структурирования до
300 мм/сек, в зависимости от
материала
-	Точность позиционирования 15 pm
Минимальный диаметр отверстий
50 pm
-	Ширина изоляционного канала >25 pm
О Спектр наших возможностей
LPKF Laser & Electronics AG специа-
лизируется на механических и лазе-
рных системах, предназначенных
для разработки и производства элек-
тронных модулей. Благодаря своим
новым технологиям и новшествам,
LPKF достигла в существенных обла-
стях производства лидирующие поз-
иции на мировом рынке.
LPKF предлагает:
-	механические системы для быстрого
производства печатных плат
-	лазерные системы для производства
печатных плат и электронного обору-
дования
	системы и технологию для произво-
дства трафаретов
-	производство трехмерных монтаж-
ных носителей
Серия машин LPKF MicroLine
для прецизионного произво-
дства печатных плат
Системы серии LPKF MicroLine предназначены специально
для прецизионной обработки печатных плат. Главное их
назначение - это сверление микроотверстий в платах HDI.
Ультрефиолетовый лазер прорывает медное покрытие, а также
эпоксидную смолу и стекловолокно.
Кроме того эти лазерные системы служат в качестве
мультифункциональных инструментов. Особо выгодны они
производителю гибких и жестко-гибких печатных плат в связи с
высочайшей прецизионностью резки контуров. Поддаются резке
даже уже скомпанованные печатные платы.
Представительства в России и на Украинв-
LPKF laser & Electronics AG Osteriede 7 D-30827 GaiDsen Germany Ten. <49(0)5131-7095-0 Факс •49(0)5131-7095-90 lfKt@lpkl.de wwwlpklru
Alllmpex Россия. 101990 Москва ул. Мясницкая 35, кон 435 Тел <7095 433-2097 Факс -7095-933-209? adz-s«isor@narod г и
SE Special Electronic 119571. Москва пр г Вернадского, д 127 Тел. •7095 4 332582 Факс-7095 4 34 9496 к1о@я>еса1 то
SE Special Electronic 19И04. Санкт-Петербург ул Рылеева, д. 1/9. офис 31 Тел <7812-275-3860 Факс+7812-273-4908 ?oot@sespdsu
VDMAlS ОЮЗЗ. Киев Володимирсхая ул . Ю1 Жнпянская ул. 29 П.Я 942 Тел. *38044 22713-56 Факс *380 44 227-36 68
lukoshm@vdmais kiev ла
www.lpkf.ru
Laser & Electronics
Содержание
2.2.2.	Штамповка...............................  65
2.2.3.	Испытания материалов на штампуемость......65
2.3.	Сверлильные станки .......................... 66
2.4.	Химическое сверление ....	.............67
2.5.	Лазерное сверление ...........................67
2.5.1.	Особенности лазерного излучения: .........68
2.5.2.	Воздействие мощного лазерного излучения
на вещество..................................... 70
2.5.3.	Воздействие лазерного излучения
на материалы печатных плат........................72
2.5.4.	Физические процессы
при лазерном сверлении ..........................74
2.5.5.	Современное состояние лазерного сверления
печатных плат. ..................................76
2.6.	Очистка отверстий.............................77
2.6.1.	Химический способ ........................78
2.6.2.	Перманганатная очистка.................. .79
2.6.3.	Гидроабразивная очистка...................80
2.6.4.	Плазмохимическая очистка ............... .81
2.6.5.	Двойное сверление.........................81
2.6.6.	Контроль качества очистки . ..........   .82
Глава 3
Химические и электрохимические процессы................83
3.1.	Общие понятия.............................   .83
3.2.	Понятия о процессах металлизации
в технологиях печатных плат.........................85
3.3.	Состояние поверхности промежуточных слоев ....86
3.4.	Природа сенсибилизации и активирования.........87
3.4.1.	Гетерогенные процессы
химической металлизации .........................87
3.4.2.	Двухстадийный процесс активации...........89
3.4.3.	Совмещенный раствор активации.............92
3.4.4.	Механизм процессов активации
из совмещенных растворов.........................96
^>НТРАКТ<|)Л ЕКТРОН И KA
ХЗ	^/ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ АЛЬЯНС
ОТ ИДЕИ
ДО СЕРИЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА
ДИЗАЙН, РЕДИЗАИН
КОМПЛЕКТАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВА
ИЗГОТОВЛЕНИЕ
ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
МОНТАЖНОЕ
ПРОИЗВОДСТВО
ИЗГОТОВЛЕНИЕ
КОРПУСОВ
ИСПЫТАНИЕ
И ТЕСТИРОВАНИЕ
УПАКОВКА,
ЛОГИСТИКА
V2,«w> 1.пммм»,ИМ
Тм (<Ма)7«1-77М «ОС (0Н)ГО-9М1 < «М WWoMfWn,
www contr.wtetect'-jmu .ni
Содержание
3.4.5.	Улавливание палладия.......................97
3.4.5.1.	Извлечение палладия
из отработанных растворов. Вариант 1...........97
3.4.5.2.	Извлечение палладия
из отработанных растворов. Вариант 2...........98
3.4.6.	Автоактивация..............................98
3.4.7.	Фотоактивирование..........................99
3.4.8.	Сенсактиватор в лаке.......................99
3.5.	Химическая металлизация........................100
3.5.1.	Растворы химического меднения................101
3.5.2.	Природа дефектов
при химической металлизации......................104
3.5.3.	Корректирование растворов[9]..............106
3.5.4.	Утилизация сегнетовой соли ...............107
3.5.5.	Утилизация меди ..........................107
3.5.6.	Практика химического меднения [9].........108
3.5.7.	Другие способы металлизации................ПО
3.5.7.1.	Меднение методом термолиза............НО
3.5.7.2.	Химическое меднение
в гипофосфитных растворах.....................111
3.5.8.	Химическая металлизация порошков..........111
3.5.9.	Способы нанесения растворов
на подложки..................................... 112
3.5.10.	Химическое никелирование.................113
3.6.	Прямая металлизация [10]....................  .115
3.6.1.	История вопроса...........................115
3.6.2.	Сравнение химической
и прямой металлизации............................116
3.6.3.	Процессы очистки отверстий................118
3.6.4.	Системы прямой металлизации ..............119
3.6.5.	Палладиевые системы.......................120
3.6.5.1.	Палладий-олово активатор
с гальванической затяжкой.....................120
Содержание
3.6.5.2.	Палладиевый/оловянный активатор
с блескообразователем.................120
3.6.5.3.	Оловянно-палладиевый активатор
с ванилином..........................121
3.6.5.4.	Перевод палладия в сульфид.........121
3.6.5.5.	Варьирование палладиевых процессов.122
3.6.6.	Системы на основе графита .......122
3.6.6.1.	Углеродные суспензии...............122
3.6.6.2.	Графит.............................123
3.6.7.	Системы проводящих полимеров........  .123
3.6.8.	Другие способы.........................123
3.6.9.	Технология прямой металлизации J-Kem...124
3.6.9.1.	Подготовка отверстий
под металлизацию...............124
3.6.9.2.	Прямая металлизация..........125
3.6.10.	Общая оценка процессов прямой металлизации .127
3.7. Термические процессы металлизации ...128
Комплексные решения
для производства
печатных плат
и
выполнения
гальванических покрытий
www.nmaee.ru
ИМЯ
NMA EASTERN EUROPE
Содержание
3.7.1.	Вакуумная металлизация....	...	.128
3.7	2. Диффузионная металлизация ...............129
3	7 3 Металлизация плакированием..............130
3.7.4.	Металлизация вжиганием....................130
3.7.5.	Процессы газотермического напыления.......130
3.7.6.	Плазмотроны...............................131
3.8.	Электрохимическая металлизация.................134
3.8.1.	Законы электрохимической металлизации ....135
3.8.2.	Гальваника в технологии печатных плат.....137
3.8.3.	Электролиты
в производстве печатных плат.....................140
3.8.3.1.	Электролиты меднения.................140
3.8.3.2.	Электролиты осаждения
сплава олово-свинец ...........................146
3.8.3.3.	Электролит оловянирования............156
3.8.4.	Финишные покрытия.........................157
3.8.4.1.	Горячее облуживание..................158
3.8.4.2.	Покрытие ингибирующими
органическими покрытиями......................159
3.8.4.3.	Иммерсионное золочение...............160
3.8.4.4.	Иммерсионное оловянирование .........163
3.8.4.5.	Иммерсионное серебрение..............165
3.9.	Контактные покрытия.............................165
3.9.1. Контактирование в слаботочных цепях........165
3 9.2. Свойства контактных покрытий .	.........166
3.9.2.1.	Золото и его сплавы..................167
3.9.2.2.	Палладий.............................168
3.9.2.3.	Серебро и его сплавы.................168
3.9.2.4.	Олово................................169
3.9.2.5.	Другие контактные покрытия...........169
3.9.2.6.	Подслои . ..	 169
3.9.2.7.	Электролиты для осаждения
контактных покрытий...........................170
3.10.	Оборудование для металлизации печатных плат . . . .171
3.10.1.	Интенсификация (агитация) процессов....171
3.10.2.	Автооператоры .........................172
3.10.3.	Электроды........................     .174
3.10.4.	Конструкции ванн ......................176
3.10.5.	Нагрев ванн.........................   177
3.10.6.	Источники тока.........................178
Глава 4
Очистка поверхностей.....	...................181
4.1.	Понятия об очистке поверхностей.................181
4.2.	Происхождение и классификация загрязнений ....183
4.3.	Моющие среды...................................185
4.3.1.	Вода.......	..... .	..............185
4.3.2.	Органические растворители ...............  186
4.3.2.1.	Введение .............................186
4.3.2.2.	Избирательность
растворяющей способности ......................186
127055
г. Москва
ул. Сущевская
дом 21
тел./факс: (095) 787-65-01
(095)787-85-02
(095) 787-65-03
www.pcbpro.ru
ppallpcb aovintelru
electro
Содержание
4.3.2.3.	Оптимальная скорость испарения . .	.........186
4 3.2.4. Минимальная токсичность....	187
4	3.2.5. Воспламеняемость и взрывоопасность ...	188
4.3.2.6.	Основные типы растворителей.................188
4.3.2.7.	Нефтяные или алифатические
углеводороды ...................................189
4.3.2.8.	Ароматические углеводороды.............189
4.3.2.9.	Скипидары .............................190
4.3.2.10.	Спирты .............................. 191
4.3.2.11.	Сложные эфиры (ацетаты) ..............192
4.3.2.12.	Простые эфиры ........................193
4.3.2.13.	Кетоны ...............................193
4.3.2.14.	Хлорированные углеводороды ...........193
4.3.3.	Растворители и загрязнения..................196
4.3.3.1.	Смеси растворителей....................196
4.3.3.2.	Пожаробезопасные смеси растворителей .... 197
4.3.3.3.	Водные растворы
технических моющих средств......................198
4.4.	Интенсификация процессов очистки.................199
4.5.	Ультразвуковая очистка. Теория и практика........201
4.5.1.	Введение .................................  201
4.5.2.	Что такое ультразвук?.......................202
4 5.2.1. Ультразвук (УЗ)........................202
4.5.2.2.	Теория звуковых волн ..................203
4.5.3.	Технологическое применение ультразвука......205
4.5.3.1.	Принципы ультразвуковой очистки .......205
4.5.3.2.	Механизмы очистки и отмывки............206
4.5.3.3.	Комплексные загрязнения ...............207
4.5.3.4.	Ультразвуковое оборудование............208
4	5.4 Системы УЗ-очистки .......................212
4.5.5.	Обеспечение максимального эффекта очистки . .. .213
4.6.	Технология ультразвуковой очистки................215
4.7.	Контроль качества очистки........................217
Глава 5
Элементы электрических соединений ....................221
5.1.	Структура межсоединений .................... .221
5.2.	Сопротивления элементов межсоединений ........223
5.3.	Диагностирование качества соединений..........228
5.3.1.	Выбор режима контроля.....................228
5.3.2.	Нсразрушающий контроль соединений.........230
5.4.	Термомеханическая модель разрушения соединений . . . .232
5.4.1.	Линейные модели
термомеханических i шпряжений....................233
5.4.2.	Нелинейности характеристик
прочности материалов.............................236
5.4.3.	Нелинейная модель
термомеханических деформаций ....................238
5.5.	Качество металлизации.........................239
5.5.1.	Металлизация..............................240
5.5.2.	Химическая металлизация...................242
117342, г. Москва, ул. Бутлерова, 15
Тел.:+7 (095) 334-9461 Факс:+7 (095) 334-9611 E-mail: pcb@pcb.ru www.pcb.ru
Содержание
5.5.3.	Дефекты гальванопокрытий	............245
5.5.4.	Химические методы контроля
толшины покрытий................................245
5.5.5.	Физические методы контроля толшины
и плотности покрытий............................249
5.5.6.	Сопротивление металлизированных отверстий .256
5.5.7.	Реологические свойства
медного гальванопокрытия........................262
5.5.8.	Металлографический анализ
элементов межсоединений.........................266
5.5.9.	Контроль качества
контактных гальванопокрытий.....................270
5.6.	Контроль параметров линий связи...............274
Глава 6
Электрическая
изоляция цепей печатных плат
6.1. Природа электропроводности
композиционных диэлектриков
277
277
6.1.1.	Зависимость сопротивления
от температуры.................................277
6.1.2.	Сопротивление
композиционных диэлектриков....................278
6.1.3.	Сопротивление и природа диэлектриков ...279
6.1.4.	Сопротивление и влага ..................280
6.2.	Сопротивления электрической изоляции
печатных плат.....................................280
6.2.1.	Критерии работоспособности
и качества изоляции................................280
6.2.2.	Расчет сопротивления изоляции
печатных плат....................................281
6.2.3.	Сопротивление изоляции МПП................283
6.3.	Общая модель отказов изоляции
слаботочной аппаратуры ............................284
6.3.1.	Электрохимическая форма отказов ..........284
Содержание
6.3.2.	Схема электрохимического процесса
отказа изоляции .................
6.3.3.	Имитация электрохимического процесса отказа
6.4.	Частная модель отказов изоляции МПП.......
6.4.1.	Дефекты
285
.287
.287
электроизоляционной конструкции МПП .........287
6.4.2.	Микрополости — основной источник отказов
изоляции МПП......................................289
6.4.3.	Ускоренные испытания изоляции	...........290
6.5.	Электрическая прочность изоляции................292
6.5.1.	Дефекты изоляции........................ .	. .292
6.5.2.	Формы электрического пробоя изоляции. .....292
6.5.3.	Тепловая форма пробоя изоляции	МПП.........294
6.5.4.	Вольт-секундная характеристика электрической
прочности дефектной изоляции МПП. .	.....296
6.6.	Влияние климатических факторов
на уровень изоляции ................................298
ТелеРем
www.telerem.ru smd@telerem.
(095)739-07-27; (095)536-87-37
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОНИКИ
РАЗРАБОТКА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ	Л
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТРАФАРЕТОВ
DIP МОНТАЖ
SMD МОНТАЖ
ПРОВЕРКА	X
НАСТРОЙКА
Содержание
6.6.1.	Сопротивление изоляции при нагреве.......298
6.6.2.	Сопротивление изоляции при увлажнении....299
6.6.3.	Цикличность увлажнения...................302
6.7.	Зашита поверхности печатных плат .............302
6.7.1.	Механизмы влагозащиты ...................302
6.7.2.	Зашита электроизоляционными лаками.......303
6.7.3.	Осмотические явления ....................303
6.7.4.	Общие требования к лаковой защите........305
6.7.5.	Долговременность лаковой зашиты..........306
6.8.	Измерения электроизоляционных характеристик....308
Глава 7
Электрическое тестирование печатных плат
.................311
7.1.	Критерии качества печатных плат
для электрического тестирования.....................311
7.1.1.	Критерии качества соединений..............313
7.1.2.	Критерии качества изоляции................315
7.1.3.	Критерии автоматического контроля
электрических параметров печатных плат. ....316
7.2.	Электрическое тестирование.....................317
7.2.1.	Принципы контактирования
с тестируемыми платами......................317
7.2.2.	Матричные тестеры ........................319
7.2.2.1.	Матричная система контактирования....319
7.2.2.2.	Контактное поле матричных тестеров
(«ложе гвоздей»).......................321
7.2.2.3.	Коммутаторы .........................323
7.2.2.4.	Средства измерения...................324
7.2.3.	Последовательная система контактирования..326
7.2.4.	«Летающие матрицы»........................328
7.2.5.	Контактирующие зонды .....................329
7.2.6.	Базирование тестируемых заготовок ........331
7.2.7.	Программное обеспечение ..................332
7.2.7.1.	Исходные данные......................332
7.2.7.2.	Использование эталонной платы........332
Содержание
7.2.7.3.	Использование Gerber данных
333
7.2.7.4.	Использование CAD-CAM данных	333
7.2.8.	Сопоставление средств
электрического тестирования
...................334
Глава 8
Контроль по признакам внешнего вида................ .337
8.1.	Критерии контроля по признакам внешнего вида...337
8.1.1.	Фотошаблоны..............................337
8.1.2.	Трафаретная печать ......................338
8.1.3.	Фотолитография ........................  340
8.1.4.	Травление рисунка........................341
8.2.	Оптическое тестирование .................... 345
8.2.1.	Оптическая микроскопия ..................345
8.2.1.1.	Источник света и конденсор..........346
8.2.1.2.	Предметный столик...................347
8.2.1.3.	Выбор объектива ....................347
ЭЛЕКТРОКОННЕКТ (головной офис)
г Новосибирск, 630117 ул Арбузова 1/1
телефакс (383-3) 36-10-01 36-10-03
e-mad order©pselectro ru web htfp7/www pseiectro ru
г Санкт-Петербург Санкт-Петербургским фмлнал
ООО “Электроконнект ул 6-я Советская 24 оф 210
тел/факс (в12) 274-97 91 271 56-87
e-mail иейкффдеелк* ru
г. Москва, ООО “Печатные Платы"	г Екатеринбург, ООО “КТЦ КЭБ
ул Сущевская 21 тел/факс (095) 767-6501, 767-6502 787-6503 ул Белинского 140/2 твл/факс (343) 251 29-69 260-36-71
e-mail ppailpct>@sovintel ru	e-mail cbh@ceb e-burg ru
18 Содержание
8.2.1.4.	Формирование и регистрация изображения .. .348
8.2.1.5.	Монокулярное и бинокулярное наблюдение .349
8 3. Распознавание объектов изображения...........350
8.3.1.	Компьютерная обработка изображений	.350
8.3.2.	Принципы работы AOI .....................350
8.3.3.	Контроль печатных плат с помощью AOI ....352
8.4. Сопоставление методов тестирования...	... .353
8.4.1.	Оптический метод...	.354
8.4.2.	Электрический метод......................354
8.4.2.1.	Матричное тестирование («ложе гвоздей») . .354
8.4.2.2.	«Летающие щупы».....................354
8.4.2.3.	Сопоставительные характеристики
методов тестирования ........................355
8 5. Примеры распознавания дефектов
оптическим тестером ...........................355
Литература ..........................................357
ПРЕДИСЛОВИЕ
АВТОРА
Вы держите в руках продолжение книги ’«Печатные платы. Конст-
рукции и материалы». Начав ее, автор не сумел выдержать сроки из-
дания всей книги, поэтому она была издана первой частью. Теперь
автор дописал вторую часть, посвященную процессам производства
и технологическому обеспечению надежности печатных плат.
Должен сказать, что эта часть, содержащая описания химичес-
ких процессов, далась автору особенно трудно. Потому что, в отли-
чие от советского времени, информация о технологиях является
фирменным секретом («know-how») и добывать эту информацию,
как инструкцию к действию, становится все трудней и трудней.
Во всех известных зарубежных справочниках вы не найдете ничего
о составах технологических растворов или фирменных добавок,
о конкретном содержании композиционных материалов и т.д. Ры-
нок предлагает зашифрованные продукты типа «АВС». И весь мир,
не задумываясь, пользуется этими продуктами, выбирая лишь фир-
му-поставщика. На международных конференциях специалисты от
производителей обмениваются информацией только о том, какая
фирма — поставщик продуктов химии лучше другой, не входя в по-
дробности составов предлагаемых концентратов. Конечно, это
удобно в производстве. Технологу приходится лишь строго соблю-
дать фирменный регламент «АВС», а вся ответственность за резуль-
тат ложится на фирму — поставщика концентратов.
Отечественные технологи не привыкли работать «втемную».
Они не хотят и не могут чувствовать себя «пешками» в технологиче-
ских процессах. Тем более что спрос за качество ложится именно на
них. Что в этой ситуации плохо и что хорошо?
Использование фирменных концентратов это уже прочно сло-
жившаяся общемировая практика в высокотехнологических произ-
водствах, и никуда от этого не денешься. Нужно с этим смириться,
потому что это хорошо. Плохо то, что у нас не происходит импорто-
замещения. Например, у нас покупают палладий, а потом он к нам
возвращается в виде концентратов для процессов прямой металли-
Предисловие автора
зации. Отечественная химическая наука имеет огромный потенци-
ал, чтобы создать и поставить на поток производство высококачест-
венных продуктов. Беда лишь в том, что в России не привыкли до-
стойно платить за НИОКР. Поэтому нашим ученым легче работать
по заказам зарубежных работодателей, чем найти отечественного
заказчика на разработку химических продуктов и технологий.
Большая часть того, что автор нашел и поместил в эту книгу, это
рудиментарный отпрыск, который постепенно будет исчезать из
публикаций. Это дань технологам из того же поколения, что и ав-
тор. В дальнейшем главной задачей технологов станет технологиче-
ское управление производством, поддержание строгой технологи-
ческой дисциплины в соблюдении регламентов «АВС», основой ко-
торой станет электронный документооборот и диспетчеризация.
И этим будет обеспечиваться технологическая поддержка качества
продукции, за которую всегда был спрос с производственного тех-
нолога.
Автор просит у читателя снисхождения за неполное освещение
большинства вопросов технологий. У него было мало времени для
написания этой книги, и он в какой-то мере был ограничен объе-
мом. Эти недостатки книги во многом компенсируются публикаци-
ями в периодических изданиях: «Технологии в электронном произ-
водстве», «Производство электроники» и «Технологии приборост-
роения». специально созданных для технологов.
Автор обращает внимание читателей на необходимость созда-
ния отечественной ассоциации технологов и конструкторов печат-
ного монтажа, объединившей бы всех, кто занимается производст-
вом электронных изделий: проектировщиков и изготовителей пе-
чатных плат и электронных модулей. Главной задачей ассоциации
явилось бы информационное обслуживание ее членов (конферен-
ции, семинары, выставки) и создание отечественной нормативной
базы на основе международной стандартизации. Во всех странах —
США, Объединенной Европе, Японии, Китае, Тайваня, Корее, Ин-
дии — такие ассоциации являются форумами для общения специа-
листов, проводником решений национальных проблем развития
производства электроники. Заодно эти ассоциации представляют
национальные интересы производителей электронных изделий
Предисловие автора
в международных сообществах. Пора и нам объединиться в Россий-
скую ассоциацию производителей электроники, чтобы защищать
свои интересы в России и за рубежом.
Должен сказать, что эта книга не родилась бы, если бы автор не
ощущал постоянную поддержку со стороны высококлассного кол-
лектива технологов компании «Электрон-Сервис-Технология», ее
бывшего директора Локшина Юрия Абрамовича и нынешнего Се-
менова Петра Владимировича. Постоянное общение с ними, об-
суждение профессиональных вопросов технологической организа-
ции производства благотворно сказались на содержании книги.
Благоприятные условия работы, которые они создали автору,
во многом способствовали завершению этой книги.
Автор уже не молод. Но ему хочется успеть по мере его возмож-
ностей оставить молодому поколению накопленные отечественной
наукой и технологией знания производства электроники. Предсто-
ит объединенное издание двух частей книги о технологиях печат-
ных плат. Поэтому автор был бы горячо благодарен читателям за за-
мечания по содержанию и объему написанного. Особенно внима-
тельно автор отнесется к предложениям о сокращении объема
книги.
Свои замечания и предложения направляйте в издательство
«Техносфера».
А. М. Медведев
Fresco
конвейерное
ОБОРУДОВАНИЕ
Фирма, которая в 1956 году изобрела горизонтальное конвейерное
оборудование для обработки печатных плат!
Оборудование фирмы RESCO S.r.l. вот уже более 20 лет успешно
работает на Советском и Российском рынках. Прочная, надежная и
лёгкая в обслуживании конструкция, позволяет установкам работать
десятки лет без серьёзного ремонта. Оборудование характеризуется
наилучшим соотношением цены и качества. На любое своё
оборудование фирма RESCO S.r.l. даёт 5летнюю гарантию.
Фирма RESCO S.r.l. предлагает установки и конвейерные линии
для процессов травления печатных плат растворами хлористой меди
или аммиачными растворами. Оборудование позволяет получить
зазор и ширину проводника до 25л«слг. ПроизводитсяьностьотО, 12до
6 кв.м, в минуту позволяет удовлетворить потребности любого
производства. Различные по конструкции конвейерные системы
позволяют обрабатывать заготовки толщиной от 0,05 до 6 мм.
Автоматическая коррекция травильного раствора позволяет
сохранять постоянной скорость травления, а многоступенчатая
каскадная промывка заготовок позволяет экономить воду
Фирма RESCO S.r.l. предлагает широкий выбор машин щёточной
зачистки с ручным управлением, полуавтоматов и полностью
автоматических установок для подготовки поверхности заготовок
печатных плат и снятия заусенцев. Установки обеспечивают полное
удаление окисла с поверхности жестких и полужестких плат, удаление
заусенцев из рассверленных отверстий. После зачистки производится
очистка отверстий водой под давлением 90 атм., а также сушка
поверхности плат и отверстий. Быстрая и удобная регулировка щеток
в зависимости от толщины плат, а также быстрая и простая замена
щеток создают возможность использования одной и той же машины
для различных операций. Механизм осцилляции (горизонтального
покачивания) щеток не требует обслуживания и смазки в течение всей
жизни машины.
Официальный представитель фирмы RESCO S.r.l.
на рынке России и СНГ
ООО "Таберу", www.Tabe.RU,
Тел: (095) 995-3408, E-mail: info@tabe.ru
Tabe
ГЛАВА I
ПРЕССОВАНИЕ
МПП
Прессование слоев МПП в монолитную многослойную структуру —
процесс, во многом определяющий качество и надежность плат
и сказывающийся на выполнении последующих операций сверле-
ния. очистки отверстий от продуктов сверления, металлизации,
травления рисунка, монтажной пайки. Прессование — процесс мно-
гофакторный. Наиболее значимые из них:
• Состояние связующего в склеивающих прокладках (прокладочной
стеклоткани):
—	растворимость,
—	нанос,
—	текучесть,
—	содержание летучих;
• конструкции слоев:
—	плотность рисунка схемы,
—	наличие или отсутствие больших полигонов фольги,
—	формат заготовки,
—	толщина склеивающих прокладок;
• режимы прессования:
—	время перехода к высокому давлению,
—	время желеобразования,
—	величина давления на стадии отверждения.
-	время отверждения на последней стадии давления,
—	температура прессования,
—	наличие вакуумного отсоса летучих;
• качество поверхности слоев:
—	шероховатость слоев,
—	наличие дополнительной обработки (оксидация поверхности).
—	чистота отмывки слоев от технологических загрязнений;
• технологическая оснастка:
— количество фиксирующих штырей или бандажных точек,
скрепляющих пакет слоев (заклепки, склейки, сварки),
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
FastwelC^j
Глава 1. Прессование МПП
—	плоскопараллельность плит пресс-форм и прокладочных
стальных листов,
—	суммарная толщина пакета между плитами пресса (количество
пакетов слоев МПП)
1.1.	Свойства склеивающих листов
Склеивание слоев МПП прессованием производится за счет рас-
плавления и отверждения смолы прокладочных листов, находящей-
ся в полуотвержденном основании — в стадии В. Прокладочные ли-
сты имеют точно такую же структуру, что и основания слоев: ту же
основу связующего, тот же армирующий материал.
Чаше других в производстве МПП используются стеклоэпок-
сидные композиции. Реже, но все чаще используются другие смолы,
о которых подробно написано в главе третьей (части первой). Но все
они характеризуются состоянием полимеризации (растворимостью
и текучестью), временем отверждения, наносом связующего и нали-
чием летучих компонентов.
1.1.1.	Содержание связующего
(наноса смолы)
Нанос смолы в склеивающих листах нужен не только для удовле-
творительного склеивания слоев с полным заполнением рельефа
проводников, но и для нормирования диэлектрической проницае-
мости межслойной изоляции. Для самого распространенного при-
мера использования материалов основания печатных плат — стек-
лоэпоксидных композиций нужно учитывать, что диэлектрическая
проницаемость смолы составляет 3,5 при плотности 1,2 г/см5 и ис-
пользуемое здесь электротехническое стекло алюмоборосиликат
ного состава соответственно 9,2 и 2,4. Так как в данном случае
стеклоэпоксидная композиция диэлектрического основания МПП
представляет собой беспорядочную смесь, расчет результирующей
диэлектрической проницаемости производится по закону смеше-
ния Лихтенеккера:
lg£c= Tjlgf] + T2lg£2,
Fas+welO-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
1.1. Свойства склеивающих листов
где £С — диэлектрическая проницаемость смеси, и У2 — объемные
содержания компонентов в смеси; с । и г2 — диэлектрические прони-
цаемости компонентов.
В табл. 1.1 приведены значения диэлектрической проницаемос-
ти стеклоэпоксидных оснований, рассчитанных по формуле Лихте-
неккера.
Таблица 1.1. Диэлектрическая проницаемость стеклоэпоксидных ос-
нований
Содер- жание смолы (%) по массе	Содер- жание смолы(%) по объему	Диэлект- рическая проницаемость смеси	Содер- жание смолы (%) по массе	Содер- жание смолы (%) по объему	Диэлект- рическая проницаемость смеси
60	75	4,65	30	46,5	6,0
50	67	5,0	20	33,3	6,8
40	57	5,5	15	26	7,1
Содержание связующего - Н [%]определяют по разности массы
пропитанного смолой армирующего материала (стеклоткани)
(Л) и чистой стеклоткани (Q, освобожденной от смолы растворени-
ем или выжиганием при температуре 500...600°С в течение 30 мин
или до постоянства веса:
100.
А
Общепринятые нормы содержания связующего показаны в табл. 1.2.
1.1.2.	Растворимость полуотвержденной смолы
В процессе изготовления композиционных материалов первона-
чально пропитывают армирующий материал раствором смолы
и затем его освобождают от растворителя до состояния отлила.
При этом одновременно с удалением растворителя смола перехо-
дит в полуотвержденное состояние, когда она должна плавиться
под действием температуры и давления, а она по большей части
сохраняет растворимость. В этом состоянии рулоны или стопы
листов склеивающих прокладок при хранении и транспортиров-
FastwelCS>'
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 1. Прессование МПП
ке не склеиваются. Но в процессе хранения идет естественный
процесс полимеризации, и смола постепенно теряет раствори-
мость и текучесть. Поэтому склеивающие листы имеют ограни-
ченную жизнеспособность. Для увеличения срока хранения
склеивающие материалы хранят при пониженной температуре
(как правило, при 15°С). Тогда она сохраняет свою жизнеспособ-
ность до полугода.
Тем не менее, при каких бы условиях ни хранили склеивающие
листы, они меняют свои технологические свойства, что заставляет
корректировать режимы прессования. Ориентиром этому служат
растворимость и текучесть смолы склеивающих листов.
Растворимость связующего (смолы) определяется потерей мас-
сы образцов после их пребывания в определенном типе растворите-
ля (например, в ацетоне) в течение определенного времени.
Для этого взвешивают образцы склеивающих листов до погружения
в раствор и после пребывания в активном растворе в течение 10 мин
и подсушивания в термошкафу при температуре 6О...8О°С в течение
10...15 мин.
Р = —- 100,
А—С
где Р — растворимая часть связующего вещества, %; А — масса образ-
ца пропитанной стеклоткани, г; В — масса образца пропитанной
стеклоткани после выдержки в растворе и подсушки, г; С — масса об-
разца чистой стеклоткани, г.
Растворимость связующего в стадии В может находиться в пре-
делах 85... 100% в зависимости от срока хранения и нормы текучести
смолы в состоянии поставки.
1.1.3.	Текучесть смолы
Нужно принимать во внимание, что прессование листовых компо-
зиционных материалов и МПП производится в открытых пресс-
формах, т.е. в пресс-формах без боковых стенок. И нужно организо-
вать процесс прессования таким образом, чтобы не выдавить всю
смолу из склеивающих прокладок пакета МПП. Для этого нужно
_____х______	www.fastwel.ru
rCiSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
1.1. Свойства склеивающих листов 27
ограничить текучесть смолы, но настолько, чтобы она успела до за-
твердевания смочить и заполнить рельеф проводников внутренних
слоев МПП.
Установленные однажды при поступлении свежей прокладоч-
ной стеклоткани режимы прессования требуют своевременной кор-
ректировки, вызванной постоянным изменением технологических
свойств смолы из-за постепенной полимеризации. Поэтому склеи-
вающие листы периодически контролируют по текучести и времени
желатинизации смолы и, ориентируясь на их изменения, изменяют
режимы прессования. Чтобы не останавливать процесс прессова-
ния, на участке прессования используется лабораторный пресс,
на котором определяют эти параметры смолы и пробные запрессов-
ки по откорректированным режимам.
Определение текучести смолы в пропитанной стеклоткани —
процесс, требующий строгой регламентации. Иначе можно полу-
чить неопределенные результаты, которые не с чем будет сопостав-
лять. Текучесть определяют следующим образом. Вырезают квадрат-
ные образцы со стороной примерно 100 мм, так, чтобы одна диаго-
наль квадрата была параллельна основе стеклоткани, другая — утку.
Образцы очищаются от мусора и выступающих волокон, выравнива-
ются, скрепляются вместе и взвешиваются. Масса навески должна
быть в пределах 20 + 3 г.
После взвешивания пакет укладывается между стальными
прокладочными листами толщиной 1,6...2,0 мм с форматом
125±1 х 125±1 мм. Снизу и сверху навески (для предотвращения
от прилипания к прокладочным листам) накладывается триаце-
татная пленка. Собранный пакет укладывают между предвари-
тельно нагретыми до температуры 160±5°С плитами пресса и в те-
чение 5 с постепенно увеличивают давление до (150± 15) • 104 Н/м2
(15± 1,5 кгс/см2). При этом давлении и температуре образец вы-
держивают в прессе в течение 20 мин. Затем пресс открывают,
вынимают образец и остужают его на воздухе до комнатной тем-
пературы. Из середины полученного образца вырубается квад-
ратный образец площадью 50 см2 (это квадрат со сторонами
70,7±0,7 мм) или круг площадью 50 см2 (диаметр 79,8±0,3 мм)
и взвешивается.
Текучесть определяется из соотношения:
Fastwel?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 1. Прессование МПП
т^Мх-2М2
100,
где Т — текучесть смолы, %; Л/] — первоначальная масса образца, г;
М2 — масса вырезки (после прессования), г.
1.1.4.	Содержание летучих
Пропитанная смолой стеклоткань, доведенная до стадии В, все еще
содержит легкие компоненты: остатки растворителя и низкомолеку-
лярные непрореагировавшие продукты полимеризации. Если их
много, они создают проблемы в обеспечении монолитности запрес-
совки: газовые включения, растворенные в объеме платы, при на-
греве в процессе монтажа освобождаются с резким расширением
объема, что приводит к расслоению плат.
Содержание летучих определяется по разнице массы образца до
и после сушки в течение 10± 1 мин при температуре 160±2°С. Как
правило, содержание летучих не должно превышать 2%, в лучшем
случае 0,3.„О,5%.
1.1.5.	Свойства склеивающих листов
Для однородности свойств и предотвращения коробления МПП
склеивающая стеклоткань и диэлектрические основания фольгиро-
ванных материалов слоев изготавливаются из одной партии смолы
и поставляются вместе в определенном соотношении.
Толщина МПП закладывается выбором толщины оснований
слоев и склеивающих листов. Очевидно, что диэлектрическое ос-
нование слоев МПП не изменяет своей толщины в процессе прес-
сования, так как их связующее полностью полимеризовано.
В свою очередь, толщина склеивающей стеклоткани будет соот-
ветствовать проектным нормам только в том случае, когда прес-
сование будет проходить по установленным режимам. Часто по-
ставщики склеивающих материалов предписывают свои режимы
прессования.
В качестве примера в табл. 1.2 показаны характеристики склеи-
вающих стеклотканей (пре-прегов).
_____л_____* www.fastwel.ru
rCSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
1.1. Свойства склеивающих листов
Таблица 1.2. Характеристики склеивающих стеклотканей для
МПП
Обозна- чение пре-прега	Номиналь-			Содер- жание смолы, %	Текучесть смолы, %*	Время желати- низации, с**
	Толщина стекло- ткани до про- питки, мкм	ная тол-				
		щина про- питанной стекло- ткани, мкм	Толщина прокладки в составе МПП, мм			
104	25±5	38	25 .38	75±5	35±5	95±10
108	50±5	88	69 .76	60±5	30±5	95±10
112	76±7	100	88...100	54±5	26±5	95±10
113	76±7	115	101...114	53±5	25±5	95±10
116	100±10	150	127 .139	50±5	25±5	95±10
128	170±17	200	160. .190	42±2	20±2	95±10
* При температуре прессования 170±2°С и давлении второй ступени 35 кгс/см2,
выдержка под давлением 25 мин.
** При температуре 170±2°С.
1.1.6.	Условия хранения склеивающих листов
(прокладочных стеклотканей)
Большое внимание должно уделяться условиям хранения про-
кладочной стеклоткани. Повсеместно принято хранящиеся в ох-
лаждаемом состоянии склеивающие слои выдерживать перед
прессованием в течение нескольких часов на воздухе при ком-
натной температуре при относительной влажности воздуха не
более 50%, чтобы увлажненная конденсатом воды стеклоткань
успела на воздухе высохнуть до равновесного с атмосферной вла-
гой состояния. Однако этим не достигается полное удаление вла-
ги, если атмосфера участка хранения материала и участка прес-
сования не управляема по температуре и влажности. Остатки
влаги внутри склеивающих прокладок являются причиной отно-
сительно частых расслоений МПП между поверхностями медных
проводников и межслойных прокладок. Кроме того, влага, сор-
бированная прокладками и слоями, вскипает при температуре
прессования и выталкивает размягченную смолу в облой. Поэто-
му при увеличенном содержании влаги в пакете слоев МПП ко-
Fastwel^J
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава I. Прессование МПП
личество облоя возрастает, а внешний вид его говорит о повы-
шенной пористости. Эти два признака: степень вытечки смолы
(размер облоя) и плотность облоя — позволяют количественно
определить степень увлажнения материала МПП до прессова-
ния. При малом содержании влаги облой прозрачен и вытечка
смолы небольшая.
Для сушки прокладочной стеклоткани нельзя применять
традиционный метод нагрева, при повышенной температуре она
начнет ускоренно отверждаться (полимеризоваться). Можно ис-
пользовать лишь способы сублимации: выдержка в сухих каме-
рах и вакуумирование. Обезвоживание атмосферы камер произ-
водят любыми приемлемыми способами: веществами, активно
поглощающими влагу (окись алюминия, силикагель и другие ад-
сорбенты, безводные соли, например хлористый кальций, ме-
таллический натрий, кальций, окись кальция, фосфорный анги-
дрид и др.), вымораживанием влаги воздуха, заменой воздушной
среды какой-либо другой — контролируемой. Установлено, что
наиболее эффективна дегидратация в атмосфере сухого азота
и вакуумной сушкой. Так, вакуумная сушка в течение 24 ч меня-
ет плотность облоя от 0,75 до 1,4 г/см3, вытечку смолы — с 28 до
22 %, стойкость к термоудару улучшается в 4 раза. Выдержка
в атмосфере сухого азота улучшает характеристики процесса
в течение семи суток, затем после 28 суток наблюдается сниже-
ние текучести.
В производстве для сушки слоев и листов используется атмосфе-
ра сухого азота, когда заготовки для прессования МПП можно вы-
нимать из камеры непосредственно перед прессованием. Удобно
также использовать сухие камеры с поддерживаемой влажностью
5... 15%. Минимальное время выдержки в камере с сухой атмосферой
48 ч, максимальное — 1 месяц. За 48 ч происходит наиболее полное
удаление влаги.
Необходимо иметь в виду, что ресорбция влаги прокладочной
стеклотканью и внутренними слоями МПП происходит очень бы-
стро. В табл. 1.3 показан один из примеров накопления влаги в вы-
сушенных пакетах слоев МПП в атмосфере воздуха с температу-
рой 24°С и влажностью 80% на стойкость к термоудару при темпе-
ратуре 260°С.
л www.fastwel.ru
rQSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
1.2. Подготовка слоев к прессованию 31
Таблица 1.3
Длительность пребывания в неуправляемой атмосфере	Вытечка смолы, %	Плотность облоя, г/см3	Стойкость к термоудару, мин
0	25	1,33	5,6
5 мин	27	1,31	4,8
15 мин	27	1,20	3,8
1 ч	29	0,86	2,9
24 ч	31	0,75	0,5
Абсолютного перехода смолы в твердое состояние в прессован-
ных материалах не происходит. Даже после длительной термообра-
ботки в течение 10 ч в материале остается 2...4% растворимой смолы,
которая не должна влиять на электрические и физико-механические
свойства платы. Поэтому тщетны попытки довести до конца про-
цесс отверждения увеличением выдержки под давлением. Мало то-
го, при длительном воздействии высокой температуры наблюдается
деструкция эпоксидной смолы с выделением водорода. Выделяю-
щийся водород, в свою очередь, разрушает оксидные покрытия мед-
ной фольги, восстанавливая их. Разрушение оксидного слоя сопро-
вождается потерей печатными проводниками свойственного им
черного цвета и расслоениями объема МПП.
1.2.	Подготовка слоев к прессованию
Очевидно, что чистота и развитость медных поверхностей рисунка
слоев МПП — залог успеха операции прессования. Существуют два
непохожих друг на друга процесса подготовки поверхностей под
прессование:
1)	разрядка больших массивов фольги сеткой проводников и ми-
кротравление медных проводников для создания микрошеро-
ховатости и активации поверхностей;
2)	оксидация медных поверхностей. Считается, что в этом
случае массивы медной фольги можно оставлять без раз-
рядки.
Если слои долго находились в неуправляемой атмосфере, их
нужно обезжирить в растворе следующего состава, г/л:
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
32 Глава 1. Прессование МПП
Тринатрийфосфат	30...35
Кальцинированная сода	30...35
Препарат ОС-20 (ПАВ)	3...5
Температура раствора 45...55°С, время обработки - 3...5 мин.
Процесс очистки усиливается за счет использования ультразву-
ка. Он ускоряет растворение загрязнений и жировых пленок.
Подтравливание или травление при подготовке слоев приме-
няется в том случае, если для последующих процессов осаждения
или контактирования необходима чистая металлическая поверх-
ность. При этом удаляются плотно сидящие слои окислов, суль-
фитов, фосфитов, карбонатов, гидроокисей и других соедине-
ний. Для этого обрабатываемые детали погружают кратковре-
менно в разбавленные кислоты или щелочи. Наряду с очисткой
подтравливание часто обеспечивает создание микрошероховато-
сти поверхности, благодаря чему существенно повышается адге-
зия диэлектрических слоев. Микротравление медных поверхнос-
тей, их активацию удобно производить в любом разбавленном
травящем растворе при комнатной температуре в течение при-
мерно 1 мин.
Очень тонкие слои (потускнение) окислов, сульфитов или гид-
роокисей, образующиеся почти на всех металлах при их соприкос-
новении с воздухом или водой, удаляются декапированием. Для это-
го погружают металлические поверхности на несколько секунд
в разбавленные 2—3%-ные кислоты. В отличие от подтравливания
декапирование проводят непосредственно перед последующей тех-
нологической операцией, так как при промежуточном хранении
происходит вновь потускнение.
После каждой обработки в кислотах или щелочах, тщательной
промывки водой необходимо проводить нейтрализацию, так как
промывка не обеспечивает удаления обрабатывающих растворов,
например, из отверстий. Нейтрализация осуществляется кратковре-
менной обработкой в 0,5—1%-ном растворе серной, янтарной, вин-
ной кислот или в 1 —2%-ном растворе соды, едкого натра или едкого
кали или же в другом щелочном растворе. После нейтрализации
вновь необходима интенсивная промывка.
Промывка не является химическим процессом очистки. Ее зада-
чей является удаление продуктов реакций, образующихся при хими-
-4...-„Iл www.fastwel.ru
rCSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
1.2. Подготовка слоев к прессованию
ческой или механической очистке, или материалов, присущих тех-
нологическим операциям. Вода для промывки не должна содержать
примесей, которые могли бы осаждаться на поверхности, так как
в противном случае ухудшается качество поверхности для последую-
щих операций. Необходимо обращать внимание на органические
(альгины) и неорганические (нитраты, фосфаты, карбонаты) загряз-
нения.
Качество воды для промывки должно постоянно контролиро-
ваться, при очень высоких требованиях применяют деионизован-
ную воду. Иногда в воду для промывки добавляют вещества, улучша-
ющие смачиваемость (смачиватели) или препятствующие протека-
нию нежелательных реакций (ингибиторы). Барботирование
воздухом существенно повышает интенсивность промывки. На по-
следующем процессе сушки благоприятно сказывается окончатель-
ная промывка в горячей воде.
Адгезионные свойства медных поверхностей значительно улуч-
шаются, если их оксидировать (окислять). Для этого используют
всевозможные окисляющие растворы, после чего получают черный,
красный или оранжевый оксид. Для черного оксидирования меди
можно использовать следующий раствор, г/л:
Каустическая сода	50...60
Персульфат калия	14... 16
Температура раствора — 6О...7О°С, время обработки — 3...5 мин.
В любом случае слои должны быть тщательно промыты сначала
в холодной проточной воде, затем дистиллированной. После водных
промывок заготовки слоев нужно тщательно просушить при темпе-
ратуре 9О...1ОО°С в течение 40...60 мин.
Для того чтобы убедиться в эффективности отмывки слоев, про-
изводят выборочную проверку чистоты отмывки по изменению про-
водимости деионизованной воды, в которую погружались тестируе-
мые образцы, либо по прямому измерению сопротивлению изоля-
ции соседних проводников в гидростате. Нормы требований
к чистоте отмывки устанавливаются производителем самостоятель-
но в зависимости от плотности рисунка проводников, температуры
производственных помещений, типа материала. Ориентировочные
значения сопротивлений изоляции в гидростате находятся в преде-
лах 300... 1000 МОм.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
Глава 1. Прессование МПП
1.3.	Комплектование пакетов
для прессования МПП
Слои МПП, переложенные склеивающими прокладками, три-
ацетатцеллюлозные пленки, кабельная бумага или картон, проклад-
ки из листового проката нержавеющей стали толщиной 1,0...1,5 мм
укладываются на нижней плите пресс-формы в следующей последо-
вательности (рис. 1.1):
•	нижняя плита пресс-формы,
•	триацетатная пленка,
•	12... 14 листов кабельной бумаги,
•	триацетатная пленка,
•	стальной лист,
•	триацетатная пленка,
•	слои фолы и слои МПП, переложенные склеивающими про-
кладками,
•	триацетатная пленка,
•	стальной лист,
•	триацетатная пленка,
•	12... 14 листов кабельной бумаги,
Рис. 1.1. Последовательность укладки пакетов слоев МПП в пресс-
форму.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwe
1.4 Конструкции прессов и пресс-форм
•	триацетатная пленка,
•	верхняя плита пресс-формы.
В одной пресс-форме можно устанавливать до шести пакетов
слоев МПП. Пакеты МПП необходимо проложить стальными лис-
тами. Замену кабельной бумаги или картона в пресс-форме реко-
мендуется производить после трех-четырех запрессовок. Триацетат-
ную пленку следует менять после каждой запрессовки, если она под-
верглась деформации.
Толщина склеивающих листов (прокладочной стеклоткани)
между соседними слоями должна быть не менее чем в два раза боль-
ше суммарной высоты рельефа проводников на соседних слоях и
чтобы количество прокладок должно быть не менее двух.
Сборка пакетов слоев должна производиться в очищенной от
пыли атмосфере. Если операция сборки не автоматизирована, опе-
ратор должен работать в перчатках и респираторе. Прокладочная
стеклоткань (склеивающие слои) должна быть заранее выгружена
из холодильника и выдержана в сухой атмосфере до постоянства
массы.
1.4.	Конструкции прессов и пресс-форм
Для осуществления прессования пресс-формы устанавливаются
в просветы многоэтажного пресса с нагреваемыми и охлаждаемы-
ми плитами. Пресс должен обеспечивать давление до 50 кгс/см2
и температуру до 200°С. Точность поддержания этих параметров
должна составлять до 1%. Многоэтажный пресс позволяет за один
цикл одновременно прессовать несколько пресс-пакетов. Для того
чтобы обеспечить параллельность 25 мкм на участке 700x700 мм2
при усилиях до 200 т, прессы снабжены четырьмя направляющими
колонками.
Плиты пресса из соображения теплопроводности изготавлива-
ются из алюминиевого сплава и оборудованы встроенными система-
ми нагрева и охлаждения. При автоматическом процессе давление
и температура фаз нагрева, отверждения и охлаждения регулируют-
ся во времени, и после достижения комнатной температуры пресс
открывается для новой загрузки. Требования к процессам прессова-
FastwelS
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 1. Прессование МПП
ния сегодня определяются высокой плотностью межсоединений,
выполнением отверстий на внутренних слоях, необходимостью точ-
ного воспроизведения волнового сопротивления согласованных ли-
ний связи, более строгими требованиями к короблению (для поверх-
ностного монтажа). Все эти требования могут быть удовлетворены
только при условии использования систем вакуумного прессования
с минимальными градиентами температур при нагреве и охлажде-
нии, точности поддержания режимов давления и идеальной плоско-
стности плит. Расширяющиеся объемы использования полиимид-
ных материалов нуждаются в более высоких температурах отвержде-
ния — порядка 400°С. Современные гидравлические прессы для
прессования МПП отвечают всем этим требованиям: параллель-
ность плит сохраняется в пределах ±30 мкм, температурная точ-
ность — ±ГС, точность поддержания давления — ±1 бар. Для умень-
шения температурных градиентов во времени и пространстве ис-
пользуется, как правило, термомаслянный нагрев и охлаждение.
Для предотвращения термодеструкции и испарения низкомолеку-
лярных фракций масла для высоких температур прессования ис-
пользуется среда азота. Для эффективного выноса воздуха и летучих
фракций из прессуемого пакета слоев применяется вакуумирование
рабочей зоны пресса с остаточным давлением 5 мбар в течение все-
го времени прессования.
Для отработки режимов прессования, для прототипного произ-
водства и, что самое главное, для испытаний новых партий прокла-
дочной стеклоткани участки прессования снабжают лабораторными
прессами.
Чтобы сократить время использования горячих прессов и для
экономии энергии, участки прессования дополнительно оснащают
установками холодного прессования в соотношении горячий
пресс/холодный пресс 2/1. Тогда продолжительность цикла умень-
шается с 150 до 100 мин, нагрев горячих плит не отключается, за-
грузка пресс-форм производится в горячие прессы.
Вместе с прессами, как правило, предлагаются опции, использо-
вание которых улучшает условия и производительность труда, ус-
тойчивость процессов: загрузочно-разгрузочные тележки, стелла-
жи-накопители с подъемным устройством, станции сборки пакетов
и для технологии PIN-LAM — расштифтовщики с устройством раз-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel
1.4. Конструкции прессов и пресс-форм 37
борки пресс-форм. Стабильность свойств материалов импортных
поставок с рекомендованными режимами прессования позволяет
быстро найти в архиве соответствующие режимы применительно
к этим рекомендациям и быстро запустить процесс.
Обязательным приложением к поставкам прессового оборудова-
ния является система визуализации параметров управления на базе
персонального компьютера. Система обеспечивает выполнение трех
отдельных функций: загрузку режимов прессования из архива и за-
пись в архив новых отработанных режимов, а также диагностику
оборудования для устранения неисправностей.
Пресс-формы состоят из верхней и нижней плит, обеспечиваю-
щих очень высокую параллельность направляющих штырей и поли-
рованных прокладочных листов. При теплообмене между пресс-па-
кетом и плитами пресса и пресс-формы в месте их контакта с пресс-
пакетом создается значительный тепловой напор, приводящий
к неравномерному распределению тепла в пресс-пакете в начальной
стадии прессования. Этот недостаток частично может быть устра-
нен, если между плитами пресса и пресс-формы для уменьшения
теплового напора поместить листы нагревостойкой бумаги. Ее роль
может выполнять кабельная бумага. Теперь предлагаются специаль-
ные прокладочные листы, применение которых создает большие
удобства и улучшение качества запрессовок.
Нижнюю и верхнюю плиты пресс-формы изготавливают из ста-
ли и нормализуют, чтобы избежать коробления. Толщина плит —
15...20 мм. Плиты шлифуют с двух сторон так, чтобы отклонение от
параллельности плит пресс-формы не превышало 0,05 мм на длине
700 мм. В торцах плит выполняют отверстия для термопар.
Поток смолы, вытекающий в облой, увлекает за собой рельеф
печатного рисунка, деформируя ослабленное высокой температурой
основание слоя. Для удержания слоя в пресс-форме кроме фиксиру-
ющих штырей применяют технологические штыри в количестве, ус-
танавливаемом ГОСТ 23662 [1]. Поскольку температура прессова-
ния выше температуры стеклования полимеризованной смолы
фольгированных материалов, основа слоев размягчается и плохо
удерживается, даже если штырей много. Удержать слой помогает за-
мкнутый контур из невытравленной фольги, по полю которого рас-
полагаются фиксирующие отверстия. Фиксация пакетов в пресс-
Fas+wel??^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 1. Прессование МПП
Рис. 1.2. Пресс-форма: 1 — верхняя плита, 2 — отверстие для термопары,
3 — нижняя плита, 4 — направляющая колонка, 5 — фиксирую-
щий штырь, 6 — отверстие для разъема.
Рис. 1.3. Зависимость смещения слоев от числа фиксирующих штырей
для размера заготовки 500x500 мм.
форме осуществляется по фиксирующим и технологическим отвер-
стиям (рис. 1.2). При сборке пакета по системе MASS-LAM рассто-
яние между точками скрепления слоев составляет 30...40 мм.
При использовании системы PIN-LAM количество фиксирующих
штырей (8... 12) ограничивается из-за затруднений разъема пресс-
формы после прессования. Поэтому расстояния между точками
фиксации превышают 100 мм. На рис. 1.3 можно видеть, что смеще-
ние слоев, зафиксированных 12 штырями, на размере заготовки
500x500 мм может достигать 300 мкм [2]. В системе MASS-LAM то-
же происходит смещение, но все слои, будучи хорошо скрепленны-
ми, смещаются одинаково. При вскрытии баз система линейного те-
стирования показывает это смещение, и оно используется для мас-
штабной корректировки позиционирования при последующем
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel?
сверлении Поэтому в системе MASS-LAM точность совмещения не
хуже 30 мкм
1.5.	Процессы прессования
После установки пресс-формы в нагретый до рабочей температуры
пресс пресс-пакет разогревается в течение 10... 15 мин до темпера-
туры, необходимой для отверждения связующего (для эпоксидной
смолы около 170°С). При этом давление склеивания составляет
примерно 15 кгс/см2. Под действием тепла смола расплавляется,
заполняет полости и вытесняет воздух из зазоров между слоями.
Внешне это проявляется в виде облоя по краям заготовки. Эти по-
тери смолы составляют 5—30% количества смолы в склеивающих
прокладках. С ростом температуры и продолжительности воздей-
ствия начинается полимеризация смолы, смола переходит в состо-
яние геля. Это критический момент прессования, так как именно
теперь необходимо увеличить давление до 20...40 кгс/см2. Если
давление создать раньше до момента гелеобразования, то при при-
ложении давления выдавливается большое количество смолы. Ес-
ли давление отверждения прикладывается с запозданием, то запол-
няются не все пустоты, и монолитность МПП не обеспечивается.
Определение момента перехода от давления первой ступени к дав-
лению отверждения осуществляют эмпирическим путем. Напри-
мер, определяют момент прекращения образования нитей из смо-
лы, выступившей по краям платы. Или по наблюдением за облоем
фиксируют момент, когда он начинает пузыриться, и переходят на
вторую ступень давления.
В современных процессах прессования МПП используются ав-
томатические системы управления процессом по режимам, реко-
мендованным поставщиком материалов. Оператор имеет возмож-
ность выбрать эти режимы из компьютерной памяти пресса или ус-
тановить свои режимы и ввести их в память, чтобы использовать
в следующий раз. Типичная диаграмма изменения температуры
и давления показана на рис. 1.4.
В отечественной практике достаточно успешно используется уп-
равление процессом по изменению электрического сопротивления
смолы [3]. Для этого в пресс-пакет между слоями вводится емкост-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel^
Глава 1. Прессование МПП
Рис. 1.4. Характер изменения температуры и давления при прессовании
МПП в автоматическом режиме.
ной датчик произвольной формы, позволяющий следить за состоя-
нием полимеризации связующего по изменению его объемного со-
противления. На рис. 1.4 показано изменение состояния смолы в хо-
де нагрева и остывания пресс-пакета:
•	участок между точками 1 и 2 характеризует постепенное раз-
жижение связующего, о чем свидетельствует падение объемно-
го сопротивления датчика;
•	точка 3 соответствует начальному моменту отверждения, т.е.
моменту, когда нужно повышать давление прессования;
•	на участке 3—4 все еще присутствует низкомолекулярная фрак-
ция, создающая повышенную проводимость связующего;
•	и наконец, на участке 4—5 наблюдается рост сопротивления
датчика, т.е. переход смолы в полностью отвержденное состо-
яние;
•	рост сопротивления датчика на участке 5—6 обусловлен осты-
ванием пресс-пакета.
Для управления процессом прессования используют участок
2—3—4—5 (рис. 1.5). На рис. 1.6 показаны реперные точки, демонст-
рирующие оператору состояние процесса: точка А — момент полно-
го расплавления смолы, точки Си К — моменты приложения давле-
FastwelC/^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
1.5. Процессы прессования
°C Т Ом R
180
170
100
10 12 18	30	40 мин
Рис. 1.5. Временная диаграмма температуры (а) и сопротивления дат-
чика — объемного сопротивления полимеризующейся смолы.
Рис. 1.6. Изменение сопротивления датчика в прессуемом пакете слоев
МПП.
ния первой и второй ступени, на участке В-0 идет деполимериза-
ция связующего, горизонтальность участка О—Р говорит о заверше-
нии процесса полимеризации. Максимальное давление создается за
1,5...2 мин до момента гелеобразования, которому на рис. 1.5 соот-
ветствует точка В. В этом процессе использовался следующий режим
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwe
42 Глава /. Прессование МПП
прессования МПП: Т= 165±2°С;	= 100 кПа; /1 = 10 мин (точка С);
= 200 кПа; Г2 = 6 мин (точка К).
Для ориентировочных расчетов времени полимеризации стекло-
пластиков можно пользоваться формулой t = tGD + 30, где t — общее
время выдержки при прессовании, мин; — время выдержки на 1 мм
толщины, мин/мм; D — толщина платы, мм.
С момента достижения в прессуемом пакете 15О...16О°С, т. е. по-
сле окончания процесса желатинизации, начинается процесс поли-
меризации (отверждения) смолы. С этого же момента ведется от-
счет времени для определения конца полимеризации. Во время по-
лимеризации для склеивания пакета слоев необходимо
поддерживать постоянное давление и температуру. Установлено,
что, начиная с 150... 160° С, необходимо выдерживать прессуемый
пакет в течение 5... 10 мин на 1 мм толщины пакета, но не менее
30...45 мин.
Изменение температурного режима прессования влечет за собой
ряд нежелательных последствий. Так, при увеличении температуры
сокращается период желатинизации связующего, что не всегда удоб-
но с технологической точки зрения, а при снижении температуры до
14О...145°С увеличивается время выдержки при полимеризации.
Проведение процесса при температуре ниже 135° С вообще не реко-
мендуется.
По истечении времени выдержки обогрев плит пресса прекра-
щается и в них подается холодный теплоагент. При охлаждении
нельзя снижать давление на плитах пресса, так как в противном
случае происходит вздутие материала и его коробление. Это объяс-
няется различием коэффициентов линейного расширения смолы,
стекла и меди. При быстром охлаждении смола отслаивается от
стеклянных волокон и гладкой стороны медной фольги, внутрен-
Рис. 1.7. Двухъярусный пресс.
ние напряжения при этом до-
стигают больших значений, что
вызывает коробление платы,
деформацию внутренних со-
единений и повреждение печат-
ных проводников. Поэтому вес-
ти охлаждение МПП рекомен-
дуется со скоростью не более
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel
1.6. Причины дефектов при прессовании и методы устранения
5 ..6 град/мин. Охлаждение считается законченным, когда темпе-
ратура прессуемого пакета достигает 25...30 С. На рис. 1.7 схема-
тично представлен простой гидравлический двухъярусный пресс
для прототипного производства.
Для отверждения смолы поддерживаются неизменными давле-
ние и температура в течение 0,5... 1 ч. Температура выше 175°С не-
допустима для эпоксидной смолы (на что указывает почернение
и охрупчивание смолы). Мало того, при воздействии высокой тем-
пературы эпоксидная смола разлагается с выделением водорода.
Водород восстанавливает оксид меди, и, если для улучшения адге-
зии использовалась оксидация поверхности, происходит расслое-
ние по меди. Реакция дегидрогенизации протекает по уравнению
СиО + Н2 * Си° + Н2О.
Время отверждения в горячих прессах может быть сокращено,
если пресс-пакет в пресс-форме охлаждается в холодных прессах
или в специальном приспособлении при небольшом давлении.
Спрессованные платы очищаются после удаления разделительно-
смазочных материалов (например, стеарата калия, разделительных
пленок), контролируются по толщине и плоскостности и поступают
для обрезки облоя и утолщений на краях заготовки. Качество склеива-
ния контролируется при испытании на устойчивость к термоударам.
1.6. Причины дефектов при прессовании
и методы устранения
Вероятная причина	Предлагаемые меры устранения
Расслоение
Недостаточное количество
склеивающих прокладок
Недостаточная чистота
поверхности слоев
Толщина склеивающих
прокладок стеклоткани должна
быть не менее чем вдвое
больше толщины меди
внутреннего слоя
Соблюдать электронно-
вакуумную гигиену,
исключающую наличие
FastwelC/^И
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 1. Прессование МПП
	на поверхности слоев и прокладок грязи, следов жира с рук и т. д. Работать в перчатках
Недостаточная текучесть смолы	Использовать кондиционные склеивающие материалы
Вздутие
Полное давление приложено раньше начала желатинизации	Увеличить выдержку на первой ступени давления
Остаток воздуха или влаги между слоями	Недостаточное давление второй ступени
Неравномерное давление	Увеличить число прокладочной бумаги, проверить режимы сушки слоев и прокладок
Туманные зоны, повторяющие рисунок переплетения стеклоткани
Туманные зоны повторяют медный рисунок внутреннего слоя, если плиты пресса раскрыты раньше, чем они успели остыть	Перед снятием давления дать плитам охладиться
Недостаточная очистка медной поверхности	Улучшить подготовку меди внутренних слоев химической или механической очисткой
Низкое содержание смолы	Проверить содержание смолы в склеивающей стеклоткани
Коробление плат
Заготовки сняты с пресса до полного охлаждения плит	Оставлять под давлением в прессе до тех пор, пока заготовку можно брать незащищенными руками без ожога
FastwelC???'	www.fastwel.ru тел.: (095) 234-06-39
Неоднородность склеивающего
материала по содержанию
и текучести связующего
Несбалансированная
конструкция МПП
Использовать склеивающий
материал с однородными
свойствами
Стремиться к созданию симме-
тричной конструкции МПП
Несовмещение слоев после прессования
Непараллельность плит пресса
и пресс-формы
Избыточное давление
Сдвиг слоя в момент
перехода от нулевого
к полному давлению
Ненасыщенный рисунок
внутреннего слоя
Недостаточное число
фиксирующих штырей
Отсутствие медного обрамления
вокруг базовых и фиксирующих
отверстий
Проверить и выправить парал-
лельность плит пресса и пресс-
формы
Уменьшить давление прессова-
ния, однако это может вызвать
другие дефекты
Поднимать давление
медленно
Увеличить плотность рисунка
за счет других слоев
или увеличить ширину
проводников
Увеличить в пресс-форме число
фиксирующих штырей
Не допускать стравливания
медного обрамления
Неравномерная толщина
Некоторые платы толще других	Используется склеивающая стеклоткань из разных партий
Распределение толщины в форме клина	Проверить параллельность и равномерность прогрева плит пресса
Центр платы толще края	Избыточная текучесть смолы
FastwelfjS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 1. Прессование МПП
Дефекты сверления, вызванные некачественным прессованием
Зазубренные отверстия,
на стенках отверстий
стеклянный ворс
Замасливание торцов
контактных площадок
эпоксидной смолой
(контролируется при отсутствии
подтравливания диэлектрика
в отверстиях)
Недостаточное отверждение
смолы; проверить продолжи-
тельность прессования, темпе-
ратуру и давление. При необхо
димости удлинить вторую сту-
пень прессования на 30 мин
То же. Химически очистить
отверстия, следуя рекомендуе-
мым приемам
Fastweld>b#
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
ГЛАВА 2
СВЕРЛЕНИЕ
При изготовлении печатных плат используются всевозможные ме-
тоды обработки для создания отверстий и внешнего контура. Речь
идет о пробивке, резке, сверлении, фрезеровании и способах очист-
ки отверстий.
2.1. Механическое сверление
Механическая обработка и особенно сверление составляют значи-
тельную долю проблем в обеспечении экономичности и серийноспо-
собности производства печатных плат и, что самое главное, в обеспе-
чении плотности межсоединений, их качества и надежности.
Наиболее сложный и трудоемкий процесс в механической обра-
ботке печатных плат — это формирование отверстий, подлежащих
металлизации. От сверления зависит качество металлизации, т. е.
надежность межслойных соединений. Востребованные в настоящее
время конструкции МПП содержат большое количество тонких от-
верстий с глубоким сверлением. Эти отверстия можно выполнять
сверлением, но ограниченная производительность механического
сверления заставляет переходить к лазерному сверлению.
2.1.1. Выбор и оценка качества сверл [4]
В настоящее время известно достаточно много фирм, производящих
инструмент для обработки печатных плат. Хорошо известны отече-
ственные предприятия, которые производили режущий инструмент:
Сестрорецкий, Вильнюсский, Минский заводы. Из импортных
фирм — НАМ, HAWERA, KEMMER PRAZISIONи др. В последнее вре-
мя требования к отверстиям возросли настолько, что возникла необ-
ходимость в переоценке качества сверл применительно к прецизи-
онному сверлению, получению глухих отверстий и микропереходов,
появилась необходимость в обработке новых радиотехнических ма-
териалов.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel^^
48 Глава 2. Сверление
Чтобы выбирать инструмент и понять различия в их характерис-
тиках, разделим сверла на две группы - в зависимости от диаметра
и технологического предназначения. По величине рабочего диамет-
ра инструмент можно условно разделить на четыре подгруппы:
1)	микросверла, диаметр которых лежит в диапазоне от 0,30 мм
и меньше;
2)	минисверла диаметром от 0,25 до 0,45 мм;
3)	сверла среднего диаметра от 0,45 до 3.00 мм;
4)	сверла большого диаметра от 3,00 мм и выше.
По технологическому предназначению сверл инструмент можно
разделить на пять следующих подгрупп:
1)	для прецизионного сверления;
2)	сверла для создания микропереходов;
3)	сверла для сложных МПП;
4)	стандартные (обработка двухсторонних и многослойных пе-
чатных плат с малым числом слоев);
5)	слотовые сверла.
В зависимости от того, в какую группу попадает инструмент, ме-
няется его геометрия заточки, подъем винтовой канавки, а также из-
меняется состав материала.
Нужно сразу отмежеваться от сверл из инструментальной стали
для сверления стеклопластиков: сверла из быстрорежущей стали Р18
изнашиваются уже через 50... 100 отверстий. Причина — высокая аб-
разивная способность стеклоткани. Поэтому сверла для печатных
плат изготавливают из твердосплавных материалов методами порош-
ковой металлургии: сначала спекают так называемую «куколку», за-
тем алмазным инструментом вытачивают сверла. Минимальный ди-
аметр сверл, который сегодня доступен в изготовлении, — 0,1 мм.
Сегодня определилась четкая специализация в выпуске исход-
ного материала для производства твердого сплава, включая спека-
ние исходных материалов в заготовки. Многие фирмы из желания
независимости открывают свое производство для получения «кукол-
ки» с дальнейшей обработкой ее до готового изделия. Мировыми
лидерами в производстве твердых сплавов являются Hartmetall,
Sandvik, Kennametal, Mitsubishi Carbide, Plansee Tizit и др.
Основным компонентом для производства сверл и фрез являет-
ся карбид вольфрама, в роли связующего вещества выступает ко-
www.fastwel.ru
rGSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
2.1. Механическое сверление
бальт.и около 1% — это фирменные присадки, придающие инстру-
менту своеобразные фирменные свойства. В частности, в качестве
связки участвует около 8% кобальта и 1% фирменных добавок,
включая молибден. Добавление молибдена придает инструменту уп-
ругость, так необходимую при глубоком сверлении. Это свойство
также позволяет использовать сверла на оборудовании с низкими
техническими характеристиками (биение цанги, шпинделя, относи-
тельно длительное время переходных процессов позиционирования
стола). Такие присадки, как тантал и титан, позволяют материалу ра-
ботать в самых тяжелых условиях резания — постоянные и перемен-
ные ударные нагрузки, повышенная температура на трущихся по-
верхностях
В процессе обработки печатных плат из стеклотекстолитов ин-
струмент проходит сквозь разнородную среду: металл (медь), свя-
зующее (эпоксидная смола, полиимид, полиэфир и т.д.), наполни-
тель (стеклоткань, стеклошпон, полиэфир и т.д.). Самую большую
опасность представляет минеральный наполнитель — переплете-
ния стеклянных волокон и нитей. Совершенно разные нагрузки
испытывает сверло при обработке композиционных материалов
с 40% наполнителя и 60% связующего и наоборот. Очевидно, силы
резания и трения, возникающие при прохождении сверла сквозь
эти материалы, будут отличаться друг от друга. В связи с этим не-
обходимо учитывать, что стеклотекстолиты разнятся между собой
по конструкции в зависимости от толщины ламината. В толстых
материалах применяется более плотная фактура стеклоткани,
а в тонких основаниях ячейки стеклоткани имеют увеличенный
размер и более тонкую основу стекловолокон. На рис. 2.1 схема-
тично изображены разные типы стеклотканей в базовом материа-
ле. Известно, что плотность нитей, образующих основу и уток, со-
ставляет 100-140 единиц на участке 100 мм для FR-4 и 160—200
единиц для отечественных материалов. На рис. 2.1 хорошо замет-
на соизмеримость одного и того же диаметра сверла со стеклянной
сеткой для разной толщины базового материала.
Процесс изнашивания инструмента в момент работы происхо-
дит тем быстрее, чем больше абразивных частиц встречается на его
пути. Поэтому соразмерность стекловолокон и нитей из них с ди-
аметром сверла, а точнее, к его режущим кромкам определяет пе-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
rOSTWei	компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 2. Сверление
Рис. 2.1. Соразмерность диаметра сверла и плотности переплетения
стеклоткани: а — ткань типа 1080; б — ткань типа 1628; в —
ткань типа 2116.
риодичность смены инструмента в зависимости от толщины осно-
вы печатных плат. Поэтому оценку и сравнение инструмента по
износостойкости необходимо делать в пределах одной группы или
подгруппы материалов.
Результат операции сверления взаимосвязан с последующими
операциями, направленными на металлизацию отверстий. Напри-
мер, для эффективной очистки отверстий МПП в перманганатных
растворах необходимо предотвратить модификацию связующего,
чтобы минимизировать воздействие химических растворов на ди-
электрик. Модификация полимера происходит из-за нагрева режу-
щих кромок до температур 300...400°С. И хотя вход и выход сверла
при высокопроизводительном сверлении занимает всего 0,3 с, этого
времени оказывается достаточно, чтобы оставить свой отпечаток на
торцах контактных площадок внутренних слоев МПП и стенках от-
верстий: наволакивание связующего на торцы контактных площа-
док, подгар и остекленение поверхностного слоя связующего.
Известно, что теплостойкость стеклотекстолитов ограничивает
скорости резания при различных видах их механической обработки,
так как может развиваться температура, значительно превышающая
теплостойкость материала. Кроме того, низкая теплопроводность
ламинатов при воздействии температуры способствует длительной
локализации тепла в узкой зоне нагрева, что, в свою очередь, может
вызвать частичное испарение, обугливание и оплавление связующе-
го с низкой термостойкостью.
FastwelcS^-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
2.1. Механическое сверление
На рис. 2.2 показаны сверла,
у которых диаметры уменьшают-
ся при переходе от режушей час-
ти к хвостовику. Такие сверла хо-
рошо адаптированы к обработке
МПП, где наволакивание смолы
на торцы внутренних контакт-
ных площадок вызывает пробле-
мы очистки. Очевидно, чем
меньшее усилие встречают про-
дукты резания при удалении из
зоны резания, тем выше качест-
во обработки. Значит, не послед-
нюю роль в этом играет и шеро-
ховатость поверхности стружеч-
ного канала (Rz). Особенно это
становится актуальным при ра-
боте со сверлами из первых двух
подгрупп. Закупоривание стру-
жечного канала приводит к рез-
кому повышению сил скручива-
ния сверла, а это в свою очередь
ведет к частым поломкам инст-
румента. Для микросверления
изготовители стремятся создать
микрозернистый материал, тем
самым увеличив стойкость
и прочность режущего инстру-
мента. Лучшие образцы этих
подгрупп имеют зернистость по-
рядка 0,4 мкм и меньше. Умень-
шение величины зерна в матери-
але благоприятно сказывается на
а
Рис. 2.2. Отличительные признаки
сверл: 1 — предельно малая толщи-
на режущей грани — а; 2 — большое
стружкоотводное пространство; 3
и 4 — большая симметрия режущих
кромок; 5 — обратная конусность
рабочей части сверла — х; 6 — утол-
щающаяся к основанию сердцевина
сверл улучшенной конструкции —
у; 7 — цилиндрический участок ра-
бочей части сверла улучшенной
конструкции; а — обычное сверло; б
и в — сверла с увеличенной прочно-
стью стержня.
точности заправки, шероховатости инструмента и стойкости режу-
щих кромок. Сверла, геометрия которых изображена на рис. 2.2,
имеют один недостаток — это ограниченная длина боковой режущей
кромки. В силу этого такие сверла необходимо перетачивать с осо-
Е х H I	К0НТРАКТН0Е производство
I	компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 2. Сверление
бой осторожностью, постепенно приближаясь к необходимому ре-
зультату [5].
Существуют три критерия для опенки процесса сверления:
производительность, стойкость сверл и качество отверстий. Пер-
вые два критерия относятся к экономическим, а последний крите-
рий характеризует качество готовых плат. Однако все три критерия
накладывают свои требования на процесс сверления. Рассмотрим
особенности конструкций сверл для сверления фольгированных
стеклопластиков:
•	предельно малая толщина режущей грани уменьшает трение за
счет уменьшения площади контакта между сверлом и дном от-
верстия;
•	тщательная обработка поверхностей направляющих ленточек
и главной задней поверхности (Rz 0,8 мкм) и спиральных ка-
навок (Rz < 1,6 мкм) гарантирует большую стойкость, лучший
отвод стружки и высокое качество отверстия;
•	большое стружкоотводное пространство (к ~ 0,20) способст-
вует лучшему удалению стружки, благодаря этому степень на-
гревания значительно меньше, уменьшается нанос смолы на
стенки отверстия;
•	четырехгранная заточка, обеспечивающая хороший режим ре-
зания, и призматическая вершина сверла обеспечивают хоро-
шую центровку, благоприятствуют удалению стружки, сверле-
нию без задиров;
•	обратная конусность сверла (0,02 мм на 10 мм длины) умень-
шает трение и способствует уменьшению теплообразования.
Между тем обратная конусность должна быть настолько мала,
чтобы диаметр сверления даже после нескольких переточек
еще не выходил за пределы допуска;
•	особые требования к концентричности между хвостовикам
и рабочей частью сверла (примерно 0,005 мм) направлены на
улучшение точности центровки в процессе сверления;
•	важное значение имеет симметрия режущих кромок; осевое
биение режущих кромок, измеряемое у ленточек, не должно
превышать 0,01 мм.
Многие из приведенных параметров геометрии и поверхности
сверл можно получить только на специальном прецизионном станке,
www.fastwel.ru
rGSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
2.1. Механическое сверление 53
процесс, начало
рабочей части
Режущая
Уменьшенный
Дополнительная
обработка при
вершине сверла
Рис. 2.3. Удлиненная (цилиндричес-
кая) режущая кромка сверла: а —
уменьшенный диаметр тела сверла;
б — дополнительная обработка при
вершине сверла.
снабженном набором алмазных кругов различной зернистости. Толь-
ко при этих условиях можно затачивать твердосплавные сверла, ко-
торые по качеству шлифованной поверхности не отличались от тре-
бований ГОСТ 22095 и технологической документации.
Стружкоотводное пространство можно увеличить только умень-
шением толщины сердцевины сверла. Это влечет за собой опасность
увода сверла. Компромиссное решение состоит в выполнении серд-
цевины в виде конуса с основанием у хвостовика (рис. 2.26).
Какой бы малой ни была обратная конусность сверла, переточ-
ка, так же как и износ, приводит к постепенному уменьшению его
диаметра. Чтобы замедлить этот
сверла на небольшой длине
можно сделать цилиндрическим
(рис. 2.26). Более подробно это
показано на рис. 2.3. Однако та-
кой конструкции сверла свойст-
вен повышенный нанос смолы,
поэтому для сверления МПП их
используют редко. В основном
они применяются там, где тре-
буется повышенная точность
диаметра отверстия, например
для сверления отверстий под за-
прессовку штырей в плату.
В других конструкциях сверл
используется увеличение стру-
жечного канала за счет уменьше-
ния площади поперечного сече-
ния сверла с одновременным уп-
рочнением материала. Тем самым
сохраняется возможность много-
кратной переточки инструмента.
При работе с таким инструмен-
том необходимо помнить об
ограничении подач, чтобы не
превысить предел прочности
уменьшенного сечения сверла.
Fdstwe
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 2. Сверление
Для сверл, диаметры которых меньше 0,4 мм, не всегда делают четы-
рехгранную заточку при вершине сверла. Хотя при таких размерах ин-
струмента пересечение в пространстве двух граней дает линию, прак-
тически соизмеримую с точкой, все же для повышения точности цен-
трирования сверла при вхождении в материал применяется
дополнительная заточка, как показано на рис. 2.35. Для создания мик-
ропереходов в материалах используют сверла с небольшой рабочей
длиной, за счет этого повышается жесткость инструмента и, как след-
ствие, точность обработки. В случае необходимости эти сверла хорошо
работают и при сквозном сверлении, необходимо лишь следить за мак-
симально допустимой глубиной погружения инструмента в диэлект-
рик. Эта величина должна быть всегда меньше длины рабочей части на
два диаметра сверла.
2.1.2.	Сверление [4]
С увеличением класса точности печатной платы возникает необходи-
мость в сверлении с минимальным отклонением центра отверстия от
координатной сетки, особенно это касается выхода сверла из заготовки
(чем больше глубина обработки, тем больше вероятность ухода сверла).
Из-за неоднородности структуры диэлектрика, возможных отклоне-
ний в изготовлении сверла и ряда других факторов происходит уход оси
вращения инструмента от первоначального позиционирования.
Для предотвращения этого явления выпускаются специально разрабо-
танные сверла, в которых реализована идея точного врезания в обраба-
тываемый материал и повышенной жесткости за счет как материала
сверла, так и его конструкции. Такие сверла создают минимальные на-
пряжения в местах, где производилась обработка. По данным фирмы
НАМ, цилиндрическая часть при вершине сверла, как показано на
рис. 2.3, позволяет минимизировать увод инструмента в среднем до
12—15 мкм при полном погружении инструмента в материал.
В условиях массового производства бытовой техники стали ши-
роко использоваться так называемые «слотовые» сверла. С помо-
щью этого инструмента на станках с ЧПУ можно высверливать кон-
тур будущей небольшой платы, вырезать монтажные пазы или мар-
кировать панели. Они, как правило, выпускаются в небольшом
интервале диаметров от 0,5 до 2,00 мм и имеют рабочую длину по-
___________www.fastwel.ru
rOSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
2. 7. Механическое сверление
рядка 8 мм в зависимости от ди-
аметра инструмента. Конструк-
ция таких сверл направлена на
увеличение жесткости.
Для сверл большого диамет-
ра четырехгранная заточка при
вершине сверла не применяется.
Для уменьшения смещения цен-
тра отверстия от шага коорди-
натной сетки применяют дополнительную подрезку кромок у вер-
шины сверла (рис. 2.4). Суть такой доработки заключается в том,
чтобы резать стружку на более мелкие элементы, не доводя до
сплошной ленточки.
Стружколом
Рис. 2.4. Заточка сверла со стружко-
ломом.
Обработка
д ля лучше то
центрирования
2.1.3.	Фрезерование [4]
Наряду с обрубкой контура и скрайбированием этот вид обработ-
ки приобретает все большую популярность благодаря высокой
гибкости и автоматизации. Для учета специфики обрабатываемо-
го материала и различных видов работ существует большое разно-
образие фрез: контурные и пазовые, фрезы для обработки гибких
печатных плат, для работ по комбинированным материалам (боль-
шое отношение толщины меди к диэлектрику; комбинация алю-
миний, медь, диэлектрик), фрезы для работ с термопластами
и мягкими материалами. Классическим представителем контур-
ных и пазовых фрез является инструмент с чередованием режущих
зубьев, словно зерна кукурузы (фото на рис. 2.5). Но на этом сход-
ство заканчивается, так как у «кукурузных» фрез имеются винто-
вые каналы для отвода стружки. Чем больше величина зуба и кру-
че поднимается стружечный канал, тем производительнее инстру-
мент, но при этом возрастает шероховатость обработанной
поверхности и, как следствие, падает точность. На фотографии
рис. 2.5 можно видеть вершину инструмента, на которой имеются
два зуба, обеспечивающие врезание фрезы по вертикали. Необхо-
димо тщательно подбирать подачу инструмента при фрезерова-
нии, так как производительность вершины фрезы превышает ее
производительность по боковой поверхности. Если пренебречь
FashA/elC?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
56 Глава 2. Сверление
Рис. 2.5. Вершина фрезы с двумя зубьями для врезания в материал.
этим, то на боковой режущей части фрезы на расстоянии 1,5...2 мм
от вершины быстро появится подгар и прилипшие продукты реза-
ния, которые не успевают освобождать сружковыводящие каналы.
В результате наступает преждевременное старение инструмента
как за счет возросшей температуры в зоне резания, так и от вы-
ключения из работы некоторого количества зубьев. Чтобы про-
длить срок службы фрез, необходимо оптимизировать подачу по
оси Z.
У «кукурузных» фрез имеется ряд особенностей, использование
которых может значительно облегчить обработку контура, а именно
отвод продуктов резания вниз или вверх при правом вращении
шпинделя. Конструктивно это выглядит так, как показано на
рис. 2.6 и 2.7. В практических целях большой интерес представляют
те фрезы, которые при своем вращении не поднимают обрабатывае-
мый материал, а наоборот, прижимают к столу станка и тем самым
способствуют повышению точности обработки.
В тех случаях, когда требуется выдерживать более точные раз-
меры изделия или иметь меньшую шероховатость поверхностей
после обработки, необходимо применять другой тип фрез
(рис. 2.8). Такие фрезы имеют отличную производительность
Fas+welcSlr5
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
2.1. Механическое сверление
Вершина фрезы
рыбий хвост
Вершина фрезы
ввиде сверла
Рис. 2.6. Фрезерование с выбросом
стружки вверх.
Рис. 2.7. Фрезерование с выбросом
стружки вниз.
и позволяют работать ими в широких пределах подач. Их разно-
видности отличаются углом подъема боковой режущей кромки,
величиной зубьев и их количеством. Эти элементы фрез влияют
на производительность и чистоту реза.
Для фрезерования гибких пе-
чатных плат и тех материалов, ко-
торые в момент резания начина-
ют «плыть», предназначены двух-
зубые фрезы с различной формой
вершины — «рыбий хвост» или
«сверло» (фото на рис. 2.9). Такие
фрезы справляются с печатными
платами, в которые впрессован
алюминиевый радиатор. Боль-
шой стружечный канал и доста-
точная жесткость обеспечивают
возможность работать как в объе-
ме, так и в плоскости.
В тех случаях, когда матери-
ал диэлектрика мягкий или име-
ет низкий порог теплоустойчи-
вости (лавсан, тефлон и т. д.),
используются фрезы с одним зу-
бом, которые также снабжаются
вершиной в виде «рыбьего хвос-
та» или «сверла».
Рис. 2.8. Фреза для тонкой обработ-
ки контура плат.
Рис. 2.9. Фреза «рыбий хвост».
FastwelcSl^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 2. Сверление
2.1.4.	Влияние конструкции сверла
на качество сверления
Качество отверстий решающим образом зависит от геометрии рабо-
чей части сверл. Слишком большой угол при вершине сверла ведет
к осевому отклонению сверла при соприкосновении его с материа-
лом основания, слишком малый — к осевому отклонению внутри
материала, образованию крупной стружки, которая плохо удаляется
и приводит к повышенному износу сверла. Хотя, нужно заметить,
с уменьшением угла при вершине сверла до 80° наблюдается умень-
шение наволакивания смолы. Оптимальный угол при вершине при-
близительно равен 125°.
Образующаяся при сверлении фольгированного стеклопластика
трехкомпонентная стружка обладает рядом неприятных свойств,
с которыми приходится считаться: медная стружка, обладая малой
долей упругой деформации, способна сминаться и забивать спи-
ральную канавку; смоляное крошево, обладая хорошей адгезионной
способностью, будучи подогретым тепловыделениями при резании,
налипает на стенки спиральной канавки; стеклянный скол — абра-
зивный материал.
Полировка поверхности канавок обеспечивает хорошее сколь-
жение медной и стеклянной стружки, предотвращает прилипание
к ней крошек смолы. Тем не менее гарантии бесперебойного отвода
стружки наступают при достаточно широких отводных каналах, ес-
ли площадь спиральных канавок приблизительно вдвое больше, чем
площадь остальной внешней поверхности сверла.
Малый угол подъема винтовых канавок приводит к зажиму ре-
жущей кромки, слишком большой — к резкому врезу сверла, вызы-
вающему частую его поломку. Наиболее часто используемый угол
подъема винтовой канавки равен 28°.
2.1.5.	Точность сверления
Современное автоматическое оборудование позволяет высверли-
вать отверстия с большей точностью, чем обычно достигаемая
в условиях производства. Причина этого заключается в том, что
на точность сверления оказывает влияние ряд факторов, связан-
л www.fastwel.ru
rOSTWei	тел.: (095) 234-06-39
2 I. Механическое сверление
ных с неточностями геометрии сверл и особенностями стеклотек-
столитов.
Чем острее и прочнее сверло, тем меньше его доля в суммар-
ной ошибке. Та или иная степень разбалансировки, присущая
любому сверлу, всегда приводит к уменьшению точности свер-
ления.
Прочные стеклянные волокна стеклоткани отклоняют сверло,
ему легче ввинчиваться в мягкую смолу. Ясно, что точность сверле-
ния будет выше в материале, армированном тонкой стеклотканью.
Поэтому точность сверления повышается с уменьшением толщины
стекловолокна, плотности переплетения, с увеличением диаметра
сверла и содержания связующего. По мере увеличения стопы печат-
ных плат отклонение сверла становится все более заметным в ниж-
них платах.
Центрирование сверла можно намного улучшить, используя на-
правляющую втулку или короткие сверла. При сверлении прецизи-
онных МПП запрещается сверление более одной МПП в стопе.
2.1.6.	Переточка сверл
Износ сверл происходит главным образом на режущих кромках —
это углы режущих кромок, главные грани, ленточки, главная режу-
щая кромка, вспомогательные режущие кромки. Непременное ус-
ловие хорошего качества сверл после переточки — отсутствие
скруглений главной режущей кромки. Опыт показывает, что этого
можно достичь только отшлифовыванием грани не менее чем на
0,3 мм.
Как уже отмечалось, для переточки твердосплавных сверл необ-
ходим специальный станок, аттестованный поточности исполнения
геометрии сверла.
Несмотря на возможность хорошей переточки изношенных
сверл, в производстве прецизионных МПП она используется огра-
ниченно. Износ сверл приводит к недопустимому изменению диа-
метра сверления.
Изготовленные на заводе сверла, как правило, не нуждаются
в проверке. Перезаточенные сверла нужно проверять в первую оче-
редь на правильность заточки вершины сверла.
Fastweld?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 2. Сверление
Очень важно тщательное обращение со сверлами. Нужно по-
мнить, что твердосплавные сверла — чрезвычайно хрупкий инстру-
мент и даже легкий удар и тем более падение его на кафельный пол
разрушают его режущие элементы.
Важно ввести строгий учет соотношения использованных сверл
и просверленных печатных плат так, чтобы рабочий не имел воз-
можности сверлить плату изношенным сверлом. С другой стороны,
такой учет позволяет организовать на участке сверления входной
контроль сверл и тем самым поддерживать качество переточки сверл
на надлежащем уровне.
Стойкость твердосплавных сверл между переточками составляет
1000... 1300 отверстий, что соответствует суммарной глубине
1500...2000 мм. Критерий затупления — износ по задней поверхнос-
ти режущей части 0,05...0,07 мм для сверл диаметром до 1 мм
и 0,07...0,08 мм для сверл диаметром свыше 1 мм.
2.1.7.	Режимы резания
Скорости резания и подачи должны выбираться так, чтобы получить
оптимальные соотношения между высокой производительностью,
стойкостью сверл и хорошим качеством отверстий.
Оптимальная скорость резания подбирается для каждого типа ма-
териала и каждого типа конструкции печатных плат и потом тщатель-
но поддерживается в процессе производства. Солидные производите-
ли базовых материалов (например, фирма ISOLA) сопровождают по-
ставки своих материалов рекомендациями по режимам сверления.
При оценке параметров резания следует иметь в виду, что ско-
Рис. 2.10. Характер изменения ско-
рости вращения шпинделя при
сверлении.
рость вращения сверла — вели-
чина непостоянная: в зависи-
мости от момента инерции
шпинделя он получает то или
другое замедление по мере вре-
зания сверла в тело штаты
(рис. 2.10), при пересечении
различных слоев материала
шпиндель получает разное за-
медление.
Fastwelt^;'
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
2.1. Механическое сверление 61
Скорость подачи выбирает-
ся из тех соображений, что
слишком малая подача увеличи-
вает нагрев сверла и стенок от-
верстия, большая подача огра-
ничена геометрией сверла —
главный задний угол а должен
быть всегда больше, чем угол ре-
за/7 (рис. 2.11).
ГОСТ 23664—79 рекомен-
Рис. 2.11. К выбору подачи сверла.
® О 400 800 1200 1600 2000 2400
Количество сверлений, шт.
Рис. 2.12. Зависимость энергии
сверления от частоты вращения
шпинделя.

дует следующие режимы реза-
ния: скорость резания — не
менее 40 м/мин, подача при
сверлении одно- и двухсторон-
них печатных плат 0,02...0,07
мм/об, для МПП — 0,02...0,05
мм/об. Подача обратного хода
должна быть как можно более
быстрой — сверло меньше раз-
мажет смолы по стенкам отвер-
стий.
Биение рабочей части свер-
ла, закрепленного в цанге стан-
ка, не должно превышать 0,025 мм. Большее биение приводит к по-
явлению заметных заусенцев, «гвоздевому эффекту», к сколу и сло-
му сверла.
Отклонение от перпендикулярности оси шпинделя к базовой
поверхности стола не должно быть больше 0,01 мм, иначе будут на-
блюдаться увод сверла и увеличенные позиционные погрешности
сверления.
Усилие прижима вокруг обрабатываемого отверстия должно быть
1,5...2 МПа (15...20 кгс/см2).
Режимы и качество сверления удобно оценивать через энер-
гию сверления, т. е. энергию, требующуюся для разрушения и на-
грева материала. Процесс сверления исследуется известными
способами: частоту вращения шпинделя можно определять с по-
мощью призматического зеркала, закрепленного на оси шпинде-
Fas+welC^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 2. Сверление
Рис. 2.13. Зависимость степени за-
масливания стенок отверстий от
энергии сверления.
Расслоение	i-----
п I
Вырывы	।-----
Полное замасливание ।--(
|
Средний насос ।---1
Легкий насос i----1
u I
Нет насоса---1
I______।_______।_______i—
4	8	12
Энергия сверления, Дж
Рис. 2.14. Степень дефектности от-
верстий в зависимости от энергии
сверления.
ля, и свето- и фотодиода для
регистрации частоты мелька-
ния отраженного луча; давле-
ние на сверло находят с помо-
щью пьезокварца, встроенного
в тело хвостовика сверла; тем-
пературу в зоне сверления оп-
ределяют термопарой: медь
слоя и подложки — тело сверла
или средствами инфракрасной
микроскопии. На рис. 2.12
и 2.13 показаны взаимосвязи
между энергией сверления
и процентом наноса смолы,
на рис. 2.14 — степень дефект-
ности отверстий от энергии
сверления.
В результате температурных
исследований установлено, что
при 360°С происходит полное
замасливание стенок отвер-
стий, при 150°С — частичное,
при 100°С — медные торцы чис-
тые [3].
Сила, действующая на свер-
ло, прямо связана с затуплением
режущих кромок.
Наиболее доступный и наиболее информативный метод ис-
следования процесса сверления — оценка его через энергию
сверления, которая определяется по изменению частоты враще-
ния шпинделя между входом и выходом сверла. На рис. 2.12 по-
казаны результаты таких исследований в виде количества тепло-
ты, выделяемой на разных скоростях сверления с увеличением
числа сверлений. Так, при частоте вращения 30 тыс. об/мин теп-
ловыделения увеличиваются в среднем с 2 до 4,5 Дж после 2400
сверлений, при 70 тыс. об/мин — с 4,5 до 9 Дж после того же
числа сверлений.
FastwelC?^'
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
2.1. Механическое сверление
2.1.8.	Характерные дефекты сверления
Дефекты сверления лучше всего выявляются при контроле качества
исполнения технологии по микрошлифам. Однако и по внешним
признакам просверленной платы можно увидеть характерные де-
фекты сверления и своевременно принять меры по их устранению.
При контроле операции сверления сверяют показания счетчика
сверлений с требуемым по документации числом отверстий, измеря-
ют размеры отверстий и их позиционную точность по контрольной
сетке или с помощью прецизионной измерительно-координатной
системы.
Смещение, если оно имеет одно направление по всей печатной пла-
те, означает необходимость корректировки позиционирования платы.
Наличие заусенцев определяют, сверяя на ощупь поверхность
контролируемой платы с образцом-эталоном. Мелкие заусенцы уст-
раняются тонкой шкуркой, при этом нельзя сильно придавливать
ее, чтобы не завальцевать заусенцы внутрь отверстия. При высоте за-
усенцев более 30 мкм следует проверить геометрию сверл, перето-
чить или заменить сверло; проверить и устранить биение сверла, за-
крепленного в шпинделе станка; попробовать изменить режимы
сверления; при появлении заусенцев на выходе отверстия следует
сменить подкладку под плату и увеличить прижим платы.
При слишком больших подачах сверла и сильном его износе образо-
вание заусенцев сопровождается отслоением фольги.
Малейшее затупление режущих кромок приводит к развальцо-
выванию фольги контактных площадок на внутренних слоях («гвоз-
девой эффект») и появлению заусенцев на наружных слоях.
Сколы, ореолы, заполировка, поджог и засаливание поверхности
отверстий, налипание меди и стеклотекстолитовой пыли на сверло,
дробленая поверхность отверстия получили разъяснение выше.
Ореолы — наиболее часто встречающийся дефект сверления, яв-
ляющийся сам по себе причиной других дефектов печатных плат.
В подозрительных случаях этот дефект можно обнаружить, удалив
фольгу наружных слоев и подвергнув остатки платы термоудару лю-
бым способом: на волне припоя, в масле, в установке для оплавле-
ния и т. п. Ширина поверхностных сколов и посветлений (ореолов)
вокруг отверстий не должна превышать указанной в ГОСТ 23662.
FastwelCS?^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 2. Сверление
2.2.	Бесстружечная обработка
Бесстружечная обработка отличается особенно низкими затрата-
ми при использовании специальных инструментов Конструк-
ции отверстий и пазов во внешнем контуре, ориентированных на
бесстружечную обработку, разрабатываются по специальным
нормам. Материалы оснований, используемые для штамповки,
должны обладать соответствующей способностью к этой обра-
ботке [6].
2.2.1.	Раскрой материалов
Резка заготовок из пластин или рулонов слоистых диэлектриков
осуществляется на ударных, дисковых или роликовых ножницах
с ручной или автоматической подачей материала. Линия реза на-
правлена так, что не возникает расслоения материала и других по-
вреждений на его поверхности. Внешний контур односторонних пе-
чатных плат и слоев МПП при партиях до 5000 шт. формируется
с помощью универсальных штампов, а при больших сериях — на
скоростных эксцентриковых прессах, оборудованных специальным
режущим инструментом. Спрессованные МПП бесстружечными
методами по возможности не обрабатываются, так как слишком ве-
лика опасность их расслоения.
Процесс обработки плат по контуру изучен довольно полно.
Работы развиваются в направлении автоматизации процесса и по-
вышения износостойкости инструмента. Для резки фольгирован-
ных диэлектриков и прокладок используются роликовые одно-
и многоножевые и гильотинные ножницы. Размеры заготовок рас-
считываются с учетом оптимального размещения слоя ПП, техно-
логического припуска для последующих операций (30 мм) и необ-
ходимости минимального расходования материала. Листы исход-
ного материала разрезаются на роликовых ножницах. Режущие
элементы ножниц изготовлены из твердого сплава, поэтому они
обеспечивают высокую стойкость, производительность (до 720 за-
готовок/ч) и надежность в работе. Получение заготовок слоев осу-
ществляется штамповкой на кривошипных прессах. Предельные
отклонения заготовок составляют ±2 мм. Базовые и технологичес-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
FastwelC»^
2.2. Бесстружечная обработка
кие отверстия в заготовках слоев также получаются штамповкой на
кривошипных прессах. Для формирования контура плат и фрезе-
рования окон в печатных платах используется станок с программ-
ным управлением.
2.2.2.	Штамповка
Неметаллизируемые отверстия в односторонних печатных платах
в количестве свыше 2-Ю4 изготавливаются специальными инстру-
ментами. Чтобы выдержать жесткие допуски на расположение отвер-
стий при обработке нагретого материала, следует учитывать возника-
ющее при пробивке отверстий тепловое расширение инструмента.
На небольших партиях экономически оправдано применение
штампов со стандартной пробивкой отверстий или автоматизирован-
ных однодырочных штампов. Штампы со стандартной пробивкой
формируют отверстия во всех узлах координатной сетки. Изготовле-
ние всех отверстий с помощью штампа, формирующего отверстия че-
рез один узел координатной сетки, осуществляется за четыре перехода
благодаря соответствующему горизонтальному и вертикальному пере-
мещению печатной платы. Предпосылками для использования стан-
дартного многодырочного штампа являются одинаковый диаметр от-
верстий и их стандартное расположение. Управление позиционирова-
нием однодырочного штампа с револьверной головкой позволяет
быстро перестраивать программу пробивки для различных диаметров
отверстий под индивидуальный проект односторонней платы.
2.2.3.	Испытания материалов на штампуемость
Процесс выштамповки отверстий очень чувствителен к штампуе-
мости материлов. Испытание на пробивку отверстий производится
по тестплате, показанной на рис 2 15. По результатам осмотра пе-
ремычек между ромбами можно определить минимальное расстоя-
ние Ь, на котором отсутствуют трещины. Далее определяется значе-
ние kj в качестве параметра пробивки:
к, = Ь/А,
где Д — толщина материала основы (диэлектрика).
Fastwel{5?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 2. Сверление
Рис. 2.15. Тест-плата для испытаний материалов на штампуемость
с ромбическими тест-элементами.
Этот метод испытания для практических случаев применения
малоубедителен, так как подобное выполнение рисунка пробивки
встречается очень редко. На рис. 2.16 представлена пробивки, в ос-
нове которой лежит круглая форма отверстий.
2.3.	Сверлильные станки
Современные сверлильно-фрезерные станки для сверления печатных
плат объединены общими признаками технического исполнения:
Рис. 2.16. Тест-плата для испытаний
материалов на штампуемость с круг-
лыми тест-элементами.
•	стол-основание из нату-
рального камня или грани-
та;
•	стандартный привод X-Y
на линейных двигателях;
•	перемещение по X- Y рабо-
чих органов на воздушных
подшипниках;
•	малая масса рабочего сто-
ла за счет использования
новых композиционных
материалов, в частности
углепластика;
•	высокоскоростной шпин-
дель: 150 тыс. об/мин, вы-
сокочастотный шпиндель
для микросверления —
180 тыс. об/мин;
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwe
2.4. Химическое сверление
•	автоматическая смена инструмента;
•	система лазерного контроля состояния инструмента до
и в процессе работы;
•	управляемый скоростной сервопривод по оси Z;
•	контроллер компьютерного управления.
Благодаря удачной сбалансированности этих элементов кон-
струкции создается хорошее сочетание точности позициониро-
вания (до ±5 мкм) и производительности (до 400 отв/мин), воз-
можность механического сверления отверстий с диаметром до
0,1 мм, точность глубины сверления до ±25 мкм (для станков
KLG — ±7 мкм), высокая скорость перемещения: по осям X-Y
с ускорением 10—15 м/с2, по оси Z — 3,6g. Автоматическая смена
инструмента согласуется с производительностью станка — мага-
зин сверл может загружаться сотнями и даже тысячами сверл де-
сятка номенклатур.
2.4.	Химическое сверление
Использование полиимидных пленок для наращивания слоев
МПП позволяет вытравливать в них глухие отверстия в крепких го-
рячих щелочах. Для этого первоначально в соответствующих мес-
тах вытравливаются окна в фольге, которая в данном случае играет
роль маски. Этот групповой метод оформления отверстий, естест-
венно, обладает высокой производительностью. Но отсутствие со-
ответствующих установок со струйной обработкой горячими щело-
чами вынуждает использовать погружное травление, что влечет за
собой нежелательное подтравли ван ие диэлектрика под фольгой.
Тем не менее при отсутствии соответствующего оснащения травле-
ние отверстий остается единственным способом выполнения глу-
хих отверстий.
2.5.	Лазерное сверление
Лазер — источник электромагнитного излучения видимого, инфра-
красного и ультрафиолетовых диапазонов, основанный на вынуж-
денном излучении атомов и молекул. Слово «лазер» составлено из
начальных букв (аббревиатуры) слов английской фразы: «LIGHT
FastweltS±
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 2. Сверление
AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION», что
означает «усиление света в результате вынужденного излучения». Та-
ким образом, в самом термине «лазер» отражена та фундаменталь-
ная роль процессов вынужденного излучения, которую они играют
в генераторах и усилителях когерентного света.
2.5.1.	Особенности лазерного излучения
По сравнению с другими источниками света лазер обладает рядом
уникальных свойств, связанных с когерентностью’ и высокой на-
правленностью его излучения. Излучение «нелазерных» источни-
ков света не имеет этих особенностей. Никакая оптическая систе-
ма не позволяет получить на поверхности освещаемого объекта
плотность мощности излучения большую, чем в самом источнике
света.
Задача создания источника когерентного света была решена
с появлением лазера, в котором используется принципиально иной
метод высвечивания возбужденных атомов, позволяющий, несмо-
тря на некогерентный характер возбуждения отдельных атомов,
получать когерентные пучки света с очень малой расходимостью.
Кроме того, малая расходимость излучения позволяет с помощью
обычных оптических систем концентрировать световую энергию
в ничтожно малых объемах, создавая громадные плотности энер-
гии. Когерентность и направленность излучения открывают прин-
ципиально новые возможности использования световых пучков
там, где нелазерные источники света неприменимы.
Таким образом, лазерное излучение отличается:
•	монохроматичностью;
•	малой расходимостью лучей;
•	когерентностью излучения.
Именно эти свойства лазерного излучения создают возможность
сосредоточения в пятне излучения большой плотности мощности
(непрерывной или в импульсе).
1 Когерентность — синфазность излучения. Если разность фаз колебаний остается
постоянной во времени, то колебания называют когерентными. Колебания, у кото-
рых разность фаз беспорядочна, называют некогерентными.
Fastwel<S>*
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
2.5. Лазерное сверление
Гармоники Nd:YAG
5-я 4-я 3-я Аг-чоп 2-я
NdYLF	CQ
212 244 355	488 532
1064 1321
Ул ьтрафиолетовая
область
Видимая область
Инфракрасная область
Рис. 2.17. Длины волн излучения технологических лазеров.
Предельная расходимость луча определяется естественной ди-
фракцией света - дифракционной расходимостью1:
&D = 1,22 2/D.
Реально угловой диаметр пучка когерентного света: 0 = 30р.
На расстоянии х от апертуры радиус пятна г = F®, где F- фокус-
ное расстояние оптической системы.
Таким образом, чем короче фокус оптической системы, тем
меньше пятно. Однако интенсивное выделение (испарение, выбро-
сы) продуктов термораспада может загрязнить оптику и поэтому не
позволяет использовать короткофокусную оптику.
Реально уменьшение диаметров пятен лазерного излучения не
беспредельно: в табл. 2.1 показаны рабочие характеристики техноло-
гических лазеров
1 Дифракционная расходимость — расширение светового (волнового) пучка за счет
дифракции света на краях диафрагм, оправ, отверстий и т.п. Дифракционная расхо-
димость Qd пропорциональна длине световой волны Л и обратно пропорциональна
диаметру диафрагмы D. В угловой мере дифракционная расходимость когерентного
излучения QD = kX/D, где к — коэффициент, зависящий от распределения интенсив-
ности на апертуре излучателя. Для круглого отверстия, освещенного плоской вол-
ной. к = 1.22.
Р .	|	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
 CISTW6I * компоненты, ПП, сборка, тест
70 Глава 2. Сверление
Таблица 2.1.
Лазеры		Режим	Основная длина волны излучения, мкм	Мощность излучения,	Расходи- мость излу- чения	Реальный радиус пятна, мкм
Тип	Вид активного тела лазера					
Газовые	С02 + n2 (непрерывный)	Непрерыв- ный	10,6	10...15 кВт	До 25 мрад	50...75
	Аг+	Непрерыв- ный	0,488	До 20 Вт	0,5... 1,5 мрад	5...10
	Kr+ + F (эксимерный)	Импульс- ный	0,249	20...250 Вт	2 . 15 мрад	2...3
	Kr+ + CI (эксимерный)	Импульс- ный	0,3	50...300	3 20 мрад	3...5
Твердотельные	Алюмо- итриевый гранвтс неодимом (YAG:Nd3+)	Непрерыв- ный	1,06	0,05...1000 Вт	2...24 мрад	10...30
		Импульс- ный свободной генерации	1,06	20...600 Вт	2..24 мрад	10...30
		Импульс- ный с модулиро- ванной доброт- ностью	1,06	2...100 МВт (пиковая)	0,3...3 мрад	2...10
		Режим синхрони- зации мод	1,06	До 2 ГВт (пиковая)	ОД..0,7 мрад	0,5...2
	Рубин	Импульс- ный с модулиро- ванной доброт- ностью	0,6943	До 1 ГВт (пиковая)	0,3...1 мрад	1...3
Полупровод- никовые	GaAIAs	Импульс- ный (одиночные лазеры)	0,8...0,9	5...30 Вт (пиковая)	20...40 град	До 5 мм
Излучения лазеров, наметившихся к применению в технологиях
печатных плат, показаны на рис. 2.17.
2.5.2.	Воздействие мощного лазерного излучения
на вещество
Высокая мощность лазерного излучения в сочетании с высокой на-
Fastwel<2s^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
2.5. Лазерное сверление
Рис. 2.18. Воздействие лазерного пучка на вещество.
правленностью позволяет с помощью фокусировки получать свето-
вые потоки огромной интенсивности (рис. 2.18).
1.	При плотности мощности порядка 105 Вт/см2 начинается
плавление материала. По мере поступления световой энергии грани-
ца между жидкой и твердой фазами (поверхность расплава) посте-
пенно перемещается вглубь материала. При этом площадь расплава
увеличивается, теплота начинает более интенсивно отводиться
в глубинные слои за счет процессов теплопроводности, в результате
устанавливается стационарная поверхность расплава.
2.	При воздействии потоком излучения порядка 106...108 Вт/см2
материал в зоне облучения разрушается с образованием кратера, окру-
женного ярко светящимся плазменным факелом. Плазменный факел
представляет собой движущийся пар, нагретый и ионизированный ла-
зерным излучением (рис. 2.19).
Реактивное давление пара, выбрасываемого с поверхности материа-
ла, сообщает мишени импульс отдачи. Испарение происходит с поверх-
ности тонкого слоя жидкого материала, нагретого до температуры в не-
сколько тысяч градусов. Температура слоя определяется равенством по-
глощенной энергии и потерь на охлаждение, связанное с испарением.
Роль теплопроводности в охлаждении слоя при этом несущественна.
Рис. 2.19. Плазменный факел.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
FastwelC37’
72 Глава 2. Сверление
3.	При повышении плотности световой мощности до 109 Вт/см2
поглощающий слой вещества разогревается так сильно, что сразу
превращается в плазму. В этом случае уже нельзя говорить об испа-
рении мишени, границе раздела фаз и т.п. Энергия лазерного излу-
чения расходуется на нагревание плазмы и продвижение фронта
разрушения и ионизации вглубь мишени. Температура плазмы ока-
зывается столь высокой, что в ней образуются ионы с почти обод-
ранной электронной оболочкой, что до недавнего времени наблюда-
лось только в излучении солнечной короны.
4.	При интенсивности излучения 1011 Вт/см возникает оптичес-
кий пробой газа — лазерная искра: в фокусе оптической системы на-
блюдается яркая световая вспышка и сильный звук. Образование ла-
зерной искры состоит из двух стадий: 1) образование в фокусе лин-
зы первичной (затравочной) плазмы, обеспечивающей сильное
поглощение лазерного излучения; 2) распространение плазмы вдоль
луча в области фокуса.
5.	При энергиях лазерного излучения больших чем 1012 Вт/см2 воз-
можно осуществление реакции термоядерного синтеза.
2.5.3.	Воздействие лазерного излучения
на материалы печатных плат
Разные вещества по-разному поглощают (сорбируют) лучевую
энергию. Поэтому для обработки материалов печатных плат при-
ходится использовать лазеры различного типа, отличающиеся
Рис. 2.20. Коэффициенты отраже-
ния поверхностей материалов
в функции длины волны.
длиной волны и энергией излу-
чения. На рис. 2.20 показаны
коэффициенты отражения по
верхностеи различных матери-
алов, используемых в произ-
водстве печатных плат, харак-
теризующие степень их невос-
приимчивости к поглощению
лучевой энергии. Сорбирую-
щую способность поверхностей
можно было бы корректировать
нанесением маскирующих по-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwe
2 5. Лазерное сверление
крытий, но после его испарения поверхность обработки оказыва-
ется очищенной.
В табл. 2.2 показано, как реагируют материалы печатных плат на
излучение в инфракрасном (СО2-лазер) и ультрафиолетовом (YAG-
Nd-лазер) диапазоне.
Таблица 2.2. Реакция материалов на воздействие лазерного излуче-
ния [8].
Материал	Реакция на излучение	
	YAG-лазера	СС>2 -лазера
Медь	Поглощает. Испаряется медленнее,чем диэлектрики	Не реагирует
Стекло-эпоксид	Испаряется. Очень мало шламит	Поглощает. Слегка подгорает
Стекло-полиимид	Испаряется. Очень мало шламит	Поглощает. Слегка подгорает
Нетканый арамид	Поглощает	Поглощает
Фторопласт (тефлон)	Поглощает. Материал плавится	Хорошо поглощает
Лакированная фольга (RCF)	Хорошо поглощает. Оставляет мало шлама	Хорошо поглощает. Оставляет незначительное количество пепла
Полиимидная пленка	Хорошо поглощает. Оставляет мало шлама	Хорошо поглощает. Оставляет незначительное количество пепла
LCP-пленка	Хорошо поглощает	Хорошо поглощает
Лазеры особенно удобно использовать для сверления глухих от-
верстий. Если для этого удобно использовать СО2-лазер
(рис. 2.21), лазерный луч после
испарения толщи диэлектрика
упирается в медный слой, очи-
щая дно глухого отверстия для
последующей металлизации
(рис. 2.21).
Рис. 2.21. Глухие отверстия, выпол-
ненные лазерным сверлением: а —
отверстие в диэлектрике после свер-
ления СО2-лазером в окне фольги;
б — глухое отверстие после металли-
зации.
Различия в сорбционной
способности материалов застав-
ляют перестраивать режимы
сверления, как для примера по-
казано в табл. 2.3.
FastwelCS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 2. Сверление
Таблица 2.3. Типичные режимы испарения материалов подложек под
излучением СО2-лазера в импульсном режиме[8].
Материалы	Толщина материала, мм	Количество импульсов лазера на одно отверстие	Скорость сверления, отверстий в секунду
Стекло-эпоксид	0,1 0,05	10 6	14 24
Нетканый арамид	0,1 0,05	5 3	28 45
Фторопласт (тефлон)	0,05	2	70
Лакированная фольга (RCF)	0,05	2	70
Полиимидная пленка (Kapton)	0,07 0,05	4 2	34 70
Стеклоцианатный полиэфир	0,2	18	10
LCP	0,05	4	34
2.5.4.	Физические процессы при лазерном сверлении
Лазерное сверление возможно в любых материалах, вплоть до алма-
за. Как правило, для этой цели используют импульсные лазеры
с энергией в импульсе 1...30 Дж при длительности 0,1...! мс, плотно-
сти потока излучения в зоне обработки 10 МВт/см2 и более. Макси-
мальная производительность достигается при сверлении отверстий
за один импульс с большой энергией (до 30 Дж). При этих условиях
основная масса материала удаляется из отверстия в расплавленном
состоянии под давлением пара, образовавшегося в результате испа-
рения относительно небольшой части вещества. Это происходит по-
тому, что при больших интенсивностях лучевого нагрева жидкий
слой расплава оказывается настолько перегретым, что происходит
бурное объемное вскипание жидкости, близкое к взрыву. Возникаю-
щее в процессе лазерной обработки испарение материала преграж-
дает доступ излучения к поверхности материала — часть излучения
интенсивно отражается от поверхности плазмы, другая часть погло-
щается ею. Поэтому для обработки материала важно, чтобы плазма
г—www.fastwel.ru
rOSTWCI	тел.: (095) 234-06-39
2.5. Лазерное сверление
успевала рассасываться во временных интервалах между импульса-
ми излучения (рис. 2.22).
Максимальная точность и управляемость процессом сверления
достигается при воздействии на материал серии импульсов с отно-
сительно небольшой энергией (обычно 0,1...0,3 Дж) и малой дли-
тельностью (0,1 мс и менее).
Проблемы, возникающие при лазерном сверлении, состоят
в необходимости своевременного удаления продуктов испарения,
поглощающих излучение, в предотвращении расфокусировки луча
по мере углубления отверстия и образования конусности отвер-
стия. Для получения в зоне облучения отверстия с вертикальными
стенками необходимо заставить процесс развиваться в следующих
условиях:
во-первых, должен использоваться режим, при котором испарение
со дна образующегося отверстия (кратера) преобладало бы над плавле-
нием стенок отверстия. Для этого импульс должен быть коротким;
во-вторых, опускание дна отверстия по мере испарения вещест-
ва должно приводить к расфокусировке в направлении увеличения
расходимости лучей и ослабления поглощаемой энергии, т.е. обра-
Рис. 2.22. Стадии образования отверстия при лазерном сведении: а —
поверхностное расплавление; б — глубинное расплавление;
в — расплавление объема отверстия с началом образования
перегретого пара; г — выброс продуктов испарения из объема
отверстия.
Fastwel С?;?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
76 Глава 2. Сверление
ботку производят за фокальной плоскостью объектива, в области
расходящихся лучей.
Нарушение последнего условия приводит к повышению погло-
щаемой энергии в конце импульса, когда дно отверстия наполняет-
ся расплавом с подплавленных стенок. Расплав, вскипая, выплески-
вается наружу, разбрызгивается по подложке и скапливается по кра-
ям отверстия, образуя кайму кратера. Выдавливание жидкой фазы со
стенок ведет к образованию конусности.
Лазерное сверление определяется следующими параметрами:
•	диафрагмированием луча (чтобы выровнять плотность излуче-
ния по площади лазерного пятна);
•	степенью расфокусировки;
*	энергией в импульсе;
•	числом импульсов в последовательности (пачке);
•	степенью поглощения (черноты) энергии поверхностью.
Преимущества лазерного сверления отверстий состоят:
•	в отсутствии изнашивающегося инструмента;
•	высокой точности фиксации зоны обработки;
•	возможности ориентирования отверстия в любом направлении;
•	возможности формирования отверстий очень малого диаметра
(0,003...0,4 мм) и любой формы в материалах любой твердости
вплоть до алмаза.
Конусность при формировании отверстия уменьшается при воз-
действии на материал серии импульсов (модуляция импульса). Воз-
можно сверление сквозных и глухих отверстий с различными форма-
ми поперечного (круглые, треугольные и т.п.) и продольного (цилин-
дрические, конические и др.) сечений. Освоено сверление отверстий
диаметром до 3 мкм при отношении глубины к диаметру до 10.
Производительность лазерных установок для сверления отвер-
стий обычно до ста отверстий в секунду, что несоизмеримо с самы-
ми высокопроизводительными сверлильными станками.
2.5.5. Современное состояние лазерного сверления
печатных плат
Предлагается ряд совершенно новых решений для микросверления,
основанных на использовании мощных лазеров. Эти лазерные систе-
FastwelC?'
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Головка
лазера
Луч лазера
Основание
отверстия
Отраженное
излучение
Рис. 2.23. Схема испарения объемов глухих отверстий через окна в фольге.
мы более производительны, позволяя сверлить сотни отверстий в се-
кунду диаметром от 0,05 до 0,2 мм. Активная среда Cu-Br-лазера, из-
лучающего на длинах волн 511 и 578 нм, или М7. Е46-лазера с длиной
волны на третьей гармонике 355 нм специально выбрана для хороше-
го поглощения энергии излучения медью в ультрафиолетовой облас-
ти спектра. Необходимость использования таких систем обосновы-
вается большим количеством микроотверстий в платах с высокой
плотностью межсоединений (MLB-HDI). Плотность размещения та-
ких отверстий в MLB-HDI-платах достигает 10 тыс. на 1 дм2.
Для сверления комбинации фольги и диэлектрика приходится
варьировать мощность лазера так, чтобы сверление фольги произво-
дилось при плотности энергии 4 Дж/см2, а диэлектрической под-
ложки — 0,1 Дж/см2. Аппаратное воплощение такой смены режимов
в ходе сверления встретило затруднения. Поэтому в новых разработ-
ках пока планируется использовать два разнородных лазера, совме-
щенных в одной головке: СО2-лазер для сверления диэлектрика
и «зеленый» эксимерный лазер для сверления меди. Лучи обоих ла-
зеров сводят в одну точку так, что они одновременно или попере-
менно обрабатывают отверстие. В более дешевых установках лазер-
ного сверления используется СО2-лазер, испаряющий материал ди-
электрика через окно, вытравленное в фольге (рис. 2.23).
2.6. Очистка отверстий
Уже отмечалось, что в процессе сверления медные торцы внутрен-
них слоев МПП оказываются загрязненными расплавленной и раз-
мазанной сверлом по стенкам отверстия смолой, используемой в ка-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwe
Глава 2. Сверление
честве связующего композиционных материалов. Очистка поверх-
ности отверстий должна обеспечить надежность внутренних соеди-
нений в МПП. Известно несколько приемов очистки отверстий
МПП: химическая, гидроабразивная, плазмохимическая, хонинго-
вание водяным паром.
2.6.1.	Химический способ
Химический способ очистки состоит в стравливании тонкого слоя
смолы так, чтобы снять замасливание с медных торцов внутренних
слоев. Для травления смолы фольгированных стеклопластиков ис-
пользуют реакции с полным удалением продуктов травления, когда
образуются такие легкоудаляемые продукты, как вода, СО2, органи-
ческие соединения с малой молекулярной массой и др.
Разработанные для производства МПП тонкие травящиеся
эпоксидные стеклопластики рассчитаны на травление в серной
и плавиковой кислотах: концентрированная серная кислота — для
травления эпоксидной смолы, плавиковая — стекла. Но высокая
скорость травления диэлектрика в серной кислоте делает процесс
неустойчивым и трудно контролируемым. Очень часто возникает
брак из-за слишком глубокого подтравливания. Мало того, фтор-
ион плавиковой кислоты не образует ни с одним элементом нерас-
творимых соединений. Это затрудняет нейтрализацию отработан-
ных растворов подтравливания диэлектриков. Поэтому в последнее
время используют более мягкие очищающие растворы на основе
хроматов и перманганатов. Хорошие результаты получены при трав-
лении эпоксидных смол хромсодержащими смесями, например, со-
става 650 г/л H2SO4 и 130 г/л игГ3.
Сейчас повсеместно успешно используется процесс очистки от-
верстий в щелочных перманганатных растворах состава: КМпО4 —
40...70 г, КОН — 100... 120 г, вода — до 1 л. При времени обработки
10...15 мин и температуре 5О...7О°С достигается наилучшее качество
очистки. Предварительно отверстия обрабатываются в сильном ор-
ганическом растворителе, который уравнивает остекленную темпе-
ратурой сверления смолу на торцах контактных площадок со смолой
стенок, чем достигается равномерность удаления замасливания. По-
этому достаточно легкого подтравливания, чтобы очистить торцы.
FastwelcV
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Стеклянный ворс, появляющийся на стенках отверстий в результате
стравливания слоя эпоксидной смолы, настолько незначительный,
что не требует стравливания плавиковой кислотой.
2.6.2.	Перманганатная очистка
Перманганатная очистка имеет ряд неоспоримых преимуществ
в очистке отверстий от наноса смолы на торцы контактных площа-
док внутренних слоев МПП после сверления. Фирма Schiplay ис-
пользует этот процесс даже в технологии двухсторонних печатных
плат, полагая, что последующая металлизация отверстий идет лучше
после перманганатной очистки.
Поскольку перманганатная очистка сегодня наиболее эффек-
тивный процесс, приводим более подробную информацию по его
использованию.
1. Ванна кондиционирования:	
Метил этилкетон (возможна замена на ацетон) Гидроокись натрия Питьевая вода Температура Время обработки	250 мл/л 18-20 г/л До литра 18-25°С 5—10 мин При использовании ацетона — 15—20 мин
2. Ванна промывки: Вода питьевая Температура Время промывки	Кратность обмена — 2 объема в час 50-60°С 5—6 мин
3. Ванна подтравливания диэлектрика:
Перманганат калия
Гидроокись калия
Вода питьевая
Температура
Время обработки
40—50 г/л
35—45 г/л
До литра
70±2°С
15—25 мин
Е гЬ I	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
raSTWel	компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 2. Сверление
4. Ванна восстановления:
Натрий надсернокислый
Серная кислота
Вода питьевая
Температура
Время обработки
35 г/л
15—20 мл/л
До 1 л
18—25°С
7-10 мин
5. Ванна промывки:
Вода питьевая
2 объема в час
Температура
Время промывки
Кратность обмена —
50—60°С
5—6 мин
Перманганатная очистка широко распространена, ее предлага-
ют практически все фирмы, поставляющие оборудование струйной
обработки. Особенность такого оборудования состоит в необходи-
мости использования некорродирующих нагревостойких материа-
лов. Это станет понятно из представленной выше технологии.
2.6.3.	Гидроабразивная очистка
Для снятия наволакивания смолы на торцах контактных площадок
и сошлифовывания стеклянного ворса со стенок отверстий эффек-
тивно использовалась гидроабразивная очистка: поверхность стенок
отверстий становится чистой, свободной от заусенцев и загрязнений,
достигается скругление острых кромок. Эта очистка отверстий заодно
хорошо очищает поверхность фольги, создает на ней хорошую и ров-
ную шероховатость. В этом состоят значительные преимущества гид-
роабразивной очистки. Но это дорогой процесс, требующий большо-
го расхода сжатого воздуха, абразивного порошка. Когда перед произ-
водителями встает вопрос очистки тонких отверстий, соизмеримость
размеров абразивных частиц с просветом в отверстиях делает эту тех-
нологию бесперспективной. Действительно, гидроабразивная очист-
ка неприменима для отверстий с диаметром меньше 6...8 суммарных
размеров частиц абразива. Если в гидропульпе присутствуют частицы
с поперечником 50 мкм (зернистость М40), отверстия с диаметром
меньше 0,3...0,4 мм будут закупорены и необработаны. Кроме того.
__________1^7^. л www.fastwel.ru
rOSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
2.6. Очистка отверстий
что гидроабразивная обработка требует громоздкого дорогого обору-
дования, ей необходима компрессорная станция с производительнос-
тью 1000 куб. м/ч, 6 бар. Керамические форсунки, из которых выбра-
сывается гидропульпа, быстро изнашиваются и требуют относитель-
но частой замены. Централизованные поставки их отсутствуют.
2.6.4.	Плазмохимическая очистка
Эта очистка отверстий производится за счет ионного травления смолы
в среде высокочастотной плазмы газов (в данном случае в среде фрео-
на и кислорода). Заготовки плат включаются в камере как катод и под-
вергаются бомбардировке ионами из газоразрядной плазмы. Плазма
превращает эпоксидную смолу в легколетучие продукты, легкоудаляе-
мые из отверстий. Этот процесс сухой, но требует дополнительных об-
работок для удаления пепла и снятия электростатических зарядов.
Для плазменной обработки платы помещаются в пространство
между двумя параллельно расположенными электродами, имеющи-
ми отверстия, совпадающие с отверстиями МПП. Пакеты плат рас-
полагаются в камере, которая герметизируется и наполняется сме-
сью кислорода и фреона. На электроды подается высокое напряже-
ние с частотой 15 МГц от генератора мощностью в несколько
киловатт. Между электродами возникает ВЧ-разряд. Плазма свобод-
но проходит по каналу, образованному отверстиями МПП и элект-
родов, производя при этом их очистку. Применяют и другие конст-
рукции электродов, например в виде мелкой сетки, пригодной для
любых МПП с произвольным расположением отверстий.
Плазменная очистка не обеспечивает равномерности очистки от
отверстия к отверстию и внутри отверстия из-за экранирования внут-
ренних слоев внешними. Сам по себе этот процесс дорогой, требует се-
рьезных капитальных и текущих затрат. Вместе с тем в плазмохимичес-
кой обработке используются газы: фреон, кислород, азот. Они требуют
организации газобаллонного хозяйства и регулярной поставки газов.
2.6.5.	Двойное сверление
При крайнем нежелании использования химических методов очист-
ки чистоту стенок отверстий можно обеспечить двойным сверлени-
FastweldS?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
82 Глава 2. Сверление
Рис. 2.24. Микрошлифы отверстий:
а) неочищенные отверстия, б) очи-
щенные отверстия.
ем с разницей диаметров сверл в 0,05 мм. Но такой метод в два раза
снижает производительность, а от станка требуется большая повто-
ряемость. Иначе при входе сверла в отверстие при втором сверлении
оно может получить большие изгибные деформации и быстро сло-
маться.
2.6. б. Контроль качества очистки
Контроль качества очистки медных торцов от наволакивания смолы
осуществляется в основном при осмотре микрошлифов металлизи-
рованных отверстий (как, например, показано на рис. 2.24), так как
тонкая пленка смолы прозрачна и не маскирует меди при визуаль-
ном осмотре отверстий после сверления.
FastwelvS
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
ГЛАВА 3
ХИМИЧЕСКИЕ
И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ
ПРОЦЕССЫ
3.1.	Общие понятия
Химическими технологическими процессами называют процессы об-
работки поверхности в результате химических реакций, протекаю-
щих при комнатной или близкой к ней температуре (примерно до
+100°С): химическая металлизация, хроматирование и фосфатиро-
вание, химическое травление неорганических и органических мате-
риалов, химическая очистка поверхности.
Электрохимическими технологическими процессами называют
процессы обработки поверхности металлов или других проводящих
покрытий под действием электролиза: гальваническое осаждение,
анодирование в растворах, электрохимическое травление
Химические и электрохимические процессы применяют для на-
несения слоев, модифицирования поверхности, общего или локаль-
ного удаления слоев. Реакции носят гетерогенный характер, т.е. про-
текают на границе двух фаз — твердого тела и жидкости.
Нанесение металлической пленки производят из раствора, со-
держащего ионы осаждаемого металла. Пленка образуется в резуль-
тате восстановления на подложке катионов осаждаемого металла пу-
тем присоединения электронов:
Мег+ + № -* Ме°,
где е — электрон, Мег+ — ион металла, Ме° — восстановленный ион
металла, z — валентность металла.
В тех случаях, когда необходимые для восстановления электро-
ны освобождаются вследствие реакций окисления, идущих в раство-
ре без помощи внешнего источника электрического тока, имеет ме-
сто химическая металлизация (рис. 3.1).
Fas+weldv
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
*Ме
ОН~ 5
— Otr+R^l/2H2 + ₽ +
~ z+	~
*Ме __
Рис. 3.1. Химическая металлизация.
Электрохнмнческяя (гальванкческаи)
металлизация
Закон Фарадея:
m = KIt	K = AZ/F
F=9b 500 Кл/(г. атом)
Для двухвалентной меди К= 1,186 г/Кл
Рис. 3.2. Электрохимическая метал-
лизация.
Если электроны поступают
от внешнего источника, то
осаждение — электрохимическое
(гальваническое) (рис. 3.2).
Преимуществом химичес-
кой металлизации является воз-
можность осаждения металла на
непроводящие подложки, одна-
ко химический процесс медлен-
ный, неустойчивый процесс.
Скорость осаждения металла
при химической металлизации
составляет 1...2 мкм/ч. Электро-
химические покрытия отличает
повышенная прочность сцепле-
ния и высокая скорость осажде-
ния — 30...40 мкм/ч (в производ-
стве печатных плат). Когда
формы деталей простые, гальва-
ническое осаждение можно про-
водить при высоких плотностях
тока, и тогда скорость осажде-
ния доходит до 100 мкм/ч.
Оба вида металлизации час-
то используют в сочетании друг
с другом. Например, в техноло-
гии печатных плат, по где хими-
ческой металлизацией поверхности диэлектрика создают проводя-
щую подложку толщиной 0,5...1 мкм, по которой производят элект-
рохимическую металлизацию толщиной 30...40 мкм.
Модифицирование поверхности (получение конверсионных покры-
тий) протекает при химическом оксидировании, хроматировании, фо-
сфатировании, электрохимическом оксидировании (на аноде). Физи-
ко-химический механизм модифицирования сводится к переводу при-
поверхностного слоя металла в окислы, хроматы или фосфаты
с сохранением в переходной зоне металлических связей атомов моди-
фицированного слоя с кристаллической решеткой металла—основы.
Fas+welCS^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.2. Понятия о процессах металлизации
Удаление слоя как физико-химический процесс представляет со-
бой химическое или электрохимическое (на аноде) растворение ме-
талла, химическое растворение органических или силикатных мате-
риалов в соответствующих сильных кислотах, растворение или
эмульгирование жировой пленки на поверхности изделий.
3.2.	Понятия о процессах металлизации
в технологиях печатных плат
Наиболее сложное и комплексное использование технологических
процессов нанесения и удаления наблюдается в производстве печат-
ных плат.
Путем химической металлизации можно сразу получить «толстый»
(до 20 мкм) слой покрытия на предварительно подготовленном диэле-
ктрике. Но для химического наращивания такого слоя требуется боль-
шое время — несколько часов, поэтому целесообразно сочетать химиче-
ский и электрохимический способы осаждения. Например, вначале хи-
мически осадить электропроводную пленку толщиной 0,5...! мкм,
а затем нарастить ее гальванически до требуемой толщины.
Во всех реакциях, протекающих при химических и электрохими-
ческих процессах, важную роль играет катализ — каталитическое
участие в реакционных процессах среды (кислотно-основный ката-
лиз) и поверхности раздела фаз (гетерогенный катализ). Катализа-
тор участвует в образовании промежуточного неустойчивого ком-
плексного соединения, которое затем распадается и вновь выделяет
исходный катализатор вместе с конечным продуктом реакции. Такая
ступенчатая схема процесса приводит к значительному увеличению
скорости реакции.
Катализация среды приводит к восстановлению металла во всем
объеме раствора. Такой процесс приемлем для выделения металла из
растворов его солей. Но для металлизации поверхности такой про-
цесс не пригоден.
Для металлизации поверхностей используется гетерогенный ка-
тализ на поверхности раздела двух фаз. Поскольку восстановление
металла происходит на катализаторе, закрепленном на поверхности
подложки, очень важно обеспечить хорошее его сцепление с под-
ложкой. Для этого поверхность предварительно сенсибилизируют,
- 		КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
rCISTl Bl	компоненты, ПП, сборка, тест
86 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
т.е. создают прочные связи сенсибилизаторов с поверхностью. Сен-
сибилизаторы — ионы металлов, имеющих особую способность
к сцеплению. В последующем процессе активации ионы катализато-
ра, замещая ионы сенсибилизатора, заимствуют их прочные связи
с подложкой. Эти прочные связи, в свою очередь, заимствуются
осажденным покрытием.
Суть сенсибилизации состоит в том, что поверхность подложки
имеет многочисленные субмикроскопические дефекты — вакансии,
оборванные химические связи и т. д. Молекулы сенсибилизатора за-
хватываются некомпенсированными химическими связями и удер-
живаются на поверхности.
На протекание химических и электрохимических технологичес-
ких процессов одновременно действует физико-химические и ма-
шинные факторы. К физико-химическим относят факторы, опреде-
ляемые составом раствора: его «выработкой», свойствами подложки,
защитной маски и т. д. К машинным факторам относят параметры
оборудования: способ перемешивания (щетки, струйная подача, ка-
чание штанг, перекачивание раствора с фильтрацией, ценообразова-
ние), расположение электродов, объем раствора, автоматическая ста-
билизация температуры, pH раствора и другие параметры технологи-
ческого режима.
3.3.	Состояние поверхности
промежуточных слоев
При проведении химических и электрохимических процессов
особое внимание необходимо уделять ослаблению побочных, меша-
ющих процессов. Естественное окисление металлической поверхно-
сти с участием атмосферной влаги в интервале между операциями
может быть причиной появления дефектов при нанесении последу-
ющих слоев. Например, на свежеосажденной пленке меди толщина
окисного слоя (Cu2O + СиО) составляет всего 2 нм и это не препят-
ствует получению хорошей адгезии с последующей электрохимиче-
ски наращиваемой металлической пленкой. Но воздействие атмо-
сферной влаги и кислорода вызывает интенсивный рост окисного
слоя, как показано в табл. 3.1. И это уже сказывается на адгезии с по-
следующим слоем.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fas+welC
3.4. Природа сенсибилизации и активирования
Таблица 3.1. Рост окисных пленок на свежеосажденной меди.
Атмосферные условия, время	Толщина окисного слоя, мкм
20*С, 65% влажности за 1 час 40°С, 65% влажности за 1 час 100X3, 65% влажности за 1 час 20°С, 98% влажности за 1 сутки 20*С, в агрессивной атмосфере	0,1 0,05 -0,01 0,3
гальванического цеха за 1 сутки	1,0
Поданным табл. 3.1 видно, что для уменьшения окисления све-
жеосажденных пленок подложки необходимо хранить и сушить при
100°С. При этом сушильный шкаф должен иметь вытяжку, чтобы из-
бежать образования в нем среды с повышенной влажностью при
сушке партии подложек.
3.4.	Природа сенсибилизации
и активирования
3.4.1.	Гетерогенные процессы
химической металлизации
При осаждении металлических пленок химическим путем из раство-
ра ионы металла восстанавливаются и осаждаются на подложке, ко-
торой приданы каталитические свойства. Химическое осаждение
связано с восстановлением (приобретением электронов) иона ме-
талла с одновременным окислением (потерей электронов) восста-
навливающего химического агента.
Необходимо исключать самопроизвольное восстановление метал-
ла в объеме раствора. Для этого подложка, а затем формируемая на ней
пленка должны оказывать каталитическое влияние на процесс восста-
новления, т.е. ограничивать зону реакции поверхностью подложки.
Катализаторы. В качестве катализаторов используют, как прави-
ло, металлы платиновой группы: золото, палладий (наиболее сильный
катализатор), серебро, платину и др. Если наносимый металл сам слу-
жит катализатором, то можно получить отложение любой толщины,
так как процесс приобретает автокаталитический характер. Такой эф-
фект автокатализа свойствен никелю (Ni), кобальту (Со), железу (Fe),
меди (Си), хрому (Сг), металлам платиновой группы.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
FastwelC -
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Восстановитель. Эффективный восстановитель должен обладать
положительным стандартным потенциалом окисления и сохранять
свойства в приемлемом диапазоне кислотности.
Кроме восстановителя в раствор при химическом осаждении до-
бавляют комплексообразующие, смачивающие, стабилизирующие
и буферные вещества.
Придать поверхности каталитические свойства можно двумя пу-
тями: обработкой в соответствующих растворах с созданием центров
катализации на поверхности подложки или внедрением катализато-
ра в состав подложки при ее изготовлении.
Создание каталитических центров кристаллизации, сцепленных
с поверхностью в результате реакций, протекающих на границе фаз
подложка—раствор, называют активированием.
В процессах активирования чаще других используются три элемен-
та: олово (Sn), палладий (Pd), серебро (Ag). Напомним их свойства.
Олово может иметь степень окисления +2 и +4. Соединения
олова (IV) более устойчивы.
Из водного раствора солей Sn (IV) при pH 0...0,5 может быть вы-
делен осадок гидрата двуокиси Sn (IV) в виде SnO2H2O. Вода, вхо-
дящая в гидрат, является адсорбционной. Гидрат двуокиси олова
почти не растворим в воде. При термообработке и под действием ок-
ружающей атмосферы он постепенно переходит в SnO.
В восстановительных условиях SnO2 устойчива до 400°С, в нейт-
ральных и окислительных — до 1500°С.
Палладий является интенсивным поглотителем водорода (до 900
объемов). При нагревании до 700—800°С окисляется. Образующаяся
окисная пленка PdO черно-зеленого цвета, устойчива, но при нагре-
вании свыше 820°С разлагается, образуя смесь PdO + Pd, цвет при
этом переходит в сине-зеленый. При 850 870°С происходит полный
распад окисла до металла. PdO не окисляется в сильных кислотах
и в царской водке.
Из производных палладия [PdCl4]2- может быть восстановлен до
металла перекисью водорода, гидразинсульфатом, этиловым спир-
том, формиатом натрия, гипофосфитом натрия. Соли палладия, на-
пример красно-коричневый PdCl2- Н2О (дигидрат), желто-коричне-
вый Pd(NO3)2, легкорастворимы. В растворах они сильно гидроли-
зованы.
www.fastwel.ru
iCSlWGl	тел.: (095) 234-06-39
3.4. Природа сенсибилизации и активирования
В растворе PdCl2 легко восстанавливается до металла:
PdCl2 + Н2О + СО = Pd + 2НС1 + СО2.
Серебро инертно, но сернистые соединения и свободные галогены
при комнатной температуре медленно соединяются с серебром. Поч-
ти все металлы осаждают металлическое серебро из растворов его со-
лей. Многими органическими соединениями азотнокислое серебро
(«ляпис» — AgNO3) легко восстанавливается до металла: бумагой,
глюкозой, винной и аскорбиновой кислотами, формальдегидом и т. д.
Ag2O разлагается при нагревании выше 160°С. Восстанавливает-
ся перекисью водорода при комнатной температуре по реакции:
Ag2O + Н2О2 — 2Ag + Н2О + О2.
3.4.2.	Двухстадийный процесс активации
Различают двухстадийный и одностадийный процессы активирова-
ния. При двухстадийном активировании обработку ведут последова-
тельно в двух разных растворах: сенсибилизации и активации;
при одностадийном — в растворе сенсактивации (смешанные раство-
ры сенсибилизации и активации) или в растворе автоактивации.
Наличие развитого микрорельефа поверхности металлизации
способствует адгезии осаждаемого слоя.
Сенсибилизацию проводят при комнатной температуре в тече-
ние 3 мин в солянокислом растворе хлорида олова (SnCl2).
Перед погружением в сенсибилизирующий раствор изделия
должны быть хорошо обезжирены и высушены. Освобожденные от
адсорбированной влаги микропоры заполняются сенсибилизирую-
щим раствором. В этом состоит одно из важных условий получения
покрытия высокого качества.
После извлечения из сенсибилизирующей ванны изделия про-
мывают в воде 3 мин. При этом процесс сенсибилизации продолжа-
ется. В результате гидролиза
SnCl2 + Н2О -> Sn (ОН)] 5С10 5 + НС1
образуются продукты, которые активно связываются с поверхностью
благодаря функциональным группам в молекуле Sn(OH)j 5С1о 5. Эти
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
же молекулы становятся в дальнейшем восстановителями металли-
ческого палладия из аммиачного или солянокислого раствора хло-
ристого палладия при последующей активации.
Гидроокись олова плохо растворима. При промывании она
удаляется только благодаря механическому смывающему дейст-
вию струи воды. В глубине микропор продукты гидролиза оста-
ются, образуя молекулярные мостики, которые через гидроксиль-
ные группы связываются адсорбционными и химическими связя-
ми с полимерными или силикатными группами поверхности
подложки. Центры кристаллизации имеют начальные размеры
около 10 нм и расположены друг от друга примерно на таком же
расстоянии.
Технологические операции сенсибилизации, включая приготов-
ление растворов и обращение с обработанными подложками, следу-
ет проводить в затемненных условиях, при неярком желтом свете
(при неактиничном освещении). Это вызвано светочувствительнос-
тью гидроокиси олова, переходящей под действием света в SnO2
и теряющей каталитические свойства.
Сенсибилизацию заканчивают промыванием и сушкой. По-
сле сенсибилизации подложки должны сразу же поступать на ак-
тивацию.
Для сенсибилизации гидрофильных полимерных поверхностей
с развитым микрорельефом (например, платы с фрезерованным
рельефом) вместо раствора хлорного олова применяют пропитку
поверхности раствором гидразингидрата. Гидразингидрат
Na2H4-H2O является сильным восстановителем и требует тщатель-
ной отмывки поверхности перед последующей активацией. Его
молекулы должны остаться только в глубине микропор. Сенсиби-
лизирующий раствор гидразингидрата имеет в несколько раз более
длительный срок службы по сравнению с раствором хлорного оло-
ва, но пригоден для сенсибилизации только пористых гидрофиль-
ных поверхностей.
Гидразингидрат, будучи сильным восстановителем, является по-
жароопасной жидкостью, может самовоспламеняться в контакте
с веществами, имеющими развитую поверхность: порошки органи-
ческих материалов (древесная мука и др.), вата и т. д. Поэтому его
используют в виде 20%-ого водного раствора.
FastweltS^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.4. Природа сенсибилизации и активирования
Активацию производят в течение 2 мин при комнатной темпера-
туре в солянокислом растворе двухвалентного палладия. PdCl2 слабо
растворим в воде, поэтому добавляют небольшое количество соля-
ной кислоты (НС1) для улучшения растворимости.
На поверхности подложки палладий восстанавливается ионами
олова:
Sn (ОН)2 + PdCl2 -* Pd | + SnO2 + 2HC1
или
Sn2+ + Pd2+ -> Sn4+ + Pd°.
Соединения четырехвалентного олова удаляются при последующей
промывке.
Пленка металлического палладия адсорбируется на поверхно-
сти на островках Sn(OH)2, которые после этого становятся высо-
коактивными центрами каталитических процессов при последую-
щем восстановлении осаждаемого основного металла. О сплош-
ной пленке палладия говорить не приходится, поскольку он
рассеивается по подложке отдельными вкраплениями. Именно
они (эти вкрапления) становятся центрами восстановления метал-
ла. Поскольку процесс осаждения для интересующих нас металлов
является автокаталитическим, металлизация вокруг каталитичес-
ких центров разрастается и смыкается, образуя сплошную пленку.
Процесс стабилизируют, автоматически поддерживая постоянны-
ми pH и состав раствора. Активация заканчивается промывкой
и сушкой.
Двухстадийный процесс активирования в производстве печат-
ных плат целесообразен только для нефольгированных диэлектри-
ков, используемых в аддитивных методах, и не пригоден для метал-
лизации плат из фольгированных материалов, так как на медной
фольге вследствие реакции контактного обмена выделяется метал-
лический палладий:
Pd2+ + Си -> Pd° + Си2+.
Естественно, в этой реакции с фольгой раствор быстро истоща-
ется, потери драгоценного металла увеличиваются и сцепление слоя
металлизации с медной фольгой ухудшается.
FastwelC^v’
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
92 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
3.4.3.	Совмещенный раствор активации
Для предотвращения осаждения палладия на поверхность фольги
получил применение так называемый совмещенный раствор актива-
ции или раствор прямого активирования, в состав которого входит
и хлористый палладий, и хлористое олово. Однако состав раствора
и методика его приготовления исключают выпадение в осадок пал-
ладия.
В таком растворе палладий находится в двух формах: в виде кол-
лоидных частиц металла и его комплексной соли (рис. 3.3). При по-
гружении в раствор сверленых заготовок печатных плат из фольги-
рованного материала видимого контактного осаждения палладия на
медь не происходит. Однако некоторые исследователи считают, что
в какой-то степени этот процесс имеет место, что приводит к обра-
зованию на меди разделительного слоя, легко удаляющегося при по-
следующей обработке.
В одностадийном процессе расход палладия при активировании
обусловлен в основном механическим уносом раствора заготовками
плат (1м2 поверхности заготовок с учетом обеих сторон выносит
0,15...0,2 литра раствора). На основе опыта большого числа отечест-
венных и зарубежных предприятий рекомендованы составы совме-
щенных растворов активирования, приведенные в табл. 3.2.
Таблица 3.2. Растворы для активирования
Компоненты и режимы	Концентрация (г/л) в растворах		
	1	2	3
Палладий двухлористый	0.2...0.5	0.25...0.7	0,8... 1.0
Олово двухлористое	10...15	30...50	50...60
Кислота соляная, х.ч	20...25	300 .400	45.. 50
Натрий хлористый	180 200	-	170 175
Натрий сернокислый	65... 70	-	-
Олово четыреххлористое	-	-	0,8 8 5
Температура раствора, 'С	18.30	30	30
Продолжительность, мин	7... 10	3	
Удельные нормы расхода PdCl2, г/м2	0.12	0,15	0,2
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
FastwelO'
3.4. Природа сенсибилизации и активирования
Одностадийный процесс сенсактивации имеет особое значе-
ние при обработке подложек, имеющих на поверхности участки
медной фольги (печатные платы). Если используют двухстадий-
ный процесс, то на поверхности фольги оседает рыхлый слой ме-
таллического палладия. Однако ванны для одностадийного про-
цесса сенсактивирования трудны в обслуживании из-за неустой-
чивости растворов и склонности их к саморазложению.
Повышения устойчивости достигают добавлением комплексооб-
разователей. Это требует тщательного выполнения процесса рас-
творения компонентов в определенном сочетании в трех незави-
симых сосудах.
В качестве стабилизаторов совмещенного раствора предлагают-
ся: этиленгликоль — 0,7 г/л, хлориды (КС1, NaCl, LiCI), а также гид-
рохинон и гидроксиламин.
Раствор № 3 имеет преимущество при металлизации заготовок
плат из нефольгированного материала, на которых адсорбция про-
исходит на значительно большей поверхности. Высокая концентра-
ция хлоридов в растворах в виде НС1 или NaCl необходима для по-
вышения их стабильности.
Для приготовления растворов активирования навеску хлорис-
того палладия растворяют при температуре 50—60°С в небольшом
количестве воды, к которой добавлено 3—6 мл соляной кислоты
(плотностью 1,19 г/см3) на каждый литр приготовляемого раство-
ра, и затем раствор охлаждают, добавляя дистиллированную воду.
В отдельной порции также при нагреве до 40—45°С растворяют
двухлористое олово, добавляя соляную кислоту из расчета 20 мл на
литр приготовляемого раствора, и далее раствор тоже охлаждают,
добавив дистиллированную воду. Раствор хлористого олова мед-
ленно при перемешивании вливают в раствор хлористого палла-
дия. Полученную смесь выдерживают при температуре 100°С
в течение 10... 15 мин, затем
в полученный раствор вливают
оставшуюся кислоту и приго-
товленный в отдельной порции
раствор NaCl и —Na2SO4. Све-
жеприготовленные растворы
имеют темно-коричневый цвет,
Рис. 3.3. Комплексное соединение
палладия.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
изменяющийся до янтарного по мере его эксплуатации. В услови-
ях серийного производства растворы анализируют по всем компо-
нентам не менее двух раз в неделю. При снижении концентрации
палладия добавляют концентрат, содержащий SnCl2 + PdCi2, а при
снижении содержания олова только SnCl2.
Периодический прогрев раствора способствует его стабилиза-
ции, и поэтому рекомендуется его прогревать при температуре
6О...9О°С в течение 20—30 мин после каждого корректирования и по
мере снижения каталитической активности. Потеря каталитической
активности при нормальной концентрации компонентов является
следствием агрегатирования частиц палладия и их коагуляции.
Для повышения устойчивости коллоидного состояния частиц пал-
ладия раствор прогревают при температуре 90...100 С в течение
10...15 мин.
При длительной эксплуатации раствора-активатора в нем про-
исходит накопление нежелательных примесей и, в первую очередь,
меди за счет растворения окислов с поверхности медной фольги со-
ляной кислотой, содержащейся в растворе:
CuO + 2НС1 -» СиС1 + Н2О.
Примесь двухвалентной меди приводит также к окислению
двухвалентного олова по реакции:
2Си2+ +Sn2+ -> 2Си+ + Sn4+.
Раствор меняет цвет и практически теряет активирующее дейст-
вие при концентрации меди 1,3... 1,4 г/л, адсорбционная способ-
ность активатора уменьшается.
Наиболее простым способом удаления меди является электро-
лиз с низкой катодной плотностью тока (0,01...0,05 А/дм2) при по-
тенциалах, не достигающих значений, при которых может выделять-
ся палладий или олово. Материалом катода может служить никели-
рованная пластинка, анодом — графит, заключенный во избежание
окисления Sn2+ в диафрагму.
Четырехвалентное олово постепенно накапливается и в результа-
те окисления воздухом, однако накопление его в растворе до 10 г/л
влияния на процесс не оказывает.
FastwelcS^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.4. Природа сенсибилизации и активирования
При больших количествах отмечается гидролиз четырехвалент-
ного олова по схеме:
SnCl4 + Н2О Sn(OH)Cl3 + НС1,
и раствор мутнеет. Дня перевода Sn4+ в Sn2+ рекомендуется в раствор
вводить гранулы или порошок чистого олова, восстанавливающего
Sn4+:
Sn4+ +Sn 2Sn2+.
После обработки заготовок плат в совмещенном растворе следу-
ет промывка в воде, в результате чего происходит гидролиз солей
олова и адсорбция на поверхности диэлектрика труднорастворимых
гидроокисных соединений олова Sn(OH)Cl вместе с солями палла-
дия и его коллоидными частицами.
Полное восстановление палладия и удаление солей олова име-
ет место при последующей обработке в растворе-«ускорителе» в те-
чение 2—5 мин и промывке в проточной воде. При этом происхо-
дит коагуляция частиц палладия и перевод гидроокисных соедине-
ний олова в растворимую форму станнита, если ускоритель
щелочной, или хлорида, если ускоритель кислотный. В качестве
растворов-«ускорителей» применяют растворы NaOH (20...25 г/л)
или НС1 (50...70 г/л). В некоторых случаях используют раствор, со-
держащий борфтористоводородную кислоту (HBF4) в количестве
50 мл/л.
Замену раствора ускорителя рекомендуется производить из рас-
чета обработки в 1 л раствора 2 м2 поверхности заготовок. Необходи-
мо учитывать, что кислые ускорители агрессивны и могут растворять
активные палладиевые частицы, поэтому важно контролировать
концентрацию раствора и время выдержки в ванне.
Промывочные операции имеют важное значение: если они не-
достаточны по времени, то не происходит гидролиза каталитичес-
кого комплекса (первая промывка), или же не будут удалены обво-
лакивающие частицы палладия соединения олова (вторая промыв-
ка). Увеличение продолжительности промывки приведет к смывке
реагирующих компонентов, и эффект активирования не будет до-
стигнут.
FastwelC?^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
96 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Таким образом, активирование при использовании совмещен-
ного раствора состоит из следующих операций:
•	обработка в совмещенном растворе в течение 5... 10 мин;
•	промывка в холодной воде (1...2 мин);
•	обработка в растворе-«ускорителе» (1...2 мин);
•	промывка в холодной воде (1...2 мин).
После активации поверхность сохраняет каталитические свойст-
ва только 1 ч.
Для активации помимо хлористого палладия применяют азотно-
кислое серебро (при осаждении меди).
Общим требованием сенсибилизации и активации является не-
прерывность процесса, недопустимость пауз между операциями.
3.4.4.	Механизм процессов активации
из совмещенных растворов
Первая стадия — сорбция раствора поверхностью, подлежащей акти-
вации.
Вторая стадия — гидролиз. В результате взаимодействия с водой
происходит гидролиз комплексной соли с образованием труднорас-
творимого Sn(OH)Cl, который захватывает частицы PdCl2, выделя-
ющиеся при реакции:
PdSnCl + Н2О -> Sn(OH)Cl + PdCl2.
Таким образом, в пленке раствора на поверхности диэлектрика
создаются многочисленные желеобразные частицы, состоящие из
смеси Sn(OH)Cl и PdCl2.
Третья стадия — обработка в растворе «ускорителя». При этом
происходит разложение соли Sn(OH)Cl на Sn2+, С1_ и воду. Ионы
Sn2+ вступают в реакцию с ионами Pd2+, находящимися на поверх-
ности диэлектрика, и восстанавливают их до металлического состо-
яния, окисляясь при этом до Sn4+: Sn2+ + Pd2+ -» Pd° + Sn4+. Таким
образом, в поверхностном слое находятся мелкие частицы металли-
ческого палладия, окруженные более крупными частицами гидро-
окисных соединений четырехвалентного олова.
Четвертая стадия — промывка в проточной воде. Промывка про-
точной водой способствует смыванию частиц гидроокиси четырех-
।	www.fastwel.ru
rQSTWei	тел.: (095) 234-06-39
3.4. Природа сенсибилизации и активирования 97
валентного олова, и на поверхности остаются адсорбированные ча-
стицы металлического палладия в коллоидной форме. Промывоч-
ные операции в процессах активирования с помощью совмещенно-
го катализатора имеют особо важное значение. Если они недоста-
точны по времени, то не произойдет гидролиз каталитического
комплекса (первая промывка) или же не будет удален обволакиваю-
щий частицы металлического палладия слой гидроокиси четырех-
валентного олова (вторая промывка). Удлинение времени промыв-
ки приводит к смыву реагирующих компонентов, и эффект активи-
рования не достигается.
3.4.5.	Улавливание палладия
В целях улавливания при промывочных операциях соединений пал-
ладия устанавливают не менее двух ванн-сборников с непроточной
водой, в которых заготовки плат промываются кратковременным
окунанием. Выполнение этой операции приводит к некоторому
снижению каталитической активности поверхности вследствие то-
го, что содержимое ванн-сборников приобретает кислую среду, и не-
обходимый для процесса гидролиз солей олова начинает тормозить-
ся. Содержание PdCl2 в первом сборнике должно быть не более
0,1 г/л, во втором — 0,03 г/л.
Использование растворов, содержащих 0,2...0,5 г/л хлористого
палладия, дает существенную экономию по сравнению с растворами
с концентрацией PdCl2 0,8...1,0 г/л, даже в случае отказа от сборни-
ков, обеспечивая необходимое качества металлизации. Следует от-
метить, что, несмотря на высокую стоимость хлористого палладия,
затраты на покрытие единицы поверхности весьма малы. Так, на по-
крытие 1 м2 плат расходуется 0,06 г палладия. Это следует иметь в ви-
ду при решении проблемы замены палладия как хорошего катализа-
тора на другие технические варианты.
3.4.5.1.	Извлечение палладия из отработанных растворов.
Вариант 1
В отработанные растворы активирования и ванны-сборники погру-
жают цинковые стержни или пластины, добавив в ванны-сборники
Fastwel t'M--
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
98 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
соляную кислоту в количестве 140 г/л. В результате контактного об-
мена на поверхности цинка выделяется губчатый порошкообразный
осадок металлического палладия по реакции:
Zn + Pd2+ -* Pd° + Zn2+.
Осадок палладия механически удаляется и растворяется в соля-
ной кислоте, к которой добавлена перекись водорода. Полученный
раствор нагревают до разложения перекиси водорода, охлаждают
и анализируют. Раствор можно использовать для корректирования
ванн активирования или же после упаривания сухой остаток сдавать
в качестве возвратных отходов.
3.4.5.2.	Извлечение палладия из отработанных растворов.
Вариант 2
К отработанному раствору добавляют раствор едкого натра до вели-
чины pH = 10,6 (0,1...0,2 г/л), выдерживают при перемешивании 3
часа и фильтруют. Осадок промывают водой на фильтре до величи-
ны pH промывной воды. Переносят осадок с фильтра в емкость и су-
шат при температуре 150...200°С в течение 1,5 часа. Осадок анализи-
руют и сдают как возвратный отход.
3.4.6.	Автоактивация
Возможна одностадийная автоактивация с помощью серосодержа-
щих соединений металлов. Метод основан на использовании тиомо-
чевины, которой пропитывают поверхность подложки. При после-
дующей обработке подложки водным раствором соли металла, кото-
рая реагирует с серой (аммиакаты, хлориды, нитраты, ацетаты Си,
Ag, Со, РЬ, Sn, Cd и др.), образуется пленка комплексного нераство-
римого металлсодержащего соединения.
Вначале идет гидролиз тиомочевины в водном растворе.
Освобождающиеся ионы S2~ взаимодействуют с ионами метал-
ла, образуя каталитические центры совместно с гидроокисью ме-
талла.
При спонтанном зарождении в объеме раствора высокодис-
персной твердой фазы, суммарная поверхность и активность кото-
www.fastwel.ru
rGSTWei	тел.: (095) 234-06-39
3.4. Природа сенсибилизации и активирования 99
рой значительно превышают поверхность и активность подложки,
скорость коагуляции превышает скорость адсорбции первичных
частиц на поверхности. Большая часть ионов металла выпадает
в виде гидроокиси в объеме раствора, и основная часть вещества
нарастает не на подложке, а на этих частицах, образуя коллоидный
раствор.
3.4.7.	Фотоактивирование
При необходимости получать слой металлизации непосредственно
в виде рисунка (по аддитивному принципу) используют чувстви-
тельность к облучению светом сенсибилизирующих или активирую-
щих растворов, смачивающих подложку.
Различают фотоактивацию и фотодеактивапию. При фотоакти-
вации в месте воздействия светового луча образуются каталитичес-
кие центры. Используют светочувствительные соли серебра, напри-
мер органических кислот (винной, глютаминовой). В месте падения
луча происходит фотодиссоциация светочувствительного материа-
ла, сопровождающаяся (после проявления) выделением металличе-
ского серебра, частицы которого служат каталитическими центрами
для последующей химической металлизации. Диаметр луча варьиру-
ется в пределах от 50 мкм до 5 мм. При мелкосерийном производст-
ве удобно использовать в качестве технологического оборудования
для вычерчивания световым лучом. После операции засвечивания
рисунок проявляют в гидрохиноновом проявителе, распространен-
ном в фотографической технике.
При фотодеактивации облучение разрушает каталитические
центры.
Экспонированные УФ светом (Я < 300 нм) участки теряют сен-
сибилизирующие свойства, и при последующей активации после
промывки на них не осаждается палладий.
Разрешающая способность метода составляет 1...10 мкм.
3.4.8.	Сенсактиватор в лаке
Рассмотренные методы активирования поверхности имеют общий
недостаток — опасность латентной коррозии в подложках, имеющих
Г-if Н -I	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Г CIST' Л ' компоненты, ПП, сборка, тест
макропоры и капиллярные щели, в которых могут сохраняться соля-
ная кислота, хлориды олова и палладия даже после тщательной про-
мывки. Введение в состав подложки или в покровный лак каталити-
ческого агента позволяет этого избежать В органическое связую-
щее, входящее в стеклопластик, вводят ацетат палладия. Его
количество должно быть минимальным, чтобы не ухудшить элект-
рические свойства диэлектрика. Стеклопластик с введенным ката-
лизатором требует проведения предварительной операции травле-
ния поверхности подложки для удаления полимерной сетки
и вскрытия катализатора.
В состав покровного лака, наносимого на поверхность подлож-
ки, вводят каталитическую добавку в виде порошка окислов меди
или карбонильного никеля. При полимеризации лаковой пленки
частично восстанавливается металлическая медь, частицы которой
в дальнейшем служат каталитическими центрами.
3.5.	Химическая металлизация
Процесс химической металлизации состоит из двух стадий: актива-
ции и химического восстановления меди на центрах активации.
Вторая стадия - химическая
металлизация на центрах катализации
Первая стадия -
активация
(катализация)
поверхности
палладием
Рис. 3.4. Схема процесса химической металлизации с автокатализацией (хи-
мическое меднение).
г..4 www.fastwel.ru
raSTWei	тел.: (095) 234-06-39
5.5. Химическая металлизация
На первой стадии создаются закрепленные на поверхности диэлект-
рика отдельные вкрапления палладия — катализатора первоначаль-
ного процесса химического восстановления металла. Поскольку
процессы химического меднения, никелирования, осаждения ко-
бальта, железа, хрома, металлов платиновой группы — автокаталити-
ческие, дальнейшее разрастание металла по поверхности диэлектри-
ка идет без участия палладия. Зоны осаждения смыкаются, за счет
чего образуется сплошная проводящая пленка из меди (рис. 3.4).
В процессах металлизации печатных плат только это и нужно — со-
здать проводящую пленку для последующего электрохимического
(гальванического) процесса.
3.5.1.	Растворы химического меднения
Восстановительные реакции, протекающие при химическом мед-
нении:
Cu2+ + 40Н- + 2НСОН -* Cu° + 2НСОО + Н2 + 2Н2О.
Нежелательная побочная реакция, которая приводит к образова-
нию одновалентной окиси меди (вместо металлической меди), и вы-
зывает разложение раствора:
2Cu2+ + 5ОН- + НСНО -* Си2О + НСОСГ + ЗН2О.
Кроме того, возможно саморазложение формальдегида в щелоч-
ной среде.
Эти реакции предотвращаются с помощью комплексообразова-
теля, буфера и точным поддержанием требуемой концентрации,
температуры и pH раствора. Необходима постоянная фильтрация
раствора для очистки от коллоидных частиц.
Этим обусловливаются составы растворов для химического мед-
нения. В состав каждого раствора входят следующие вещества:
•	соли меди;
•	вещества для связывания меди в комплекс;
•	вещество-восстановитель;
•	вещество, обусловливающее необходимую величину pH рас-
твора;
•	добавки стабилизаторов.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
102 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
В производстве печатных плат наибольшее применение получи-
ли растворы, представленные в табл. 3.3.
Таблица 3.3. Составы растворов химического меднения и режимы
обработки
Компоненты и режимы	Концентрация, г/л				
	1	2	3	4	5
Медь сернокислая СиЗОд, Н2О - источник ионов металла	10 15	10 15	15-25	5-8	25..35
Калий натрий виннокислый КНаСдНдОб. H2O - комплексообразователь	50...60		60..80	-	-
Динатриевая соль тетрауксусной кислоты (трилон Б) - буфер		20...30		8..12	80...90
Натрия гидроокись NaOH	10 .15	13.. 15	20 .30	8.9	40. 60
Натрий углекислый	2-4			2...3	20...30
Никель хлористый - уплотнитель пленки	2...4	-		-	
Формалин (37%), мл/л, (НСНО) - восстановитель	10-15	10 ...20	10...15	10..20	20...30
Натрий серноватистокислый, мг/л, №28203 - буфер	1...2	-	-	1.0	
Натрия диэтилдитио карбамат, мг/л - стабилизатор	-	20...30	20 .30	-	-
Калий железосинеродистый, мг/л - стабилизатор		30...40		-	100
Ртуть азотнокислая, мг/л	-			5,0	
Роданин, мг/л					3-5
Метанол - смачиватель	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1
Величина pH	12,6... 12,8	12,8... 13,0	13,1... 13,3	12,8... 13,0	12,6... 12,8
Температура, ’С	18 .25	18 25	18..25	18.25	15-25
Продолжительность процесса до толщины 1 мкм, мин	20 .30	20...30	15...25	15	ДО 8...10 час')
Плотность загрузки, дм2/л	3...4	2...3	2...3	2.3	1...2
*	До толщины 25. .30 мкм.
Раствор 1 является наиболее распространенным и экономичным
раствором. Скорость осаждения меди 2,5 мкм/ч. Толщина покрытия
до 1 мкм. В качестве стабилизатора можно вместо натрия серновати-
стокислого использовать сульфид свинца (0,05 г/л) или диэтилдити-
окарбомат натрия (5—10 мг/л).
Раствор 2. Комплексная соль меди с трилоном Б является более
устойчивым соединением, чем с сегнетовой солью (калием-натрием
Fastwel;?
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
виннокислым), поэтому раствор характеризуется высокой стабиль-
ностью, и в нем возможно осаждать за 20...30 мин слой меди толщи-
ной до 3 мкм.
Были попытки применения этого раствора без операции гальва-
нической «затяжки», так как слой химической меди достаточно про-
чен и обеспечивает выполнение последующих технологических опе-
раций.
Раствор 3. Виннокислую соль калия-натрия, приготавливаемую
из продуктов виноделия, можно заменить синтетическим изомером —
винограднокислым калием-натрием.
Раствор 4. Характеризуется высокой стабильностью, легкостью
корректировок и хорошим качеством медного покрытия. Раствор
успешно работает на ВАЗе (г. Тольятти) для декоративной металли-
зации деталей из пластмасс [9].
Раствор 5. Давно используется для металлизации печатных плат,
как более стабильный. Были попытки использования этого раствора
для получения толстых слоев меди (20...30 мкм) в условиях его не-
прерывного корректирования солями меди, едким натром и форма-
лином с помощью приборов автоматического дозирования. В целях
придания осадку необходимой пластичности в раствор вводят до-
бавки — пластификаторы.
Принципиальное различие в составах растворов, приведенных
в табл. 3.2, заключается в использовании различных стабилизаторов.
В качестве устойчивого стабилизатора хорошо зарекомендовала себя
комплексная добавка, которую можно использовать в различных по
концентрации основных компонентов растворах [9]. Состав добав-
ки: диэтилдитиокарбамат натрия (ДДКК) — 5 г/л, железосинеродис-
тый калий (K3Fe(CN)g) — 70 г/л, гидрат окиси аммония (NH4OH) —
102 мл/л. В растворы химического меднения добавка вводится в ко-
личестве 0,5 мл/л.
При приготовлении растворов химического меднения в от-
дельных емкостях растворяют в дистиллированной воде сернокис-
лую медь, комплексообразователь и едкий натр. Затем сливают
первые два раствора и при непрерывном перемешивании прили-
вают раствор едкого натра и раствор стабилизатора, раствор в ван-
не доводят до рабочего уровня, выдерживают 8... 10 ч, фильтруют
и корректируют по величине pH добавлением NaOH или H2SO4.
К a j.n.1 rZ КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
I QSTWei	компоненты, ПП, сборка, тест
104 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Формалин вводят за 10...20 мин до начала работы. Приготовлен-
ный раствор анализируют по всем компонентам. Анализ на содер-
жание формалина, едкого натра и меди сернокислой производят
ежедневно.
3.5.2.	Природа дефектов
при химической металлизации
Дефекты при химической металлизации диэлектрических подложек
по происхождению можно сгруппировать в четыре группы: удержа-
ние агрессивных растворов, выделение водорода, повторение де-
фектов микрорельефа, нестабильность ванн.
Удержание агрессивных растворов после промывки воз-
можно при наличии на поверхности обрабатываемых изделий
микро- и макропор, трещин и т. п. Это приводит к латентной кор-
розии.
Выделение водорода интенсивно протекает при никелирова-
нии и меднении. Например, на 1 моль осажденной меди выделя-
ется 1 моль водорода. Это приводит к взрыхлению осадка. Задер-
живаясь в углублениях макрорельефа, пузырьки водорода препят-
ствуют сплошному осаждению металла на подложку. Благодаря
поверхностному натяжению на оболочке пузырька, представляю-
щей собой межфазную границу раствор — газ, сосредоточиваются
солевые осадки. Когда пузырьки лопаются, на этих микроучаст-
ках поверхности (щели, мелкие отверстия, поры) оседают плохо-
растворимые комплексные солевые включения. При эксплуата-
ции изделия в результате длительного воздействия атмосферной
влаги на участках образуется электролит, распространяющийся
по микроканалам эпоксидного стеклопластика вдоль границы
раздела стекловолокно—полимерное связующее, снижая сопротив-
ление изоляции.
Повторение дефектов микрорельефа поверхности отражает су-
щество самого принципа химической металлизации: точное повто-
рение всего микрорельефа, включая трещины, каверны и всякого
рода случайные непрочные образования на поверхности, возникшие
при травлении, сверлении и т. д. Губчатые наросты впитывают агрес-
сивные жидкости.
www.fastwel.ru
raSTWei	тел.: (095) 234-06-39
3.5. Химическая металлизация 105
Возможные неполадки при химическом меднении и способы их
устранения приведены в табл. 3.4.
Таблица 3.4. Основные неполадки при химическом меднении [9]
Характер неполадок	Причины	Способы устранения
1	2	3
Медь не осаждается	Избыток стабилизатора	Заменить 30-50% раствора свежим, без добавок стабилизатора
	Слишком низкое значение pH	Добавить NaOH
	Очень низкая температура	Подогреть раствор
	Недостаток формалина	Увеличить содержание формалина
	Непригодность раствора активирования	Проверить активирующую способность
Отсутствие меди в отверстиях малого диаметра	Раствор плохо прокачивается через отверстия	Улучшить прокачку раствора
Отсутствие меди на отдельных участках отверстий	Плохая смачиваемость рас- твором активирования	Ввести антистатическую обработку Улучшить обезжиривание
	Заполировка стенок отверстий при сверлении	Проверить режимы сверления, заточить сверла
Раствор меднения мутнеет, в неработающей ванне выделяется водород	Начинается саморазложение раствора	Перемешать раствор сжатым воздухом, отфильтровать, добавить стабилизатор
Темная медь	Низкое содержание NaOH	Откорректировать раствор
Темная медь	Попадание органических примесей	Исключить возможность попадания масел
Разложение раствора меднения	Раствор загрязнен механическими примесями	Отфильтровать раствор
	Занос палладия в ванну меднения	Улучшить промывку после активирования
	Осаждение меди на стенках ванн и в коммуникациях	Удалить медь раствором HNO3
	Перегрев раствора	Охладить раствор сухим льдом в полиэтиленовых мешочках
	Увеличена поверхность за- груженных заготовок плат	Уменьшить загружаемую поверхность заготовок
	Избыток щелочи	Проверить величину pH и подкислить раствор
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel^Sf4’
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Таблица 3.4. Окончание
Малая скорость осаждения меди	Низкая температура раствора меднения и активирования	Подогреть растворы до 25. ЗО'С
	Завышена концентрация стабилизатора	Прекратить введение стабилизатора при корректировке
	Недостаточная каталитиче- ская активность	Проверить соблюдение режимов активирования
	Недостаток формалина	Увеличить количество вводимого формалина
При химической металлизации необходим особо высокий про-
фессиональный уровень работников, чтобы устранить этот источ-
ник дефектов.
К недостаткам химической металлизации, кроме перечисленных
причин дефектообразования, относится ограниченная номенклату-
ра осаждаемых металлов (Ni, Си, Sn, Au, Pd, Ag), трудоемкость хи-
мической подготовки поверхности, продолжительность процесса.
Преимущества химической металлизации:
1)	равномерная толщина слоя при сложной конфигурации об-
рабатываемого изделия;
2)	более плотный слой, чем при гальваническом осаждении;
3)	возможность осаждать металл на изоляционные материалы.
3.5.3.	Корректирование растворов [9]
Корректирование растворов сульфатом меди, щелочью и формалином
проводят ежедневно в начале работы, а комплексообразователем — по
данным экспресс-анализа, 1 раз в неделю. Стабилизатор вводят в кон-
це рабочего дня в количестве не более 1/2 от рецептурного значения.
Для предотвращения разложения раствора в период длительного
хранения (более 24 часов) необходимо подкислить его до величины
pH = 5...6 добавлением серной кислоты. При небольших перерывах
подкислять до pH = 12,2... 12,3.
Корректирование растворов на основе трилона Б производят по
данным анализа на содержание меди, щелочи и формалина. Трилон
Б добавляют по 5...7 г/л через 2...3 дня работы. Для длительного хра-
нения трилонатные растворы следует подкислять серной кислотой
до pH = 10,0... 10,5. Для корректирования следует применять кон-
Fastwel^d^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.5. Химическая металлизация 107
центрированные растворы CuSO4, NaOH. При длительном исполь-
зовании раствора меднения в нем накапливаются в больших количе-
ствах сульфаты натрия и формиаты натрия, в результате чего введе-
ние очередной порции компонентов затруднено. В этом случае рас-
твор не корректируется, а заменяется свежим.
3.5.4.	Утилизация сегнетовой соли
Учитывая высокую стоимость калия-натрия виннокислого (сегнето-
вой соли), а также необходимость исключения сброса в стоки соеди-
нений меди при смене раствора меднения, поступают следующим об-
разом. В отработанном растворе химического меднения определяют
концентрацию CuSO4 и KNaC4H4O6, а затем добавляют CuSO4 до по-
лучения количества меди, эквивалентного содержанию KNaC4H4O4.
После этого раствор подкисляют серной кислотой до pH = 3,8...4,3,
в результате выпадает осадок виннокислого соединения меди:
О	О
NaO — С — (CHO)Cu — С —ОК
Осадок декантируют, промывают холодной водой, собирают
и высушивают при комнатной температуре. Соединение виннокис-
лой меди используют при приготовлении свежих растворов химиче-
ского меднения. Приведенная методика позволяет полностью ути-
лизировать ценные продукты (медь и соли кислоты), возвращая их
в производство и обеспечивая этим безотходную технологию по ос-
новным продуктам процесса химического меднения, а также сниже-
ние затрат на обработку стоков, содержащих медь.
3.5.5.	Утилизация меди
Для исключения попадания мели в промывные воды рекомендует-
ся после ванны химического меднения устанавливать для первой
промывки ванну с непроточной водой, которая служит сборником
раствора, выносимого подвесками с платами из ванны химическо-
го меднения. Эти ванны иногда называют ваннами-улавливателя-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel^S?^
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
ми. Постепенно в них накапливаются компоненты раствора хими-
ческого меднения и эффективность сборников снижается.
Переоборудовав ванну-сборник в электролизер, можно на като-
де из углеткани выделить практически всю медь, попадающую в ван-
ну-сборник, и подвески с платами при промывке в проточной воде
не будут вносить медь в стоки.
3.5.6.	Практика химического меднения [9]
Химическое меднение отверстий в заготовках печатных плат являет-
ся ответственной операцией, определяющей качество металлизации
отверстий. Последовательность процессов химического меднения
печатных плат показана на схеме рис. 3.5. При выполнении всего
комплекса операций процесса металлизации следует руководство-
ваться следующими правилами.
1.	Заготовки плат с просверленными отверстиями помещаются
в вертикальном или горизонтальном положении в кассеты, изготов-
ленные из титана, коррозионно-стойкой стали или из полимерных
материалов (полипропилена, фторопласта). При химическом мед-
нении и при выполнении предварительных операций необходимо
Схема химической металлизации
Cu++ + 4ОН++ + 2НСОН--
Си + 2НСОО+++Н2 + 2Н2О
Рис. 3.5. Схема процесса химичес-
кого меднения.
FastwelCj^
осуществлять возвратно-посту-
пательное движение кассет или
прокачивание при горизонталь-
ном положении для обеспече-
ния циркуляции растворов через
отверстия. Выбор способа рас-
положения заготовок плат зави-
сит от их габаритов, типа приме-
няемого оборудования, а также
от принятого технологического
процесса, определяющего усло-
вия выполнения операции галь-
ванической «затяжки».
2. После каждого цикла
операции меднения кассеты
следует обрабатывать в одном из
травильных растворов для уда-
WW w. fa st we I. r u
тел.: (095) 234-06-39
3.5. Химическая металлизация 109
ления осевшей на них меди, которая, отслаиваясь от подвесок, мо-
жет загрязнять растворы, вызывая их разложение.
3.	Раствор ванны химического меднения должен хорошо пере-
мешиваться воздухом и непрерывно фильтроваться для удаления ме-
ханических загрязнений и частиц меди, образующихся в результате
восстановления на взвешенных механических примесях. Ванну не-
обходимо устанавливать в местах, где нет пыли.
4.	Корректировать раствор добавлением химикатов следует тог-
да, когда ванна не загружена платами.
5.	Следить за тем, чтобы в зимнее время ванны химического
меднения не охлаждались от стоящей рядом (а иногда и вплотную)
ванны холодной промывки.
6.	Так как в промывной воде часто содержатся органическое
и неорганические примеси, загрязняющие раствор химического
меднения, необходимо, чтобы промывная вода полностью стекла
с плат.
7.	Для толстослойного химического меднения (20...25 мкм) следу-
ет применять растворы более сложного состава, содержащие 3...4 вида
добавок. Этот процесс необходим в аддитивных способах изготовле-
ния печатных плат и осуществляется в условиях автоматического
корректирования раствора в соответствующих установках с лами-
нарным перемешиванием раствора.
Схема установки химического меднения, используемой в произ-
водстве печатных плат, показана на рис. 3.6.
Схема установки химической металлизации
Рис. 3.6. Схема установки химического меднения.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
I 10 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
3.5.7.	Другие способы металлизации
3.5.7.1.	Меднение методом термолиза
Метод предусматривает термическое восстановление меди гипофос-
фитом кальция непосредственно на поверхности фольгированных
заготовок печатных плат, а так как при этом исключается активиро-
вание поверхности в растворах катализаторов, то метод получил на-
звание «беспалладиевая металлизация».
По этому методу заготовки плат из фольгированного диэлектри-
ка погружаются в раствор, содержащий аммиачную соль гипофос-
фита меди Cu(NH3)2(H2PO2)2 • 2Н2О, а затем — в термостат, где при
температуре 130...150°С в течение 15...20 мин происходит реакция
восстановления меди. В числе продуктов реакции кроме меди обра-
зуются различные вещества: Cu3P, Н3РО4, NH3. Медь осаждается на
стенках отверстий и на медной фольге в виде плотного покрытия
толщиной до 0,3 мкм.
Гипофосфит меди готовится посредством смешения растворов
медного купороса и гипосульфита кальция. Выпадающий осадок
гипса (CaSO4) отфильтровывается, а к раствору добавляется водный
аммиак до получения интенсивно синего окрашивания аммиачной
соли меди.
Получение этого продукта протекает по реакциям:
CuSO4 + Са(Н2РО2)2 = Cu(H2PO2)2 + CaSO4;
Cu(H2PO2)2 + 2NH4OH = Cu(NH3)2(H2PO2)2-2H2O.
При выполнении операции заполнения отверстий аммиачным
раствором меди требуется особо тщательная подготовка поверхнос-
ти и необходимо использовать вибрирующие устройства, обеспечи-
вающие полноту заполнения отверстий раствором.
Осадки меди в этом случае более крупнозернисты по сравнению
с медью, полученной традиционным способом, а слой меди вокруг
отверстий на острых кромках иногда необходимо механически зачи-
стить. Предприятия, внедрившие данный способ металлизации, от-
мечают некоторое увеличение трудоемкости изготовления плат,
а экономический эффект, если сопоставлять с технологией медне-
ния с использованием малоконцентрированного раствора активи-
www.fastwel.ru
rGSTWei	тел.: (095) 234-06-39
3.5. Химическая металлизация
рования и регенерацией раствора химического меднения, не дости-
гается. Представляется целесообразным рекомендовать данный ме-
тод в мелкосерийном и опытном производстве, когда есть возмож-
ность внимательно просматривать все отверстия в плате и в случае
острой необходимости замены драгоценного металла.
3.5.7.2.	Химическое меднение в гипофосфитных растворах
По некоторым данным [10], встречаются сообщения о примене-
нии гипофосфитных растворов для осаждения меди. Преимущество
этого способа заключается в применении менее щелочных раство-
ров и в том, что процесс протекает без вредного газовыделения,
свойственного процессу термолиза гипофосфита. Кроме того, обра-
зующийся слой меди получается более плотным. Восстановление
меди протекает по реакции:
Си2+ + 2Н2РО2~ + 2ОН- - Си0 + 2Н2РО3~ + Н2.
В состав раствора входит медь сернокислая, сернокислый ни-
кель. натрий лимоннокислый, борная кислота и гипофосфит натрия.
Медь находится в виде цитратного аниона Си(С6Н5О7)_. Величина
pH = 9,2. Осаждение меди происходит при температуре 65°С.
3.5.8.	Химическая металлизация порошков
Помимо рассмотренных выше процессов металлизации плоских
подложек или объемных изделий из керамики, кварца, стекла, си-
талла и пластмассы, значительное место занимает химическая ме-
таллизация частиц стеклоэмалевой фритты, применяемой при изго-
товлении микроузлов на основе композитных стеклоэмалевых пле-
нок. Металлизация частиц порошка имеет некоторую специфику,
в первую очередь необходимость осаждения не металла, а сплава ме-
таллов, причем на каждую частицу, средний диаметр которых со-
ставляет 2 мкм.
Технология осаждения на порошок фритты сводится к следую-
щему. Приготовленный механическим помолом порошок стеклян-
ной фритты подвергают сенсактивированию в смешанном растворе
хлоридов олова и палладия. Затем порошок в виде влажной пасты
FastwelCS-’
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
I 12 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
поступает в полость реактора одновременно с раствором восстано-
вителя (гидразингидрата), где происходит металлизация при посто-
янном перемешивании.
При последующем вжигании (сублимации связки) рыхлая обо-
лочка из сплава, окружающая каждую частицу фритты, пропитыва-
ется расплавленным стеклом основы, не препятствуя образованию
стеклоэмалевой матрицы и непрерывных разветвленных цепочек из
неплавкого наполнителя.
3.5.9.	Способы нанесения растворов на подложки
Возможны три способа проведения процесса — погружением подло-
жек в раствор, накаткой раствора и распылением раствора на обра-
батываемую поверхность. При способе погружения необходимо не-
прерывно обновлять раствор для компенсации расходуемых ве-
ществ. Это позволяет получать более стабильный уровень качества,
чем при периодической корректировке, когда качество меняется
скачкообразно. Держатели обрабатываемых изделий должны быть
сделаны из нейтрального материала (например, неактивированного
фторопласта) для ослабления побочного процесса осаждения на них
слоя металла. Необходимость непрерывного обновления раствора
усложняет это оборудование.
Накатка осуществляется с помощью валиков, прижатых к обра-
батываемой поверхности и вращающихся навстречу ее движению.
Скорость протягивания составляет до 100 м/мин. Раствор наносят
в виде смачивающего слоя в количестве, необходимом для протека-
ния реакции. В результате исключается возврат отработанного рас-
твора для повторного использования - нанесенный раствор расхо-
дуется полностью. Это позволяет подавать на обрабатываемую по-
верхность все время свежие дозы раствора. Смоченная раствором
поверхность поступает в следующую секцию установки, где под дей-
ствием тепла развивается необходимая реакция образования под-
слоя (2...10 с). Затем подложка проходит сквозь отжимные валики,
удаляющие отработанный раствор, и далее на холодную и горячую
мойку.
При распылении два раствора (соли металла и восстановитель)
подают из форсунок под давлением около 1 атм. Для устранения об-
www.fastwel.ru
rOSTWGl	тел.: (095) 234-06-39
3.5. Химическая металлизация
разующегося шлама необходима фильтрация раствора. Распыление
рентабельно при больших обрабатываемых поверхностях.
3.5.10.	Химическое никелирование
Наиболее дешевыми и дающими прочные покрытия на изоляцион-
ных материалах (пластмассе, керамике, ситалле) являются никель
и медь. В ряде случаев следует отдать предпочтение никелю перед
медью, так как его осаждение протекает устойчивее и более управля-
емо. Важна стабильность раствора, т. е. возможность длительного
использования с несложным контролем и корректированием, иначе
нельзя получить повторяющихся результатов и процесс будет непри-
годен для серийного производства.
Сцепление покрытия никеля с поверхностью характеризуется
усилием отрыва около 50... 100 г/см2. При металлизации теплостой-
ких подложек последующая термическая обработка значительно по-
вышает сцепление.
Различают осаждение никеля гипофосфитом и аминобораном.
В обоих случаях растворы химического никелирования содержат
пять составляющих:
1)	источник ионов металла — соль никеля;
2)	комплексообразователь и буфер — соли органических кислот
(уксусной, лимонной);
3)	восстановитель — гипофосфит натрия, аминоборан и др.;
4)	стабилизатор, устраняющий реакцию восстановления в тол-
ще раствора;
5)	смачиватель, улучшающий смачивание обрабатываемой по-
верхности, — ПАВ.
Входящие в состав ванны химической металлизации комплексо-
образователь и буфер в виде солей органических кислот ускоряют
реакцию восстановления и предотвращают распад в объеме, связы-
вая ионы металла в комплексное соединение. При осаждении гипо-
фосфитом это предупреждает выпадение фосфита металла. Ускоря-
ющее действие органических добавок объясняется их способностью
поддерживать pH в стабильных пределах, что приводит к ускорению
процесса разложения гипофосфита и повышению роли выделяю-
щихся реакционноспособных атомов водорода.
FasiwelC>
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
I |4 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Осаждение гипофосфитом натрия производят при точном под-
держании значения pH. При использовании гипофосфита в состав
покрытия кроме металлического никеля входит фосфор. Его при-
сутствие снижает электропроводность.
Химическое никелирование гипофосфитом ведут в пять техно-
логических этапов:
1)	сенсибилизация в растворе SnCl2 с последующей тщательной
отмывкой (26°С, 1 мин);
2)	активация в растворе PdC12 (pH = 2, Т = 26°С, время обработ-
ки — 30 с);
3)	пропитка поверхности в растворе NaH2PO3 для перевода
PdCl2 в нерастворимую форму, придающую поверхности каталити-
ческие свойства по отношению к восстанавливаемому никелю;
4)	собственно химическое никелирование в растворе, содержа-
щем NiCl2; процесс ведут при 80°С, pH = 8, время обработки 1 мин;
5)	термообработка 2 ч при 200°С.
Главным технологическим недостатком процесса химического
никелирования является склонность раствора к саморазложению
из-за присутствия восстановителя и наличия центров паразитной
кристаллизации в толще раствора в виде взвешенных коллоидных
частиц металла или локализованных очагов перегрева. Саморазло-
жение интенсивно развивается и в случае быстрого приливания ще-
лочи (кислоты) для поддержании pH. При этом из-за нарушения
стабильности раствора выпадает гидроокись или фосфат никеля, ча-
стицы которых становятся центрами разложения в объеме.
Поэтому следует стремиться к уменьшению концентрации вос-
становителя или применять в качестве восстановителя аминоборан,
дающий более устойчивое осаждение никеля.
Осаждение аминобораном R2NHBH3, растворенным в этаноле,
протекает в результате восстановительных реакций:
R2NHBH3 + NiCl2 + ЗН2О -* 3Ni + R2NH2C1 + Н3ВО3 + 5НС1;
2R2NHBH3+4NiCl2+3H20 -* Ni2B + 2Ni + 2R2NH2C1 + ... +
+ 1,5H2 + 5HC1.
Существует опасность разложения аминоборана под воздейст-
вием выделяющейся кислоты:
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel
3.6. Прямая металлизация |
R2NBH3 + ЗН2О + НС1 -* R2NH2C1 + Н2ВО3 + зн2.
Разложение можно предотвратить с помощью буферных ве-
ществ.
Скорость роста пленки никеля составляет примерно 0,1 мкм/мин
при 53±ГС, pH = 5...6 и при объеме ванны из расчета не более 1 дм2
поверхности на 1 л ванны.
3.6.	Прямая металлизация
Более 40 лет в процессах сквозной металлизации отверстий исполь-
зовался палладий в качестве катализатора для химического медне-
ния, но за последние 12 лет зарубежье перешло к процессам прямой
металлизации, в которых палладий используется для создания про-
водящего подслоя, не нуждающегося в последующем химическом
осаждении меди.
3.6.1.	История вопроса
Прямая металлизация — по существу, итог борьбы между двумя тех-
нологиями металлизации: электрохимической и химической, в ко-
торой последняя проиграла. Многие помнят, сколько соблазнов су-
лили аддитивные процессы производства печатных плат на основе
толстослойной химической металлизации. Наблюдались отдельные
успехи на этом направлении. Наиболее далеко в этом продвинулась
фирма Photocircuits, создав промышленную технологию массового
производства плат для управляемых снарядов. Но многочисленные
попытки дальнейшего распространения этой технологии, в том
числе в России (СССР), относящиеся к 70-м годам прошлого столе-
тия, не увенчались успехом. Оно и понятно, процесс химической
металлизации до нужных толщин (25 мкм) длится часами (скорость
осаждения — 1...2 мкм в час). В течение всего этого времени нужно
поддерживать работоспособность раствора по пяти параметрам
(pH, концентрация меди и восстановителя, редокс-потенциал, тем-
пература), недопустимы даже малейшие градиенты концентраций
и температур в объеме ванны. Для компенсации длительности про-
цесса осаждения объем ванн составлял кубометры, чтобы размес-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fas+wel?^
16 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
тить в них необходимое количество плат, соответствующее суточно-
му объему производства. В отличие от этого электрохимическая
(гальваническая) металлизация идет с большей скоростью: порядка
30 мкм/ч (при плотности тока 2.5...3 А/дм2).
Чтобы в какой-то мере использовать состоявшиеся наработки,
были предложены процессы «среднетолщинной» химической метал-
лизации (порядка 3 мкм), якобы избавляющие производителей от
необходимости последующей гальванической затяжки. Почему «яко-
бы»? Потому что химически восстановленная медь — рыхлый осадок,
не способный противостоять быстрому окислению. И это создает
множество проблем на последующих операциях обработки плат.
До недавнего времени в производстве надолго удержалась толь-
ко всем известная тонкослойная химическая металлизация в сочета-
нии с гальванической затяжкой. Под нее строились технологические
линии, создавались химические системы, накопилась значительная
база знаний. И пока она устойчиво идет в производстве, рано от нее
отказываться, по крайней мере в производстве двухсторонних пе-
чатных плат.
3.6.2.	Сравнение химической
и прямой металлизации
В разделе 3.5 уже было сказано, что процесс химической металлиза-
ции состоит из двух стадий: активации и химического восстановле-
ния меди на центрах активации. На первой стадии создаются за-
крепленные на поверхности диэлектрика отдельные вкрапления
палладия — катализатора первоначального процесса химического
восстановления металла. На второй идет восстановление меди на
центрах катализации (палладиевых частицах) и дальнейшее разрас-
тание металла по поверхности диэлектрика без участия палладия.
Идея прямой металлизации состоит в том, что уже на первой ста-
дии палладий был бы настолько диспергирован по поверхности, что,
будучи электропроводным, образовывал бы сплошную проводящую
пленку из палладия без последующей стадии химического восстанов-
ления меди. И это первое преимущество прямой металлизации.
Второе преимущество состоит в отсутствии необходимости
гальванической затяжки, свойственной процессу химической ме-
www.fastwel.ru
rQSTWei	тел.: (095) 234-06-39
3.6. Прямая металлизация
таллизации. Гальваническая затяжка затрудняет аппаратную реа-
лизацию нерерывности процесса в линии химического меднения:
после операций химического меднения приходится перезагружать
платы на катодные подвески или изначально вести весь процесс на
катодных подвесках, в которых нет необходимости на химических
операциях.
Третье преимущество прямой металлизации проявляется в обра-
ботке отверстий малого диаметра. При химической металлизации
кроме осаждения меди неизбежно выделяется водород:
Cu2+ + 2НСНО + 4ОН- -* Си + О + 2НСОО- + 2 Н2О + Н2-.
Выделяющийся водород закупоривает отверстия, мешая заверше-
нию процесса. Для дегазации отверстий приходится предпринимать
специальные меры: наложение ультразвука, вибрацию подвесок, при-
нудительное прокачивание отверстий рабочими растворами, чем не
всегда удается достичь нужного результата. В прямой металлизации
этот вредный процесс выделения водорода отсутствует.
Наличие формалина и большого количества щелочи делает рас-
твор химической металлизации вязким, с большим поверхностным
натяжением, что затрудняет его обмен на стенках отверстий. Из-за
этого реакция восстановления металла в узких отверстиях замедля-
ется, неравномерность осаждения сказывается на качестве и устой-
чивости процесса. Укрывистость поверхности при химической ме-
таллизации достигается увеличением продолжительности процесса,
а значит, и увеличением толщины покрытия. Учитывая относитель-
ную рыхлость химических осадков, это всегда плохо, особенно для
многослойных печатных плат. Растворы прямой металлизации име-
ют меньшую вязкость и поверхностное натяжение. И хотя приемы
агитации процессов прямой металлизации используются в той же
мере, как и для химической металлизации, прямая металлизация
проходит устойчивее химической. И это четвертое преимущество
прямой металлизации.
Поскольку химическое меднение — процесс автокаталитичес-
кий, неизбежно металлизируются и вся поверхность фольги наруж-
ного слоя, и торцы контактных площадок внутренних слоев. Это
приводит к нежелательному расходу реагентов, а для многослойны^
плат — к наличию непрочного барьерного слоя между металлизаци-
FastwelCS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Рис. 3.7. Барьерный слой на стыке
торца контактной площадки внут-
реннего слоя МПП и металлизации
отверстия.
ей отверстий и торцами внут-
ренних слоев (рис. 3.7). Большая
часть отказов межсоединений
в МПП сосредоточена именно
здесь. Процессы прямой метал-
лизации организованы так, что
проводящая пленка создается
только там, где нужно, — на диэ-
лектрике. Это пятое их преиму-
щество.
Процессы прямой металли-
зации более устойчивы в произ-
водстве при неизбежных коле-
баниях режимов (как теперь выражаются, «имеют широкие окна»).
И это не последнее их преимущество.
Переход от химической к прямой металлизации не обязательно
связан с приобретением новой линии. Поскольку процесс прямой
металлизации имеет меньшую стадийность, линии химической ме-
таллизации с избытком достаточны для этого процесса. Необходимо
только иметь в виду, что для реализации преимуществ прямой метал-
лизации требуется более тщательная очистка отверстий с созданием
развитой поверхности.
3.6.3.	Процессы очистки отверстий
Перманганатная очистка имеет ряд неоспоримых преимуществ
в очистке отверстий от наноса смолы на торцы контактных площа-
док внутренних слоев МПП после сверления. Многие производите-
ли печатных плат используют этот процесс даже в технологии двух-
сторонних печатных плат, полагая, что последующая металлизация
отверстий идет лучше после перманганатной очистки.
Гидроабразивная очистка неприменима для отверстий с диамет-
ром меньше 6...8 суммарных размеров частиц абразива. Если в гид-
ропульпе присутствуют частицы с поперечником 50 мкм, отверстия
с диаметром меньше 0,3...0,4 мм будут закупорены и не обработаны.
Что касается плазмохимической обработки, то она имеет наре-
кания на неравномерность распределения высокочастотного поля,
www.fastwel.ru
rOSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
3.6. Прямая металлизация
наличие пепла в отверстиях, остаточные электростатические заря-
ды. Вместе с тем в плазмохимической обработке используются газы:
фреон, кислород, азот. Они требуют организации газобаллонного
хозяйства и регулярной поставки газов.
Очистке в хромовой кислоте хорошо поддаются полиимидные
и полиимид-акриловые системы. Но трудносмываемые остатки ио-
нов Сг+6 «отравляют» последующие процессы активации. Это и про-
блемы с промывными водами не дают возможности широко исполь-
зовать очистку в хромовой кислоте.
Перманганатная очистка широко распространена. Ей поддаются
практически все используемые материалы, такие как FR-4, FR-5,
полиэфиры (в частности, полиэтилентерефталат — лавсан), полите-
трафторэтилен (фторопласт-4), все виды акрилатов, полифениле-
ноксиды. Современные технологические линии рассчитаны именно
на этот вид очистки: ванны выполнены из некорродирующих нагре-
востойких материалов.
Таблица 3.5. Сравнение химической и прямой металлизации
Параметр	Химическая металлизация	Прямая металлизация
Стадийность процесса	Активация + химическая металлизация	Активация
Плотность осадка	Рыхлый	Плотный
Наличие барьерного слоя между гальванической металлизацией отверстия и торцами контактных площадок на внутренних слоях	Есть	Нет
Необходимость гальванической затяжки	Есть	Нет
Выделение водорода	Есть	Нет
Управление процессом	По пяти параметрам	По двум параметрам
Вязкость раствора	Вязкий	Менее вязкий
Поверхностное натяжение	54 дин/см	40 дин/см
3.6.4.	Системы прямой металлизации
Палладиевая система прямой металлизации родилась из процесса
активации поверхности диэлектрика для химической металлизации.
FastwelC^?'’
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Основная идея использования палладиевых систем была сформули-
рована в патенте Радовского (Radovsky) в 1963 году, по которому был
заявлен метод, использующий пленку палладия в полуколлоидаль-
ной форме для прямой металлизации сквозных отверстий печатных
плат. Изобретение Радовского не нашло тогда применения. Идея ис-
пользования графит/углеродных систем относятся к еще большей
давности применительно к гальванопластике.
Имеются четыре широкие категории прямой металлизации:
1.	коллоидная система, содержащая палладий;
2.	углеродная или графитовая система;
3.	процесс, основанный на осаждении токопроводящих поли-
меров;
4.	другие методы.
3.6.5.	Палладиевые системы
3.6.5.1.	Палладий-олово активатор
с гальванической затяжкой
ЕЕ-1 — первая нашедшая промышленное применение система прямой
металлизации, была заявлена в 1982 году фирмой Photocircuits. В ней
использовался палладий-олово активатор с последующей гальваниче-
ской затяжкой. Ванна затяжки содержала полиоксиэтилен для предот-
вращения осаждения меди на поверхность фольги, не мешающего
осаждению палладия на непроводящие поверхности. Осаждение начи-
налось от медной фольги и эпитаксиально росло по активированной
поверхности отверстия. Покрытие завершалось за 5...6 мин. Эта затяж-
ка предшествует общему гальваническому осаждению меди до полной
толщины. Последующее микротравление удаляет набросы палладия
и устраняет гвоздевой эффект на торцах внутренних слоев. Использу-
ется специальный очиститель и восстановитель.
3.6.5.2.	Палладиевый/оловянный активатор
с блескообразователем.
Используется палладиевый/оловянный активатор с последующим
блескообразователем. Ванна для блескообразования содержит по-
Fastwel<5lr
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.6. Прямая металлизация
лиоксиэтиленовое соединение для замедления осаждения меди на
поверхности фольги, при этом замедление осаждения палладия на
непроводящих поверхностях не происходит. Покрытие нарастает на
активированной поверхности отверстий. Процесс занимает от 5 до
6 мин. Впоследствии блеск достигается в полном объеме как при
комбинированном позитивном методе, так и при тентинг-процессе
в любой гальванической ванне. Микротравление в комбинации
с ускорителем удаляет палладий с поверхности торцов внутренних
слоев. Используется специальный очиститель-кондиционер.
3.6.5.3.	Оловянно-палладиевый активатор с ванилином
Эта система прямой металлизации была изобретена в Японии в кон-
це 80-х гг. Этот метод использует оловянно-палладиевый активатор
с ванилином, с последующим гальванопокрытием тентинг-методом
или комбинированным позитивным способом. Задействуется спе-
циальный очиститель-кондиционер и карбонатный ускоритель. Все
три ключевых раствора (очиститель-кондиционер, активатор и ус-
коритель) действуют при повышенных температурах. На завершаю-
щей стадии в отверстиях получается прочная сероватая проводящая
палладиевая пленка. Известно, что очиститель-кондиционер час-
тично разбавляет активатор, притягивая его к непроводящей по-
верхности. Ванилин выстраивает в цепочку молекулы палладия,
ориентируя их вдоль поверхности, за счет чего уменьшается элект-
рическое сопротивление и улучшается адгезия. Небольшая часть
палладия и олова остается на медной фольге, для избавления от это-
го производят слабое подтравливание.
3.6.5.4.	Перевод палладия в сульфид
Crimson-процесс фирмы Shipley использует перевод палладия
в сульфид палладия, который должен обладать лучшей проводимос-
тью для последующего гальванического нанесения меди. Усиливаю-
щий агент стабилизирует проводящую пленку для того, чтобы она
была химически стойкой при последующих операциях фотолитогра-
фии. Стабилизатор нейтрализует остатки усиливающего агента, пре-
дотвращая загрязнение растворов на последующих стадиях обработ-
ки. При селективном микротравлении активатор удаляется с медных
FastwelCS^'
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
поверхностей, чем достигается прочная связь и эпитаксиальный
рост металлизации отверстий от торцов контактных площадок внут-
ренних слоев.
3.6.5.5.	Варьирование палладиевых процессов
Технология АВС предложена в Израиле, она сходна с процессом ЕЕ-]
(см. выше).
Технология Conduction из LeaRonal сходна с системой прямой ме-
таллизации, но с добавлением стадии очистителя-кондиционера
и травления стеклотекстолита.
Технология Envision из Enthone-OMI и технология Connect из Atotech
довольно сходны, хотя в обеих технологиях используются специфич-
ный очиститель-кондиционер и модифицированный ускоритель.
В технологии Neopact из Atotech используется палладиевый акти-
ватор в коллоидном состоянии, не содержащий олова. Последую-
щий процесс POSTDIP удаляет защитную полимерную пленку
с палладиевой поверхности, освобождая ее для контакта с раствора-
ми. При этом повышается проводимость.
Прямая металлизация System-S от J-KEM International относится
к широкой категории палладиевых процессов. Она имеет ряд преиму-
ществ, отличающих ее от других конкурентных альтернатив. Одним
из главных преимуществ является использование трехметаллического
соединения вместо типичной оловянно-палладиевой суспензии при
активации — ключевой стадии обработки. Третьим металлом к палла-
дию и олову выбран амфотерный металл из III или IV группы, такой
как Al, Ti, Ga, In и/или Т1. В щелочном растворе постактиватора или
интенсификатора (J-KEM) эти металлы способны образовывать со-
единения типа [Me(OH)J, которые соединяются с Pd, или Sn, или Си,
значительно повышая проводимость в отверстиях.
3.6.6.	Системы на основе графита
3.6.6.1.	Углеродные суспензии
«Black Hole» — вторая по значимости технология прямой металлиза-
ции — была запатентована доктором Carl Minten в 1988 году и испы-
FastwelCSv"
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.6. Прямая металлизация
тываласьОНп Hunt, который продал их технологию MacDermid в 1991
году. MacDermid значительно усовершенствовал процесс и назвал его
«Black Hole II». Вместо палладиевого активатора используются угле-
родные суспензии со средней проводимостью. Специальный раствор
смачивает непроводящие поверхности и абсорбирует углеродные час-
тицы. После нагревания углеродные частицы выстраивается в цепь.
Для повышения проводимости обработка в углеродных суспензиях
выполняется по крайней мере дважды. Остатки углерода должны
быть удалены с поверхности медной фольги на стадии микроочистки.
3.6.6.2.	Графит
Используются суспензии графита, обладающего средней проводи-
мостью. Последовательность процесса очень проста и включает в се-
бя немного стадий. Electrochemicals и Eidschun Engineering сделали
этот процесс дешевым и компактным.
3.6.7.	Системы проводящих полимеров
DMS-E — это второе поколение процесса DMS-2 от Blasberg. DMS-1
был похож на ЕЕ-1. После микротравления и кондиционирования
в растворе перманганата калия в отверстиях образуется покрытие из
диоксида марганца, который действует как окислитель в течение по-
следующей реакции синтеза. В каталитической стадии мономер EDT
(этилендиокситиофен) смачивает поверхности диоксидом марганца.
В стадии фиксации серной кислоты происходит самопроизвольная
окислительная поляризация. На непроводящих поверхностях печат-
ной платы образуется черная проводящая пленка полимера EDT.
Процесс Compact СР был предложен фирмой Atotech в 1987 году.
По существу, данный метод схож с DMS-E. Но в нем комбинируют-
ся стадии фиксации и катализа, используется кислый перманганат,
а проводящая пленка состоит из полипиррола
3.6.8.	Другие способы
Для полноты списка нужно упомянуть другие возможные варианты
металлизации отверстий печатных плат, такие как Phoenix и ЕВР из
FastweltSb^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
MacDermid, Schlotoposit из Schlotter. В этих технологиях применя-
ются проводящая краска, лазерная возгонка металла в сочетании со
сверлением отверстий, вакуумное напыление и магнетронная ме-
таллизация. Но они не относятся к теме данной книги.
3.6.9.	Технология прямой металлизации J-Kem
Полное представление о процессе прямой металлизации можно по-
лучить на примере использования технологии System-S фирмы
J-Kem International. Это новые разработки шведских и итальянских
химиков, получающие широкое распространение в Европе, в пер-
вую очередь в Скандинавских странах. В обозначениях растворов
использованы фирменные названия J-Kem.
3.6.9.1.	Подготовка отверстий под металлизацию
Обработка в растворе разрыхления
Состав раствора:
1)	деионизованная вода 2)	Swell 7100А 3)	Swell 7100А Режим обработки:	600 мл/л; 200 мл/л; 200 мл/л.
1) рабочая температура раствора 77...82°С. Оптимальная — 77’С.
2) время обработки в растворе 5... 10 мин.
Промыть заготовки в ванне с водой 40...50°С в течение 1 мин.
Промыть заготовки в холодной проточной воде в течение 2 мин.
Подтравливание диэлектрика
Состав раствора зависит от степени требуемой обработки:
Компонент	Очистка	Подтравливание
Деионизованная вода Desmear 71 10В Desmear 71 10А Desmear 71 ЮС	До 1 л	750 до литра 150 мл/л	150 мл/л 60 г/л	70 ..80 г/л 6,5 г/л	6,5 г/л
Режим обработки:
Режимы	Очистка	Подтравливание
Рабочая температура раствора Время обработки в растворе	66...74°С	79. .88°С 10...20 мин	15...30 мин
FastwelcS^	www.fastwel.ru тел.: (095) 234-06-39
3.6. Прямая металлизация
800 мл/л;
100 мл/л;
50 мл/л;
50 мл/л.
Обработать заготовки в растворе предварительной нейтрализации
(5%H2SO4 + 5%Н2О2) в течение 0,5 мин. Температура раствора 18...25°С.
Обработка в растворе нейтрализации
Состав раствора:
1)	дистиллированная вода
2)	серная кислота, 96%
3)	перекись водорода
4)	Neutraliser 7120
Режим обработки:
1) рабочая температура раствора
2) время обработки в растворе
Промыть заготовки в холодной проточной воде в течение 4 мин.
2О...25°С. Оптимальная — 22°С.
1...3 мин.
3.6.9.2. Прямая металлизация
Очистка поверхностей
Состав раствора:
1) деминерализованная вода	970 мл/л
2) cleaner/Conditioner DS-270 (очиститель/кондиционер) 30 мл/л.
Режим обработки:
1) рабочая температура раствора 70°С;
2) время обработки в растворе 7 мин.
Примечание. 1 литр готового раствора обрабатывает 5 м2 поверх-
ности.
Промыть заготовки в ванне с холодной водой в течение 30 с.
Промыть заготовки в холодной проточной воде в течение 2 мин.
Обработка в растворе предактиватора
Состав раствора:
Предактиватор Predip DS-400 — готовый раствор.
Режим обработки:
1) рабочая температура раствора 20...25°С;
2) время обработки в растворе	0,5...1 мин.
Каждые 10 л свежего раствора предактиватора Predip DS-400 до-
статочны для обработки 50 м2 поверхности.
Обработка в растворе активатора.
Состав раствора:
1) предактиватор Predip DS-400	950 мл/л;
FastwelCS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
50 мл/л.
42°С. Не выше 50°С;
7 мин.
400 мл /л;
430 мл/л;
100 мл/л;
10 мл/л.
2) активатор Activator DS-500
Режим обработки:
1) Рабочая температура раствора
2) Время обработки в растворе
500 мл активатора Activator DS-500 достаточны для обработки
100 м2 поверхности.
Промыть заготовки в ванне с холодной водой в течение 30 с.
Промыть заготовки в холодной проточной воде в течение 2 мин.
Обработка в растворе ускорителя
Состав раствора:
1)	дистиллированная вода
2)	ускоритель Intensifier DS-650L
3)	ускоритель Intensifier DS-650P
4)	ускоритель Intensifier DS-650C
Режим обработки:
1) рабочая температура раствора
2) время обработки в растворе
После обработки 10 м2 поверхности заготовок добавлять:
Ускоритель Intensifier DS-650L
Ускоритель Intensifier DS-650P
Ускоритель Intensifier DS-650C
Промыть заготовки в холодной проточной воде в течение 2 мин.
Обработать заготовки в стабилизаторе DS-800.
Промыть заготовки в холодной проточной воде в течение 2 мин.
Обработка ингибитором
В случае необходимости межоперационного хранения обрабо-
тать заготовки в растворе антиокислителя (ингибитора).
Состав раствора:
1) деминерализованная вода
2) Antitamish DS-850
Режим обработки:
1) рабочая температура раствора
2) время обработки в растворе
500 мл Antitamish DS-850 достаточно для обработки 100 м2 по-
верхности.
Промыть заготовки в холодной проточной воде в течение 2 мин.
Просушить заготовки.
45°С. Не выше 50°С;
4 мин.
430 мл
100 мл
10 мл
950 мл/л;
50 мл/л.
18...22°С;
0,5 мин.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.6. Прямая металлизация
3.6.10.	Общая оценка процессов
прямой металлизации
Преимущества процессов прямой металлизации следующие.
1.	Получение равномерных покрытий.
2.	Изъятие из процессов растворов формалина и сильных ком-
плексообразователей.
3.	Короткое время создания поверхностной проводимости ди-
электрика — порядка 15 с.
4.	Используемые в технологии растворы обладают высокой ста-
бильностью.
5.	Возможность создания поверхностной проводимости для ши-
рокого диапазона диэлектриков.
6.	Отсутствие разделительного слоя на стыках металлизации от-
верстий с внутренними КП.
7.	Хорошая рассеивающая способность при удовлетворитель-
ном обмене раствора в отверстиях.
8.	Меньший объем химических анализов.
9.	Отсутствие необходимости слива растворов, содержащих медь.
Коллоидные системы, содержащие палладий, позволяют полу-
чить самый лучший вариант прямой металлизации сквозных от-
верстий. От прежних процессов он отличается большей дисперсно-
стью распределения палладия в тонкой покровной пленке и тем,
что вместо химического восстановления меди здесь она восстанав-
ливается контактным методом, образуя тонкий слой с устойчиво
хорошей электропроводностью. Но с позиций стоимости химичес-
ких компонентов процесс прямой металлизации на основе исполь-
зования углеродных суспензий (Black Hole) дешевле, но техничес-
кая реализация процесса Black Hole сложнее и стоимость оборудо-
вания выше, чем для палладиевой системы, где можно
использовать обычные погружные системы. Это обусловлено тем,
что в линию Black Hole-процесса приходится вводить дополни-
тельные устройства:
•	для предотвращения расслаивания раствора — ультразвуковое
эмульгирование графитовой суспензии;
•	для предотвращения уноса суспензии — двойные отжимные ро-
лики на входе и выходе из камеры обработки;
FastwelcM
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
•	для предотвращения неравномерности покрытия — специаль-
ная конструкция трубопроводов подачи раствора;
•	для предотвращения засорения отверстий для подачи суспен-
зии — специальные щелевые напорные трубопроводы;
•	для обеспечения устойчивости покрытия отверстий — система
мягких роликов, принудительно вдавливающих суспензию
в отверстия;
•	для повышения эффективности сушки — роликовая сушка
с двумя воздушными ножами, один из которых продувает от-
верстия, другой отсасывает остатки раствора и воды, новая
сушка для маленьких отверстий.
Некоторые предприятия, первоначально освоившие систему
Black Hole, отказываются от нее в пользу палладиевых систем.
3.7.	Термические процессы металлизации
Металлизация с использованием всевозможных термических эф-
фектов — нанесение тонких слоев (пленок) металлов или их сплавов
на поверхность изделий или полуфабрикатов из различных металли-
ческих и неметаллических материалов. Цель металлизации — изме-
нение физических и механических свойств поверхностей изделий:
их электропроводности, износостойкости, коррозионной стойкос-
ти, теплопроводности и т. д. При термической металлизации приме-
няют главным образом способы, связанные с испарением и последу-
ющей конденсацией металлов, термическим восстановлением ме-
таллов из соединений, диффузией из газовой фазы при термическом
разложении металлоорганических соединений и т. п.
3.7.1.	Вакуумная металлизация
Вакуумная металлизация — это металлизация посредством терми-
ческого испарения и конденсации в вакууме (вакуумная металли-
зация). Процесс осуществляется в вакуумных напылительных уста-
новках при давлении 2-10-3...2-10-5 Па (рис. 3.8). Для испарения
металлов используют специальные испарители. Испаряемый ме-
талл конденсируется на поверхности изделий и заготовок. Для по-
лучения покрытий сложной конфигурации осаждение частиц ме-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
FastwelC'/
3. 7. Термические процессы металлизации
талла ведется через маски, за-
крывающие не подлежащие ме-
таллизации участки поверхнос-
ти. Такой способ позволяет по-
лучать покрытия толщиной до
нескольких микрон и выдержи-
вать допуски по размерам на-
пыляемых элементов до 1...2%.
Иногда для увеличения адгезии
напыленного слоя и улучшения
его структуры металлизируе-
мую поверхность нагревают до
ЗОО...5ОО°С. Вакуумная метал-
лизация применяется для полу-
чения резистивных пленок из
никеля, титана и др., токопро-
водящих пленок из золота, се-
Рис. 3.8. Спиральный испаритель: I —
навеска испаряемого материала; 2 —
поток пара навески; 3 — подложка.
ребра, меди, алюминия, молибдена и др. для монтажных подложек
и контактов, подслоя хрома, титана и вольфрама под токопроводя-
щие слои, пленок из ниобия, индия и олова для криогенных запо-
минающих устройств, свето- и теплоотражающих покрытий из
алюминия и серебра.
3.7.2.	Диффузионная металлизация
Способ основан на взаимном проникновении (диффузии) молекул
соприкасающихся металлов при их нагревании. Применяется для
насыщения приповерхностного слоя металлического изделия дру-
гим металлом, отличающимся от основного физико-химическими
свойствами. Процесс обычно протекает в герметичных камерах при
температуре 600...1600°С (в зависимости от свойств металлов). Диф-
фузия возможна из различных фаз диффундирующего металла:
твердой (например, в виде порошка, которым покрывают металли-
зируемую поверхность и затем нагревают до нужной температуры),
жидкой (в виде расплава, куда погружают обрабатываемое изделие)
или газообразной (в виде среды, содержащей пары либо галогениды
насыщающего металла, в которую помещают металлизируемое из-
Fastwelc?V
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
130 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
делие). Таким способом получают насыщенные слои толщиной до
нескольких миллиметров.
3.7.3.	Металлизация плакированием
Способ основан на взаимной диффузии молекул соприкасающихся
металлов в результате их сдавливания и нагрева. При металлизации
таким способом тонкий лист наносимого металла накладывают на
металлизируемую поверхность и в таком виде подвергают горячему
прокатыванию или прессованию, добиваясь прочного соединения
его с металлом изделия.
3.7.4.	Металлизация вжиганием
Применяется для металлизации термостойких материалов: стекла, ке-
рамики, слюды. Способ заключается в нанесении на поверхность из-
делия тонкого слоя металлосодержащей пасты (обычно на основе се-
ребра или меди) и последующем обжиге, при котором органическое
связующее вещество пасты выгорает и остается слой металла толщи-
ной 10...15 мкм, обладающий высокой адгезией к материалу основы.
3.7.5.	Процессы газотермического напыления
Газотермическим напылением называют процесс, основанный на
распылении расплавленного или размягченного материала с помо-
щью газовой струи, доставке в составе газового потока к подложке
и закреплении на поверхности в результате спекания. Для такого ме-
тода характерно одновременное воздействие на наносимый матери-
ал высокотемпературного источника тепла и кинетической энергии
газовой струи (рис. 3.9).
Распыление производят сжатым газом (воздухом, аргоном или
азотом), продуваемым через зону расплавленного металла или на-
греваемого порошка с образованием жидких или размягченных час-
тиц примерно 30 мкм в поперечнике. Частицы летят к подложке со
скоростью около 200 м/с, поэтому при ударе возникают значитель-
ные усилия, способствующие сцеплению и спеканию в процессе ос-
тывания. Слой формируется как совокупность затвердевших рас-
__________www.fastwel.ru
rOSTWei	тел.: (095) 234-06-39
3. 7. Термические процессы металлизации
плющенных при ударе частиц.
Выбор подложки ограничивает-
ся термостойкостью подложки
по отношению к интегральной
температуре газовой струи, со-
держащей нагретые частицы на-
носимого вещества.
Зону расплавления создают
тремя способами: электрической
дугой, газовым пламенем и сжа-
той плазмой электрической ду-
ги. От температуры частицы на-
носимого вещества зависит ее
вязкость, смачивающая способ-
ность и химическая активность
при спекании с металлизируе-
мой поверхностью. Для газотер-
Рис. 3.9. Газотермическое напыле-
ние металла: а — расплавление газо-
вым пламенем; б — расплавление
в электродуговом разряде.
мического напыления характерна краткость процесса спекания в ре-
зультате быстрого отвода тепла от частицы на подложку.
Окисление металлических капель преимущественно происходит на
подложке в процессе спекания и в большинстве случаев рассматривает-
ся как механизм, способствующий сцеплению. Однако окисные про-
слойки ухудшают электропроводность и однородность слоя. При рас-
пылении в струе инертного газа электропроводность слоя может быть
повышена, но прочность сцепления часто становится меньше.
Прочность закрепления слоя на стекле зависит от степени размяг-
чения стекла под ударившейся каплей. Наиболее прочно сцепляется
медь, так как промежуточный слой оксида меди CuO (I) между медью
и, например, стеклом хорошо диффундирует в стекло. Образование
очень тонкого слоя оксида меди (I) происходит и в нейтральной сре-
де, что вызвано окисляющим действием размягченного под каплей
стекла, способного в таких условиях отдать часть своего кислорода.
3.7.6.	Плазмотроны
При использовании газовой горелки или открытой электрической
дуги температура в зоне плавления относительно невелика, что огра-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
I QSTWCI	компоненты, ПП, сборка, тест
132 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
ничивает выбор распыляемых материалов. Значительно более высо-
кую и устойчивую температуру можно получить при сжатии плазмы
электрической дуги. Такую плазменную струю получают путем про-
дувки инертного газа (аргона) через электрическую дугу, возбужден-
ную между неплавящимся вольфрамовым электродом и трубчатым
водоохлаждаемым заземленным медным соплом (рис. 3.10а, 3.11).
В канале сопла плазмотрона происходит сжатие плазмы, и темпера-
тура струи, истекающей из сопла, резко повышается, достигая
(1...5)-104°С. Регулируя состав плазмообразуюшего газа путем до-
бавления азота, устанавливают заданное падение напряжения дуги
в несколько десятков вольт при токе более 100 А. Электроды интен-
сивно охлаждают для предотвращения эрозии.
В зависимости от способа нагрева газа различают дуговые и ин-
дукционные плазмотроны. В дуговых плазмотронах (рис. 3.10а)
рабочий газ (водород, азот, гелий, аргон) превращается в плазму по-
средством сильноточного дугового разряда. В индукционных плаз-
мотронах (рис. 3.106) для нагрева газа используются высокочастот-
ные (несколько десятков мегагерц) и СВЧ разряды. Формирование
разряда в плазмотронах может осуществляться стенками разрядной
камеры, газовым вихрем, обдувающим столб дуги и генерируемую
плазменную струю, или магнитным полем.
Рис. 3.10. Типичные конструкции плазмотронов: а — дугового; б — индукци-
онного: 1 — источник электропитания; 2 — разряд; 3 — плазменная
струя; 4 — электроды; 5 — разрядная камера.
Fastwel'CS7^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.7. Термические процессы металлизации 133
К основным параметрам плазмотронов относятся:
•	мощность — у современных импульсных плазмотронов дости-
гает десятков мегаватт;
•	средняя температура на оси плазменной струи — в пределах
6-103...4-104 К;
	скорость истечения плазменной струи — 1—1000 м/с;
•	КПД — лежит в пределах 50—90%;
•	ресурс работы, определяемый эрозией электродов; достигает
нескольких сотен часов. И это основная проблема в использо-
вании плазмотронов — увеличение ресурса их работы.
Несколько иначе устроен дуговой плазмотрон с электромагнит-
ным сжиманием струи (рис. 3.10а). Плазмообразующий газ (воздух,
азот, аргон, водород, метан, кислород — в зависимости от назначе-
ния плазмотрона) с большой скоростью продувается через систему
спиральных каналов и «поджигается» в пространстве между катодом
и стенками разрядной камеры, которые являются анодом. Плазма,
закрученная благодаря спиральным каналам в плотную струю, вы-
брасывается из сопла. Ее скорость в потоке струи может достигать от
1 до 10 тыс. м/с. «Отжать» плазму от стенок камеры и сделать ее
Рис. 3.11. Схема дугового плазмотрона: а — с внутренней дугой; б — с внеш-
ней дугой: 1 — плазменная струя; 2 — вода; 3 — дуговой разряд; 4 —
каналы «закрутки» газа; 5 — катод из тугоплавкого металла (воль-
фрама); 6 — плазмообразующий нейтральный газ (аргон); 7 — дер-
жатель электрода; 8 — разрядная камера; 9 — соленоид; 10 — мед-
ный анод.
Crwj-Kxj.n.1	контрактное производство
I QSTWCI . компоненты, ПП, сборка, тест
134 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
струю более плотной помогает магнитное поле, которое создается
соленоидом. Температура струи плазмы на выходе из сопла — от 3000
до 25 000 К.
У плазмотронов с внешней дугой (рис. 3.106) плазменная струя
формируется между перемещающимся электродом-горелкой и ме-
таллической деталью. С их помощью можно сваривать различные
тугоплавкие металлы, производить их резку и наплавлять на поверх-
ность твердые тугоплавкие покрытия.
Газотермическое напыление с помощью плазмотронов позволя-
ет наносить тугоплавкие порошки. Порошковые материалы с разме-
ром частиц 30 мкм дозировано подают вибрационно-шнековым пи-
тателем. Далее частицы подхватываются газом, нагреваются до рас-
плавления и переносятся на поверхность подложки. Формируемый
слой во время процесса спекания во многих случаях защищают заве-
сой инертного газа.
Покрытие, полученное с помошью плазмотрона, имеет вид пло-
ских волокон толщиной 1...5 мкм. Прочность сцепления зависит от
четырех основных факторов: состояния поверхности, начальной
температуры подложки, мощности разряда, расстояния от сопла до
подложки. Минимальное расстояние составляет 50 мм при мощнос-
ти разряда 10 кВт. С увеличением расстояния наблюдается монотон-
ное убывание плотности пленки.
Процессы газотермического напыления используются для на-
несения слоя металла на изделия из пластмассы, керамики, бума-
ги, других металлических и неметаллических материалов. В техно-
логии электронной аппаратуры таким способом получают метал-
лические покрытия для защиты изделий от коррозии (пленки из
цинка, алюминия, кадмия), повышения твердости и износостой-
кости поверхности изделий (хром, хром-никель-бор), создания то-
копроводящих элементов (алюминий, серебро, золото), металли-
зации бумажных лент (диэлектрика) конденсаторов (алюминий,
олово).
3.8.	Электрохимическая металлизация
Гальванические процессы в производстве печатных плат имеют
особо важное значение, так как они определяют такие свойства, как
FastwelC?W
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.8. Электрохимическая металлизация 135
способность проводящего рисунка к пайке, равномерность распре-
деления слоя металла в отверстиях, эластичность металла, его элек-
тропроводность. От составов применяемых электролитов зависит
производительность процесса металлизации, материальные затра-
ты и экологическое состояние производства печатных плат.
3.8.1.	Законы электрохимической металлизации
Основой для электрохимической (гальванической) металлизации
является водный раствор солей металла, содержащий осаждаемый
материал в виде положительно заряженных ионов. Необходимые
для восстановления электроны поступают от внешнего источника
постоянного тока. Под действием внешнего напряжения ионы ме-
талла движутся к катоду, присоединяют электроны и осаждаются на
нем как нейтральные атомы. Примером может служить восстановле-
ние меди:
Cu2+ + 2е' -» Си0.
На рис. 3.2 показан принцип гальванического осаждения в уп-
рощенной форме. Катодом является предмет, подлежащий метал-
лизации, например печатная плата. В качестве анода преимущест-
венно используют осаждаемый материал, реже нерастворяющийся
нейтральный (платиновый, титановый, графитовый или из нержа-
веющей стали) электрод. Процессы, происходящие на аноде и ка-
тоде, имеют сложный характер. Их определяют реакции перено-
са — проникновения и адсорбции, которые, в свою очередь, зави-
сят от концентрации компонентов ванны и температуры.
Количественно процессы гальванической металлизации описы-
вают законы Фарадея, согласно которым масса вещества т, выде-
лившегося при электролизе, прямо пропорциональна количеству
происшедшего электричества It, а осажденные равным количествам
электричества массы веществ соотносятся как химические эквива-
ленты этих веществ (Ле)1. Таким образом,
т = Kit*,
' Химический эквивалент — отношение атомной массы элемента к его валентности.
Fastwel^?’
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
где К — теоретический электрохимический эквивалент, определяе-
мый из соотношения
K = Ae/F,
где F— постоянная Фарадея, F= 96500 Кл/(г-атом).
Для двухвалентной меди К= 1,186 г/Кл. На практике теоретиче-
ский эквивалент достигается очень редко. Электричество расходует-
ся на побочные процессы на электродах, например на соосаждение
водорода или кислорода. Отношение действительно осажденной
массы к предполагаемой называется выходом по току S/ или катод-
ным коэффициентом г]р.
^1~Г1К = (масса, осажденная в действительности)/
(предполагаемая масса) 100%.
Время t, необходимое для нанесения покрытия заданной толщи-
ны s, определяют согласно уравнению (*), считая т =pMAKs, т. е.
t = (sPmAk)/(KI$i)’
гл.ерм— плотность покрытия; Ак— площадь поверхности катода.
Характерной для гальванических покрытий является неравно-
мерность толщины слоя, что зависит от положения обрабатываемой
детали относительно анода и от явлений поляризации, которые,
проявляясь в критичных местах (краях, углах), препятствуют повы-
шению плотности тока, тормозят металлизацию.
Свойство ванны образовывать на катоде ровный по толщине
слой покрытия определяют как рассеивающую способность. Она тем
лучше, чем выше поляризация при осаждении. Поэтому ванны
с комплексообразователями (например, цианистые ванны) имеют
лучшую рассеивающую способность, чем кислые, так как металло-
осаждение в них протекает при повышенной поляризации.
Важнейшей характеристикой гальванического покрытия являет-
ся его структура. Ее определяют:
•	процессы кристаллизации;
	структура металла основы:
•	тип электролита и параметры процесса (концентрация, плот-
ность тока, температура, перемешивание ванны);
•	выделения водорода на катоде или кислорода на аноде;
* www.fastwel.ru
rGSTWei	тел.: (095) 234-06-39
3.8. Электрохимическая металлизация 137
• побочные осаждения металлических, неметаллических, орга-
нических коллоидных веществ (блескообразователей).
Типичным для гальванических покрытий является вертикаль-
ный рост кристаллов в виде столбиков, причем в ряде случаев они
принимают кристаллическую ориентацию подложки. Такая волок-
нистая структура (текстура роста) нежелательна, так как она может
ухудшить механические свойства покрытия.
В электронной аппаратуре от гальванических покрытий требу-
ется высокая чистота, беспористость, пластичность и равномерная
толщина. Для этого непрерывно разрабатываются новые электро-
литы и процессы.
В целях получения специальных физических и химических
свойств покрытий осаждению сплавов придается особое значение.
Практическое применение находят сплавы Си—Sn, Sn—Ni, Sn—Pb,
Си—Zn, Ni—Co, Fe—Си, Ag—Ni, а также сплавы золота. Гальваниче-
ски осажденные сплавы, в отличие от оплавленных, термодинами-
чески не уравновешены и обнаруживают другие свойства, например
пониженную коррозионную стойкость.
3.8.2.	Гальваника в технологии печатных плат
При изготовлении ПП гальваническое наращивание меди осуще-
ствляется после химического осаждения медного или никелевого
слоя. Покрытия меди толщиной в 20...30 мкм, в исключительных
случаях до 70 мкм, осаждают из сернокислых, пирофосфатных
и борфтористоводородных электролитов. Цианистые ванны дают
наилучшие результаты, но нежелательны ввиду их высокой токсич-
ности. Важнейшими критериями для использования той или иной
ванны являются рассеивающая способность (особенно при метал-
лизации отверстий), рабочая скорость осаждения, стойкость диэле-
ктрика к электролиту, стойкость к электролиту соединительного
слоя между диэлектриком и медной фольгой, а также экономичес-
кие соображения. Помимо гальванических медных покрытий на
печатных платах осаждают также сплав олово—свинец, блестящее
олово и золото в качестве металлорезистов для защиты меди при
травлении рисунка, а также Ni, Pd, Ag, Rh и Au в качестве контакт-
ных материалов. Кроме названных функций, эти слои обеспечива-
Fastweir?!^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
138 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Рис. 3.12. Схема процессов изготов-
ления печатных плат на основе хи-
мической и гальванической метал-
лизации.
ют длительное сохранение паяе-
мости и защиту от коррозии.
Схема процессов химической
и гальванической металлизации
в производстве печатных плат
показана на рис. 3.12.
Гальванические покрытия
Sn—РЬ гарантируют хорошую
паяемость только в случае их
последующего оплавления,
без которого они предрасполо-
жены к коррозии. Сплав оло-
во-свинец осаждают из борф-
тористоводородных ванн в со-
отношении 60% Sn и 40% РЬ
(эвтектический сплав). Это со-
отношение соответствует со-
ставу припоя, применяемого
при последующем процессе
пайки. Для обеспечения паяе-
мости и стойкости к травите-
лям необходим слой толщиной
10—20 мкм. Рассеивающая способность электролита для получе-
ния сплава Sn—РЬ намного хуже, чем у медного, поэтому даже при
осаждении достаточно толстых покрытии необходимо контроли-
ровать покрытие в отверстиях. Ввиду нестойкости неэвтектичес-
ких сплавов Sn—РЬ к действию раствора персульфата аммония не-
обходимо придерживаться указанного состава сплава.
Применение ванн для блестящего лужения, работающих в кис-
лой среде и дающих относительно твердые оловянные покрытия
с хорошим блеском, невелико по причине плохой паяемости оло-
вянных покрытии по сравнению с Sn—РЬ. Покрытия из чистого оло-
ва таят в себе опасность образования нитевидных кристаллов. Это
тончайшие монокристаллические нити металла, которые могут
спонтанно вырасти из твердой среды при комнатной температуре.
Причины образования нитевидных кристаллов разнообразны, а ус-
ловия их возникновения точно не известны. В электронных узлах
FastwelC?V
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.8. Электрохимическая металлизация
возникновение нитевидных кристаллов вызвало бы короткие замы-
кания соседних слоев. Правда, их образование наблюдалось до сих
пор только на подложках из латуни и железа, в то время как медная
и никелевая основы, судя по всему, к этому не расположены.
Покрытия из золота обеспечивают наилучшую защиту от корро-
зии и при травлении, но могут вызвать трудности при пайке. Слиш-
ком тонкие и пористые слои золота (менее 4 мкм) растворяются оло-
вом припоя с образованием интерметаллических фаз, что может
привести к плохому растеканию и некачественной пайке. Более тол-
стые слои золота, которые паяются хорошо, слишком дороги. По-
этому гальваническое покрытие золотом применяется только для
отдельных частей печатных плат, например контактных площадок
печатных разъемов.
Серебро используется почти исключительно для облагоражива-
ния контактов. Хотя серебро обладает хорошей термической и элек-
трической проводимостью, оно относительно дешево и легко осаж-
дается. Возможность его применения ограничена взаимодействием
этого металла с серой и ее соединениями, а также наблюдаемой в ря-
де случаев миграцией серебра.
По сравнению с другими методами нанесения покрытий гальва-
нические методы имеют при производстве электронной аппаратуры
следующие преимущества:
•	возможность осаждения всех технически необходимых метал-
лов;
•	возможность получения слоев любой толшины;
•	возможность осаждения сплавов;
•	большие скорости осаждения (от 1 до 300 мкм/ч);
•	хорошая прочность сцепления;
•	возможность автоматизации процесса.
Однако им присуши и недостатки:
•	возможность покрытия только электропроводящих деталей;
•	возможность неравномерного осаждения слоев;
•	возможность проникновения электролита в материал основы,
что с течением времени может вызвать коррозию;
•	возможность разрушения соединительных слоев между диэле-
ктриком и металлической фольгой;
•	трудоемкость предварительной обработки диэлектрика.
FastwelC?v
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
3.8.3.	Электролиты в производстве печатных плат
3.8.3.1.	Электролиты меднения
Гальваническое меднение является наиболее ответственной опера-
цией, так как при этом получают покрытия в монтажных и переход-
ных отверстиях и на проводниковых дорожках. К слою электролити-
ческой меди предъявляются высокие требования:
•	равномерность распределения по толщине;
•	эластичность, исключающая появление трещин и других де-
фектов при термоударах;
•	электропроводность.
Кроме того, электролиты, используемые для меднения, должны
быть стабильными в эксплуатации, допускать возможность приме-
нения повышенной плотности тока в целях интенсификации про-
цесса осаждения, быть нетоксичными и не содержать дорогостоя-
щих компонентов.
Пирофосфатный электролит
Основной компонент электролита — комплексная соль меди об-
разуется в результате растворения пирофосфата меди в избытке пи-
рофосфата калия по реакции:
Си2Р207 + ЗК4Р207 = 2К6[Си(Р207)2].
Разряд меди происходит из комплексного аниона, поэтому про-
цесс сопровождается значительной катодной поляризацией. Это
обусловливает мелкозернистую структуру покрытия, высокую рас-
сеивающую способность (толщина слоя меди в отверстиях составля-
ет 85—90% от толщины на контактной площадке) и хорошие механи-
ческие свойства меди. В этом отношении пирофосфатный электро-
лит имеет существенные преимущества перед другими. Отсутствие
органических добавок позволяет осуществлять непрерывную фильт-
рацию через уголь и этим сохранить хорошие механические свойст-
ва меди, в том числе эластичность, быстро ухудшающуюся в кислых
электролитах вследствие накопления органических примесей из-за
частичного разрушения фоторезистов.
В то же время электролит обладает рядом недостатков: накопле-
ние фосфатов вследствие гидролиза пирофосфата:
FastwelCS';
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.8. Электрохимическая металлизация
Р204~7 + Н20 -* 2НРО2 4
и, как следствие, включение в осадок меди фосфора до 0,6% по мас-
се, вызывающее затруднения при пайке и снижение эластичности
меди. Невозможность использования более удобного в эксплуата-
ции фоторезиста водощелочного проявления приводит к оконча-
тельному отказу от его использования.
Борфтористоводородные электролиты
Борфтористоводородноя кислота HBF4 образует хорошо рас-
творимые в воде соли различных металлов, в том числе и с медью.
Фторборат меди Cu(BF4)2 — соль с высокой степенью диссоциации.
Это дает возможность меднить в растворах с большой концентраци-
ей ионов меди в катодной зоне при более высоких плотностях тока,
чем в других кислых электролитах. Состав электролита, (г/л):
медь борфтористоводородная	230—250;
кислота борфтористоводородная	5—15;
кислотаборная	15—40;
температура электролита	15—20°С;
катодная плотность тока (А/дм2)	3—5.
Электролит готовится растворением в теплой воде борфтористо-
водородной меди или же растворением в борфтористоводородной
кислоте углекислой меди.
Борфтористоводородный электролит следует применять в произ-
водстве печатных плат с низкой плотностью проводящего рисунка.
Электролит обладает плохой рассеивающей способностью и очень
агрессивен к пленочным фоторезистам, в результате чего в нем доволь-
но быстро накапливаются органические примеси, и осаждающаяся
медь теряет эластичность, становится хрупкой. Кроме того, большое
количество фторборатов затрудняет обработку сточных вод.
Сульфатные электролиты
Сульфатные (сернокислые) электролиты являются наиболее
простыми по составу и очень стабильными в эксплуатации. Однако
стандартный электролит, содержащий сернокислую медь
(200...250 г/л) и серную кислоту (50...75 г/л), имеет плохую рассеива-
ющую способность и невысокую производительность (при комнат-
ной температуре осаждение меди происходит при плотности тока не
более 2 А/дм2).
FastwelC?^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Составы сульфатных электролитов для металлизации печатных
плат приведены в табл. 3.6.
Таблица 3.6. Сернокислые электролиты меднения
Компоненты и режимы	Концентрация (г/л) компонентов в электролитах		
	1	2	3
Медь сернокислая, пятиводная	220. 230	200..230	60...80
Кислота серная	50. .60	50 .60	150 .160
Спирт этиловый (мл/л)	10	-	-
Натрий хлористый	-	0,03..0,05	0,03 .0,05
Блескообразующая добавка		0,3	0,2..0,3
Продукт ОС-20	-	0,4. .0,6	0,4.„0.6
Режим:			
Температура электролита, "С	18..20	18..25	18...25
Катодная плотность тока, А/дмг	1.2	3...5	3...5
Электролит № 1 рекомендован для металлизации печатных плат,
имеющих отношение толщины платы к диаметру металлизируемых от-
верстий 2,5 и меньше. Электролит не агрессивен по отношению к фо-
торезистам, в нем получаются эластичные покрытия с мелкозернистой
структурой. Пониженная плотность тока по сравнению с другими эле-
ктролитами обусловливает его более низкую производительность.
Электролит № 2 обеспечивает более высокую производитель-
ность и хорошую рассеивающую способность. Осадки меди гладкие,
блестящие и эластичные. Электролит рекомендуется для металлиза-
ции плат, имеющих отношение толщины платы к диаметру отвер-
стий 2,5 и более.
Электролит № 3 характеризуется более высоким содержанием
серной кислоты при уменьшенной концентрации сернокислой ме-
ди. Это обстоятельство обусловливает наиболее высокую рассеива-
ющую способность среди кислых электролитов, которая приближа-
ется к рассеивающей способности пирофосфатных электролитов.
Осадки меди гладкие, блестящие. Для плат с отношением их толщи-
ны к диаметру отверстий до 10 : 1 рекомендуются сульфатные элек-
тролиты с отношением H2SO4: Си = 10: 1. Подобного типа электро-
литы являются весьма перспективными и в производстве печатных
плат для поверхностного монтажа, у которых диаметр переходных
отверстий уменьшается до 0.2...0,15 мм. Режимы меднения для таких
плат предусматривают «продавливание» электролитов через отвер-
стия под давлением и воздействием высокочастотных вибраций.
www.fastwel.ru
FCISTWGl	тел.: (095) 234-06-39
3.8. Электрохимическая металлизация 143
Важное значение имеет эластичность осаждаемого слоя меди,
так как в условиях эксплуатации платы подвергаются нагреву и про-
исходит тепловое расширение материала, из которого изготовлена
плата, и слоя меди. Коэффициент линейного расширения эпоксид-
ного полимера в 5 раз больше, чем коэффициент линейного расши-
рения меди (аэп = 100-10'6 мм/мм-°C и аСи = 17-10-6 мм/мм-°C).
Поэтому в результате термоударов в слое меди, осажденном на стен-
ках отверстий, возникают значительные напряжения и, если медь не
эластична, происходит ее разрыв в переходном отверстии, что при-
водит к выходу из строя всего блока.
Расчеты [9] показывают, что на многослойной плате толщиной
5 мм удлиннение по оси отверстия при пайке на волне припоя
(/ = 250°С) составляет для диэлектрика 0,11 мм, для меди 0,02 мм.
В этом случае слой меди должен «вытянуться» почти на 90 мкм и, ес-
ли относительное удлиннение меди менее 2%, неизбежен ее разрыв.
Учитывая вышеизложенное, необходимо систематически контроли-
ровать эластичность меди, не допуская снижения до 4% величины
относительного удлинения.
Большое влияние на эластичность меди оказывает накопление
в электролите органических примесей в результате агрессивного
воздействия электролита на фоторезисты, краски и диэлектричес-
кие материалы платы, поэтому, контролируя величину относитель-
ного удлиннения меди, косвенно можно судить о накоплении орга-
нических примесей и принимать меры по их удалению.
Попадание в электролиты органических примесей вызывает не
только снижение эластичности меди, но и ухудшение электропро-
водности. Так, чистая медь имеет удельное электрическое сопротив-
ление 1,72-10~6 Ом см2; для меди, осажденной из электролитов 2
и 3, эта величина составляет 2,6-10-6 Ом • см2 и по мере накопления
органических примесей возрастает на 25—30%.
Корректировка электролита
Основные компоненты электролита — медь сернокислую, кисло-
ту серную и хлориды добавляют в электролит по данным химическо-
го анализа, который производят при интенсивной работе ванны не
менее двух раз в месяц. Корректировку по органическим добавкам
выполняют после прохождения через ванну определенного количест-
ва электричества. Так, после прохождения 18 ККл/л (5 А-ч/л) вводит-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel^S^
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
ся 1 мл/л продукта ОС-20 в виде приготовленного раствора (100 г/л).
Накопление органических примесей приводит к образованию блестя-
щих полос и хрупкости покрытия, что выражается в резком снижении
пластичности. При уменьшении пластичности до значения менее 4%
электролит необходимо освободить от органических примесей введе-
нием в него 10 г/л активированного угля (БАУ). После тщательного
перемешивания и выдержки не менее 7 ч его фильтруют и затем в не-
го вводят выравнивающую и пластифицирующую добавки. Необхо-
димость корректирования электролита добавками устанавливается
также с помощью ячейки Хэлла, в которой исследуется качество по-
крытия и необходимость введения добавок. Рекомендуется также от
каждой новой партии добавок. Одновременно следует проконтроли-
ровать эффективность добавки, исследуя процесс электроосаждения
в ячейке Хэлла. Устройство ячейки Хэлла и методика исследования
электролитов приведены в следующем разделе. Основные неполадки,
встречающиеся при эксплуатации кислых электролитов, и возмож-
ные причины их появления приведены в табл. 3.7.
Таблица 3.7. Основные неполадки при меднении в кислых элекроли-
тах [9]
Характер неполадок	Возможные причины
Темные, шероховатые осадки	Высокая плотность тока, недостаток кислоты по отношению к содержанию меди. Включение в осадок механических примесей и закиси меди при недостатке кислоты
Светлые (блестящие) полосы.	Загрязнение органическими веществами. Недостаток
Пассивирование анодов	кислоты (H2SO4) или HBFJ Излишек фосфора в анодах АМФ
Скорость осаждения покрытия меньше расчетной	Снижение выхода по току из-за накопления железа
Плохое качество металлизации	Недостаточная скорость покачивания плат при
в отверстиях плат	осаждении меди
Растворение меди с	Отсутствие контакта платы с подвеской и растворение
проводников на одной стороне заготовки	меди вследствие биполярного эффекта
Хрупкость медных покрытий	Накопление в электролите органических примесей
Отслаивание осажденной меди	Наличие окисных разделительных слоев на фольге или
от медной фольги	неудаленного плохо сцепленного слоя химически осажденной меди
Темно-серый "подгар” осадков из электролита с добавкой	Недостаток хлоридов
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel^:^
3.8. Электрохимическая металлизация
Особенности электрохимического меднения в производстве печат-
ных плат
Обмен электролита в отверстиях. Перемешивание электролита
барботированием сжатым воздухом или механическими мешалками
не лает эффекта, так как не обеспечивается подача свежего электро-
лита в отверстия диаметром 0,6...0,8 мм, и в результате этого осажде-
ние меди на стенки отверстий происходит из электролита с пони-
женной концентрацией компонентов на предельном токе. Хороший
обмен электролита в отверстиях достигается при жестком закрепле-
нии плат на катодной штанге, совершающей в электролите возврат-
но-поступательные движения.
Контактирование. Хороший контакт платы с подвеской и подве-
ски с катодной штангой необходим для того, чтобы на всех платах
осаждалось равное количество меди. При нарушении контакта мо-
жет произойти полное или частичное растворение меди. Это явле-
ние вызывается биполярным эффектом и происходит из-за того, что
медненная поверхность платы не будет поляризована катодно и ста-
нет анодом по отношению к соседним платам, имеющим хороший
контакт с катодной штангой.
Для обеспечения хорошего жесткого контакта всех плат с подве-
сками рекомендуется использовать резьбовые соединения.
Глубина погружения плат должна выбираться так, чтобы самая
нижняя на подвеске плата была на уровне и даже несколько выше
нижней кромки анодов, в противном случае происходит значитель-
ная концентрация тока на нижних платах и в результате формирует-
ся «подгорелый» слой меди.
Загрузку подвесок платами следует выполнять таким образом,
чтобы обе стороны, обращенные к анодным штангам, имели бы
приблизительно одинаковую поверхность, подлежащую меднению.
Это обеспечивает получение более равномерных по толщине покры-
тий на обеих сторонах платы.
Содержание серной кислоты. При недостатке H2SO4 наблюдаются
(табл. 3.7) такие дефекты, как образование шероховатых осадков. Это
явление связано с тем, что в результате частичного пассивирования
анодов их потенциал сдвигается в положительную сторону и создают-
ся условия, при которых анод растворяется по схеме: Си -* Си+ + е.
Одновременно ионы меди в результате реакции диспропорциониро-
FastwelcS?/
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
вания (2Си+ -» Си0 + Си2+) служат источником появления в объе-
ме электролита мельчайших частиц металлической меди, которые
за счет эффекта катафореза перемещаются к катоду и внедряются
в состав покрытия. Образование шероховатостей непосредственно
после фильтрации электролита является следствием указанного
явления.
Введением H2SO4 и интенсивным барботираванием воздуха мож-
но окислить диспернированную металлическую медь по реакции:
Cu2SO4 + H2SO4 + l,5O2 -* 2CuSO4 + Н2О
и этим исключить шероховатость осадков меди.
3.8.3.2.	Электролиты осаждения сплава олово—свинец
Гальванический сплав олово—свинец
Это один из видов защитного покрытия проводящего рисунка
на платах, которые должны выполнять в основном три функции: за-
щиту проводников при вытравливании меди (быть металлорезис-
том), обеспечение пайки выводов радиоэлементов (быть финиш-
ным покрытием) и защиты проводников от коррозии. В качестве
металлорезиста могут быть использованы серебро, золото, сплавы
олова и др. Однако при пайке хорошую растекаемость припоя
с применением канифольных флюсов обеспечивает только сплав
олово—свинец, соответствующий эвтектическому сплаву, содержа-
щему 61 % олова (ПОС-61). Другие сплавы олова и чистое олово для
покрытия печатных плат непригодны не только из-за быстрой поте-
ри способности к пайке, но и вследствие склонности покрытий по-
сле длительного хранения к иглообразованию и невозможности оп-
лавления покрытия.
Платы с покрытиями олово—кобальт и олово—висмут, содержа-
щими легирующие присадки в количестве 0,005...0,05%, сохраняют
паяемость длительное время, но процессы их осаждения трудно под-
даются управлению. Даже при наличии в покрытии указанных приса-
док имелись случаи иглообразования, а из-за плохой способности
к пайке некоторые производители ввели дополнительное «облужива-
ние» сплавом Розе, что привело к нерациональному расходу олова
и висмута.
www.fastwel.ru
rQSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
Рис. 3.13. Катодная поляризация
при осаждении свинца (1) и олова
(2) в фторборатном электролите.
Олово со свинцом легко об-
разует сплавы с различным соот-
ношением компонентов в зави-
симости от состава электролита
и режима электроосаждения.
Концентрация солей олова
и свинца в электролите опреде-
ляет и соотношение металлов
в покрытии. Однако при одном
и том же составе электролита
имеет место значительный раз-
брос в составе сплава в зависимости от содержания поверхностно-ак-
тивных веществ. Это явление обусловлено тем, что некоторые по-
верхностно-активные вещества, увеличивая катодную поляризацию
более электроположительного металла, т.е. свинца, сдвигают потен-
циал катода в отрицательную сторону и создаются условия для вос-
становления олова. Рисунок 3.13 иллюстрирует это явление: при ука-
занных на рисунке положениях поляризационных кривых количест-
во олова в сплаве по отношению к свинцу определяется отношением
ординаты ab к ас. Это означает, что при постоянстве состава электро-
лита увеличение катодной плотности тока увеличивает относитель-
ное содержание олова в сплаве. Это обстоятельство имеет особо
большое значение при нанесении покрытия на печатные платы, так
как условия осаждения сплава SnPb в отверстии и на проводнике зна-
чительно отличаются. Вследствие большого различия в плотности
тока сплав SnPb на проводнике более богат оловом, чем в отверстии.
В результате этого смачиваемость припоем стенок отверстий и кон-
тактных площадок различна, что сказывается на качестве пайки.
Поэтому для обеспечения эвтектического состава припоя следу-
ет применять такие электролиты, которые позволяют получать оди-
наковый по составу сплав в большом диапазоне рабочих плотностей
тока. Стабильный по всей плате состав сплава необходим также
и для того, чтобы обеспечить качественное выполнение операции
оплавления.
Борфтористоводородные электролиты осаждения SnPb
В производстве печатных плат получили распространение борф-
тористоводородные (фторборатные) электролиты, обеспечивающие
FastwelCS^;
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
148 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
осаждение сплава, содержащего 60% олова. Состав трех вариантов
таких электролитов приведен в табл. 3.8.
Таблица 3.8. Электролиты осаждения эвтектических сплавов SnPb
Компоненты и режимы	Концентрация, г/л		
	1	2	3
Фторборат олова в пересчете на металл	50...60	14...18	25...30
Фторборат свинца в пересчете на металл	25...40	7. .9	15...18
Кислота борфтористоводородная (свободная)	40...75	250...280	80...90
Кислота борная	25...30	20...30	-
Синтанол ДС-10 (10%), мл/л	-	-	60
Синтанол ДС-10 натрий (10%), мл/л	-	-	5
Пептон или клей мездровый	3...5	4...6	-
Гидрохинон	1,0	0,8... 1,0	-
Температура, 'С	18...25	18...25	18.25
Катодная плотность тока, А/дм2	1...3	1...3	1...3
Электролит № 1 широко применяется в гальванотехнике для
покрытия металлических деталей. На печатных платах неоднород-
ность состава сплава на отдельных участках плат колеблется в преде-
лах 40—60% по олову, поэтому сплав плохо оплавляется и при мон-
тажно-сборочных операциях возникает необходимость горячего об-
луживания плат припоем ПОС-61.
Электролит № 2 рекомендован для покрытия печатных плат.
Значительное увеличение содержания борфтористоводородной кис-
лоты по отношению к солям олова и свинца обеспечивает достаточ-
но однородный состав сплава при плотностях тока 0,5.„2,0 А/дм2.
Однако этот электролит обладает повышенным агрессивным воз-
действием на фоторезисты.
Электролит № 3 разработан на основе материалов лицензии фир-
мы Schering AG (теперь — Athotech). В электролит вводятся две добав-
ки: синтанол ДС-10 и синтанол ДС-10 натрий. Эти компоненты обес-
печивают необходимую структуру и стабильность состава сплава
в широком интервале плотности тока. Перемешивание электролита
слабое, так как при более энергичном перемешивании снижается ка-
тодная поляризация свинца и уменьшается количество олова в спла-
ве. Скорость осаждения покрытия 1 мкм/мин при Дк = 2 А/дм2.
Этот электролит по сравнению с другими обладает рядом пре-
имуществ:
Faslwel'CS^’
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.8. Электрохимическая металлизация
•	высокой рассеивающей способностью, которая выражается,
например, в том, что на платах толщиной 2,5 мм при диаметре
отверстий 1,0 мм отношение толщины покрытия в отверстии
и на контактных площадках составляет 1:1;
•	органические продукты практически не включаются в состав
покрытия, в результате чего сохраняется способность к пайке
после годичного хранения плат;
•	покрытие легко оплавляется как в теплоносителе, так и под
действием инфракрасного облучения;
•	вероятность иглообразования близка к нулю;
•	покрытие при толщине 8 мкм беспористо, что позволяет сни-
зить толщину покрытия с 15—18 мкм (стандартное) до 9— 12 мкм
и экономить дефицитные цветные металлы.
Приготовление фторборатното электролита. Борфтористоводо-
родная кислота в количестве, необходимом для образования солей
свинца и олова, делится примерно на две равные части. В одной из
них в отдельной емкости растворяют свинцовый глет или углекис-
лый свинец. Вторая часть кислоты используется для получения
фторбората олова, если нет готового продукта.
Для получения фторбората олова вначале приготавливают
фторборат меди, вводя небольшими порциями углекислую медь
в борфтористоводородную кислоту. Раствор фторбората меди на-
гревают до температуры 5О...6О°С и вводят в него металлическое
олово в виде гранул, стружки или порошка. Для ускорения реакции
олова берут на 1/5 часть больше расчетного количества и раствор
перемешивают. В результате реакции цементации олово переходит
в раствор, а медь осаждается на частицах олова. Процесс прекра-
щают после полного обесцвечивания раствора. Полноту удаления
меди проверяют путем добавления к отдельной порции раствора
небольшого количества железисто-синеродистого калия; если
в растворе имеется медь, то образуется красно-бурый осадок. Сле-
ды меди удаляют путем ее контактного осаждения на стальную
пластинку.
Корректирование фторборатного электролита. Корректирова-
ние электролита по основным компонентам следует проводить по
данным химического анализа не реже двух раз в месяц. Корректиро-
вание электролита по добавочным компонентам проводят на основе
FastweLCS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
данных табл. 3.8, определяющей причины тех или иных неполадок,
связанных с содержанием ПАВ.
Таблица 3.8. Основные неполадки при осаждении SnPb
Характер неполадок	Возможные причины
Ухудшение способности к пайке	Изменение состава сплава; накопление в электролите меди (более 0,05 г/л)
Шероховатость покрытия ("набросы") Осаждение "подгорелых" покрытий, склонность к дендритообразован ию Плохая рассеивающая способность	Накопление механических примесей Пониженное содержание HBF4, недостаток клея или другого ПАВ Недостаток свободной HBF4, недостаток выравнивающих добавок
Недостаточное количество олова в сплаве	Понижение содержания олова в электролите, недостаток ПАВ. Избыточ-ное количество свинца в электролите, интенсивное перемешивание, пониженная катодная плотность тока
Полосчатость покрытия
Накопление органических примесей вследствие
выщелачивания фоторезистов или попадания
масел с механизмов, обслуживающих ванны
Накопление органических примесей в электролите
Газовыделение в процессе пайки
Корректирование электролита производится через 10 А-ч/л про-
изводят введением 5 мл/л синтанола ДС-10 и 1 мл/л синтанола
ДС-10 натрий в виде 10%-ных растворов.
По мере накопления органических примесей электролит перио-
дически чистят обработкой активированным углем с последующей
фильтрацией. В результате подобной обработки теряются органиче-
ские добавки, введенные в электролит при его приготовлении, по-
этому необходимо после очистки эти добавки вводить в полном объ-
еме в соответствии с заданным составом.
Кроме того, в порядке профилактики электролит три-четыре ра-
за в год следует обрабатывать углем.
Кремнефтористые электролиты осаждения SnPb
В целях замены дефицитной борфтористоводородной кислоты
на более дешевый и менее дефицитный материал некоторые произ-
водители применяют кремнефтористые электролиты на основе
кремнефтористоводородной кислоты H2SiF6, являющейся отходом
производства фосфорнокислых удобрений и поэтому более дешевой
и доступной [9].
www.fastwel.ru
тел.:(095) 234-06-39
Fastwel
3.8. Электрохимическая металлизация
Состав электролита:
Кремнефтористый свинец (в расчете на металл), г/л 12... 14;
Кремнефтористое олово (в расчете на металл), г/л	10...20;
Кремнефтористая кислота, мл/л	150... 170;
Синтанол ДС-10, мл/л (10%-ный р-р)	60;
Желатина или пептон, г/л	2...5.
Температура электролита 18...25°С, катодная плотность тока для
получения сплава, содержащего 60% олова, должна составлять
1,3... 1,5 А/дм2. При отклонениях плотности тока от этих значений
состав сплава изменяется.
Пирофосфатный электролит
Для получения покрытий SnPb с содержанием олова 60±5% Ин-
ститутом неорганической химии АН Латвии предложен электролит
следующего состава, г/л:
Олово (в пересчете на металл)	35...40;
Свинец (в пересчете на металл)	20...25;
Пирофосфат калия (свободный) 130... 150;
Солянокислый гидразин	8... 12;
Добавка ДДДМ	1,0;
Клей гидролизованный	1,5.
Величина pH = 8,3...8,9; температура электролита 18...28°С, ка-
тодная плотность тока 2...4 А/дм2.
Солянокислый гидразин стабилизирует содержание Sn2+, пре-
дотвращая его окисление до четырехвалентного состояния. Добав-
ка ДДДМ представляет собой соединение 4,4-диамино-3,3-диме-
токсидифинилметан и в сочетании с клеем обусловливает в рабо-
чем интервале плотности тока постоянство содержания олова
в сплаве.
Основным преимуществом пирофосфатного электролита явля-
ется его меньшая агрессивность по отношению к фоторезисту, чем
у борфтористоводородного электролита, и в связи с этим меньшее
количество накапливающихся продуктов разложения, которые,
включаясь в покрытие, ухудшают его качество.
Особенности технологии осаждения SnPb
Для обеспечения постоянства состава сплава, а также стабиль-
ности его физико-химических свойств необходимо руководство-
ваться следующими рекомендациями:
Fastwel<3^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
•	перемешивание электролита осуществляется медленным по-
качиванием плат в процессе электролиза (период качания
1...2 с); более интенсивное покачивание вызывает снижение
катодной поляризации свинца и его увеличение в составе
сплава;
•	во избежание попадания в электролит сульфат-иона перед на-
несением покрытия операцию активации проводить не в сер-
ной кислоте, а в 10%-ном растворе борфтористоводородной
кислоты и без промывки переносить платы в ванну для покры-
тия сплавом;
•	аноды из сплава олово—свинец с содержанием олова 60%
и свинца 40% необходимо применять в виде металла. В том
случае, если они готовятся сплавлением свинца и олова, надо
следить за тем, чтобы в них содержание каждой из ниже пере-
численных примесей не превышало 0,003%: меди, висмута,
сурьмы, мышьяка и железа;
•	в целях исключения возможности накопления меди в электро-
лите не допускать падения плат на дно ванны и не поднимать
уровень электролита в ванне выше медных или латунных
крючков, на которых висят аноды.
Удаление покрытия SnPb
Эта операция проводится для освобождения от сплава области
разъемов печатных плат для последующего осаждения контактных
покрытий или для удаления SnPb со всей платы под нанесение па-
яльной маски. Стравливание SnPb производят химическим раство-
рением покрытия при температуре 18...25°С в одном из следующих
растворов.
Раствор № 1:
Кислота борфтористоводородная 330 мл;
Пергидроль Вода Раствор № 2:	70 м; до 1 л.
Азотная кислота Медь борфтористая препарат ОС-20	400...500 мл/л; 5... 10 г/л; 2...5 г/л.
Продолжительность обработки 3...5 мин. Для защиты проводя-
щего рисунка на границе с областью разъема рекомендуется исполь-
FastwelC?-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.8. Электрохимическая металлизация
зовать любую липкую ленту или легко снимаемое покрытие. Ско-
рость растворения покрытия во втором растворе 3...4 мкм/мин.
Контроль электролита с помощью ячейки Хэлла
Ячейка представляет собой электролизер (рис. 3.14) емкостью
до 1000 мл. Анодом служит металлическая пластинка из того же ма-
териала, который используется в гальванической ванне, катодом —
отполированная с двух сторон латунная пластинка размером
120 мм, которая помещается на расстоянии 2 мм от стенки элект-
ролизера. Электролизер подключается к источнику тока с плавной
регулировкой силы тока. Катодная пластинка, хорошо обезжирен-
ная и активированная, погружается в электролит, и на нее подает-
ся ток силой 1...5 А в зависимости от режимов, рекомендованных
для данного электролита. Электролиз ведут 10...30 мин, после чего
пластинку хорошо промывают, обсушивают фильтровальной бума-
гой и производят визуальную оценку качества покрытия на различ-
ных участках ее поверхности, определяя, в каких интервалах плот-
ности тока образуются, например, блестящие покрытия или покры-
тия с «подгарами». Для правильного использования ячейки вначале
с ее помощью производится исследование электролита ванны
обеспечивающего хорошее качество покрытия. При этом фиксиру
ются особенности электроосаждения металла во всех зонах катод
ной пластинки. По мере эксплуатации электролита отмечаются за
меченные отклонения в качестве покрытия по зонам и определи
ются способы корректирования электролита. Так, например
при исследовании электролита для осаждения сплава олово—сви
нец устанавливают необходимость введения в электролит синтано
ла ДС-10, если обратная сторона катодной пластинки не имеет по
крытая. Если лицевая сторона
катода в зоне катодной плотно-
сти тока 4 А/дм2 шероховатая,
следует добавить синтанол
ДС-10 натрий.
Определение состава сплава
SnPb.
Состав сплава олово—сви-
нец, осаждаемого на печатную
плату в производственных уело-
FastwelcS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
виях, определяется лабораторным анализом зачастую не всегда опе-
ративно, при том, что кулонометрическим способом состав сплава
можно определить за 30...40 мин непосредственно на производст-
венном участке, причем для этого метода не требуется специального
оборудования. Массовую долю олова в сплаве рассчитывают, зная
количество электричества (Q), затраченного на осаждение сплава
массой М, определенной как привес на пластинке из медной фоль-
ги, являющейся катодом.
Последовательно с электролизером подключается кулонометр
или выполняющая роль кулонометра ванна меднения, в которой по
привесу катода Л/Си и величине электрохимического эквивалента
меди (1,186 г/А-ч) рассчитывают количество прошедшего электри-
чества в ампер-часах: Q = Л/Си/1,186.
Если доля олова в сплаве т, то привес олова и свинца составит
тМ и (1 — т)М.
Тогда количество электричества, затраченного на осаждение
сплава, можно выразить как сумму электричества, необходимого для
осаждения олова и свинца:
тМ (1 - т)М
2,214	3,865 ’
где 2,214 и 3,865 — электрохимические эквиваленты олова и свинца.
Отсюда
т = 5,1829— -1.3410.
М
Осветление покрытия SnPb
При травлении меди в аммиачно-щелочных растворах оловян-
но-свинцовое покрытие частично растворяется, образуя на поверх-
ности темный шлам, препятствующий выполнению последующих
операций пайки или оплавления покрытия. Для удаления травиль-
ного шлама платы погружают в осветляющий раствор, содержащий
тиомочевину 80...85 г/л, кислоту соляную (плотность 1,19 г/см3)
50...60 мл/л, спирт этиловый или синтанол ДС-10 5...6 мл/л, продукт
ОС-20 8...10 мл/л, при температуре 18...25°С и обрабатывают в нем
1—1,5 мин. Для приготовления этого раствора 1/5 объема ванны за-
Fastwel/J^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.8. Электрохимическая металлизация
полняют водой и вливают в нее соляную кислоту. Отдельно раство-
ряют тиомочевину, и вводят полученный раствор в ванну. К смеси
добавляют спирт или продукт ОС-20, и ванну доливают водой до
уровня. Операцию осветления можно проводить и в растворах дру-
гих составов, например во фторборатном, содержащем борфторис-
товодородную кислоту 100 мл, тиомочевину 100 г, смачиватель ОП-7
10 мл, воду до 1 л, при температуре 5О...6О°С в течение 1...2 мин.
Оплавление покрытия SnPb
Гальваническое покрытие сплавом олово—свинец типа ПОС-61
представляет собой эвтектику с температурой плавления 183°С. По-
этому это покрытие при нагреве легко расплавляется и в жидком ви-
де стекает с поверхности проводников на их боковые стенки.
Из гальванического рыхлого легко окислямого сплава SnPb получа-
ется металлургический сплав. Поэтому оплавленное покрытие име-
ет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с неоплавленным
(гальваническим). Оплавление превращает губчатую поверхность
в гладкую блестящую, облуживает боковые стенки проводников,
улучшает способности к пайке после длительного (более года) хра-
нения; устраняет «навес» металла на кромках проводников.
Оплавление осуществляют либо погружением в теплоноситель,
либо воздействием инфракрасного нагрева.
В первом случае в качестве теплоносителя применяют негорю-
чие жидкости, обладающие устойчивостью при температурах
22О...24О°С. Оплавление обычно производят погружением на
15 с в нагретый до 230±10°С теплоноситель. Но, как бы ни были на-
гревостойки эти жидкости, они постепенно разлагаются, создавая
трудно удаляемые загрязнения поверхности печатных плат.
Оплавление в инфракрасных лучах так же не лишено серьезных
недостатков: ИК-лучи в силу избирательности воздействия интен-
сивно поглощаются диэлектрическим основанием и в меньшей сте-
пени — металлическими поверхностями Кроме того, им свойстве-
нен краевой эффект: края платы нагреваются более интенсивно, чем
середина. Возникает сильный перегрев, если не предпринимать до-
полнительные меры путем использования соответствующей оснаст-
ки, отводящей тепло с краев платы.
ИК-оплавлению предшествует флюсование в спиртоканифоль-
ном флюсе или в растворе, содержащем (масс, доли): олеиновую
Fastweldly’
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
кислоту — 20, этиловый спирт —35, продукт ОС-20 — 40. Вязкость
флюса по ВЗ-4 равна 12... 15 с. Раствор приготавливают смешением
олеиновой кислоты со спиртом, нагреванием смеси и последующим
введением в нее при помешивании продукта ОС-20. Флюс наносят
окунанием и подсушивают на воздухе в течение 3...5 мин. Продукт
ОС-20 по истечении нескольких дней употребления флюса выпада-
ет в осадок, поэтому периодически флюс необходимо прогревать для
растворения этого продукта.
В установках для ИК-оплавления скорость конвейера меняют
для изменения продолжительности облучения плат различной тол-
щины. Так, для плат толщиной 1,0 мм скорость конвейера
1,2...1,3 м/мин, а для плат толщиной 2,0 мм — 1,0...1,1 м/мин.
Для защиты плат от коробления применяют рамки, в которые
вставляются платы перед укладкой их на конвейере.
После оплавления спирто-канифольный флюс смывают в спир-
то-бензиновой смеси, олеиновый — в теплой воде (5О...55°С) в тече-
ние 5... 10 мин или в водных растворах технических моющих средств.
Качество отмывки водорастворимых флюсов и жидких теплоно-
сителей можно значительно повысить, используя ультразвук.
Следует обратить внимание на то, что толщина оловянно-свин-
цового покрытия на платах должна быть не более 15 мкм. В против-
ном случае образуются наплывы металла в отверстиях, каплеобразо-
вание и другие дефекты. Отсутствие осветления после травления,
повышенное содержание свинца, а также присутствие меди затруд-
няют операции оплавления.
3.8.3.3.	Электролит оловянирования
В современных конструкциях печатных плат использование па-
яльной маски стало настолько обязательным, что соответствую-
щая ей последовательность процессов стала стандартной: удале-
ние металлорезиста до обнажения меди, подготовка поверхности
меди, нанесение паяльной маски, нанесение финишного покры-
тия под пайку на монтажные элементы, открытые в паяльной ма-
ске. Оставлять под маской металлорезисты, способные подплав-
ляться при групповом нагреве в процессе пайке, недопустимо:
под маской образуются полости, маска морщится. Это не только
Fastwel<Sv'
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
портит внешний вид плат, маска перестает выполнять защитные
функции.
В связи с этим целесообразно использовать дешевые одноком-
понентные металлорезисты, в частности олово.
Для покрытия оловом можно рекомендовать следующие элект-
ролиты.
1.	Сульфатный электролит, содержащий, г/л:
олово сернокислое	40...60;
кислоту серную	50...80;
натрий сернокислый	30...50;
препарат ОС-20	2...5.
Электролиз проводят при температуре электролита 18...25°С
и катодной плотности тока 1...2 А/дм2.
2.	Фторборатный электролит, содержащий, г/л:
Фторборат олова
Кислоту борфтористую
Кислоту борную
Ингибитор И1-Е
При активном перемешивании электролита процесс можно про-
водить при катодной плотности тока до 10 А/дм2, температуре элек-
тролита 18„.35°С.
Удаление оловянного покрытия можно осуществить химичес-
ким способом при температуре 15...25°С в следующих растворах.
Раствор № 1:
соляная кислота
окись сурьмы
вода
Раствор № 2:
соляная кислота
железо хлорное
кислота уксусная
кислота щавелевая
180...200;
45...60;
25...30;
2...3.
1 л;
12 г;
125 мл.
20...40 г/л;
160... 180 г/л;
100...120 г/л;
50...70 г/л.
3.8.4. Финишные покрытия
По сложившейся терминологии финишными покрытиями называ-
ют покрытия монтажных элементов под пайку. Значит, они должны
 I	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
FCISTWei	компоненты, ПП, сборка, тест
158 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
хорошо смачиваться припоем, долго сохранять паяемость, не отсла-
иваться в течение длительного времени эксплуатации. В силу того,
что финишные покрытия предназначаются для пайки, выполнять
роль контактных покрытий они не обязаны. Некоторые из них (им-
мерсионное золото, например) могут выполнять роль покрытий для
прижимных контактов, но не более. Износостойкость их не контро-
лируется.
Большое разнообразие финишных покрытий говорит об отсут-
ствии выбора в пользу какого-либо одного-двух, удовлетворяющих
всем требованиям по стоимости, смачиваемости, долговременности
и т.д. Перечень их широк: OSP (Organic Solderability Preservative),
NiAu (ENIG — Electroless Ni & Immersion Gold — химический никель
и иммерсионное золото), ImAg (Immersion Ag), ImBi (Immersion Bi),
Pd (Electroplate or Electroless Pd - химический или гальванический
палладий), NiPd (Electroless Ni & Immersion Pd), NiPdAu (Electroless
NiPd & Immersion Au), ImSn (Immercion Sn), NiSn (Electroplate
Ni&Sn), SnAg (Electroplate Sn&Ag) and HALS (Hot-Air Solder
Leveling). В этом широком ряду лидирующими покрытиями печат-
ных плат являются OSP, ENIG, ImAg, ImSn и HASL.
3.8.4.1.	Горячее облуживание
HASL-процесс горячего облуживания плат состоит в погружении
плат на ограниченное время в ванну с расплавленным припоем.
Во время быстрой выемки плат их обдувают струи горячего воздуха,
которые сдувают излишки припоя и выравнивают покрытие
(рис. 3.15). Но наплывы припоя неизбежно остаются, особенно мно-
го их на развитых металлических поверхностях. В последующей
сборке наплывы мешают установке мелких компонентов, что огра-
ничивает применение HASL. Но с точки зрения качества покрытия,
его исключительной способности к пайке ему нет равных. Поэтому
там, где изготовление плат и сборка происходят в одном производ-
стве, находят компромиссы, чтобы использовать HASL.
Еще один существенный недостаток HASL — жесткий термо-
удар, который испытывают платы при погружении в расплавленный
припой. И чем выше рабочая температура припоя, тем серьезнее
проблема обеспечения надежности соединений. Ряд предприятий
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel
3.8. Электрохимическая металлизация
Расплавленный
припой
Погружение
Воздушный нож
Извлечение
Воздушный нож
Рис. 3.15. Схема процесса горячего
облуживания HASL.
не используют HASL для много-
слойных плат, считая, что они
уменьшают надежность внут-
ренних межсоединений в МПП
от таких термоударов.
Популярным и простым рас-
плавом для лужения является лег-
коплавкий сплав Розе (олово —
25%, свинец — 25%, висмут —
50%), температура плавления ко-
торого 93°С, а рабочая температура — 140°С. Плату при помощи щипцов
декапируют погружением в легкий раствор соляной кислоты и затем по-
гружают в расплав на 5... 10 с. Потом проверяют, все ли медные поверх-
ности равномерно покрыты. При необходмости операцию повторяют.
Сразу же после изъятия плат из расплава его удаляют ракилем с по-
верхности платы, либо резким встряхиванием в направлении, перпен-
дикулярном плоскости платы, сбивают натеки сплава. Для предотвра-
щения окисления горячий расплав защищают глицерином, так, чтобы
его уровень покрывал расплав на 10 мм. После операции облуживания
плата отмывается от глицерина в проточной горячей воде.
Процесс лужения сплавом Розе противопоказан для ответствен-
ных изделий. Это вызвано накоплением Cl-ионов в глицерине над
расплавом. При остывании после облуживания поры платы всасы-
вают поверхностную пленку глицерина в свой объем, и удалить его
при последующей отмывке очень трудно.
3.8.4.2.	Покрытие ингибирующими органическими
покрытиями
Органическое покрытие OSP обеспечивает защиту медной поверхно-
сти от окисления в процессе хранения и пайки. В конце пайки этот
слой, выполнив свою функцию, теряет способность обеспечить по-
следующие процессы пайки. OSP — хорошая альтернатива HASL.
Существуют два наиболее распространенных способа защитной
обработки поверхности меди: бензотриазолами и имидазолами.
При этом оба класса веществ взаимодействуют исключительно с медью
и не адсорбируются на защитной паяльной маске или диэлектрике.
FastwelCS^’
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
160 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Бензотриазолы образуют с медью мономолекулярный слой,
не выдерживающий высокотемпературных воздействий, и потому
в основном применяются как покрытия, временно защищающие
медь от окисления. Они могут использоваться в процессе изготовле-
ния печатных плат для защиты меди от окисления, например после
операции химического меднения перед нанесением рисунка.
Имидазолы же образуют с медью более толстые и стойкие мед-
но-органические покрытия, которые в процессе пайки со слабоак-
тивным флюсом или паяльной пастой полностью разрушаются, со-
здавая возможность припою смачивать активированную поверх-
ность чистой меди.
OSP готовят иа основе водного раствора алкилимидазола. Про-
цесс состоит из подготовки поверхности и нанесения покрытия при
температуре около 40°С в течение 40...50 с.
OSP имеет короткий жизненный цикл, что негативно сказывает-
ся на технологической надежности, не обеспечивает многократную
пайку, тем более при высоких температурах. Чтобы избежать этих за-
труднений, приходится использовать нейтральную среду (азот) пай-
ки. В Японии это дешевое покрытие используется больше 20 лет.
Но, чтобы процесс пайки проходил в одну стадию группового нагре-
ва, японские конструкторы изделий учитывают эту их особенность
в целях снижения себестоимости процесса в массовом производстве.
3.8.4.3.	Иммерсионное золочение
Свойства покрытия иммерсионным золотом
ENIG (—4 мкм Ni -I—0,1 мкм Au) — другая альтернатива HASL-
процессам. Это покрытие свободно от ионных загрязнений, способ-
но к многократной пайке при высоких температурах, так как тонкий
слой золота защищает никель от окисления, а никель — барьер, пре-
дотвращающий взаимную диффузию золота и меди. Характерный
для ENIG дефект — черные контактные площадки, случающиеся из-
за выделения на поверхность никеля фосфора, присутствующего
в химическом процессе его восстановления. Во время пайки золото
растворяется в припое и обнажает плохо паяемый слой фосфора.
Припой скатывается с поверхности фосфора, в чем и проявляется
эффект черной контактной площадки. Черные контактные площад-
Faslwel у у
www.fastwel.ru
тел.:(095) 234-06-39
3.8. Электрохимическая металлизация 161
ки могут возникать также при передержке процесса пайки, интенси-
фицирующей образование интерметалдидов олова с никелем и оло-
ва с фосфором, внедренным в никель. Выделение фосфора на по-
верхности никеля может вызвать также процесс золочения. Осажде-
ние защитного покрытия золотом из нейтральных электролитов
уменьшает вероятность этих явлений.
ENIG капризен в выборе флюсов, его цена примерно на 25% вы-
ше, чем у OSP. Преимущества ENIG: жизнеспособность более года,
плоская контактная поверхность, хорошая смачиваемость припоем
при правильном подборе флюса, неокисляемая поверхность для
контактирования (нажимные и скользящие контакты).
Существо иммерсионных процессов
Иммерсионные процессы — контактное восстановление металлов
из их растворов на электроотрицательных поверхностях. Происходит
реакция замещения металла основы на металл из раствора, как это
бывает с железным гвоздем, погруженным в медный купорос: гвоздь
покрывается медью. Название этого процесса произошло от англ.
immertion, что означает погружение. Действительно, для этого процес-
са достаточно погрузить деталь в раствор из менее электроотрицатель-
ного металла, чтобы начать процесс иммерсионного осаждения. После
образования плотной пленки процесс останавливается, поскольку
прекращается контактный обмен. Поэтому иммерсионные процессы
образуют принципиально тонкие покрытия — порядка десятых долей
микрона. Но и при такой толщине в осаждаемой пленке не может быть
непрокрытий, поскольку на них продолжится контактный процесс
восстановления, до того как поверхность основы не закроется.
Осаждение золота на электроотрицательную основу из таких
растворов протекает по различным механизмам: контактному выде-
лению золота и химическому восстановлению ионов золота гидра-
зином. Процесс идет двумя путями на электроотрицательной осно-
ве (меди) и на осажденном золоте. Контактное осаждение золота ос-
новано на обменной реакции:
2Au(CN)“ + Ni 2Au + Ni2+ + 4CN~
Осаждение золота при реагировании гидразина (вернее, его про-
изводных) на никельсодержащей основе (и частично на золоте) со-
провождается выделением газообразного азота.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
rQSTWei w компоненты, ПП, сборка, тест
I
Положительное влияние добавки лимонной кислоты на про-
цесс золочения связано с взаимодействием ее при повышенной
температуре с гидразином с образованием соответствующего гидра-
зида. Замена лимонной кислоты на неорганические кислоты, обыч-
но применяемые в растворах гальванического золочения, приводит
к потере каталитической активности золота. Наиболее эффективно
влияние добавки лимонной кислоты ощутимо только при опреде-
ленном соотношении содержаний кислоты и гидразин сульфата.
При реагировании гидразина (очевидно, в виде гидразида) на золо-
том покрытии процесс частично идет без сопутствующего выделе-
ния газа:
2Au(CN)2~ + N2H+ + 2Н2О -> 2Au + 2NH3OH+ + Н+ + 4CN".
Процесс золочения значительно ускоряется (примерно в пол-
тора раза) при введении в раствор присадки ионов железа (И),
а также некоторых других ионов, радиус которых близок к радиусу
ионов золота (I). Механизм их влияния объясняется изменением
ионной проводимости гидроксидно-цианидной пленки на поверх-
ности золота, формирующейся в ходе процесса. Замена в такой
пленке ионов золота (I) на ионы примесных металлов большей ва-
лентности увеличивает количество катионных вакансий, по кото-
ром диффундируют к реакционной поверхности ионы золота (I).
Процесс идет устойчивее, и в то же время такие присадки не вклю-
чаются в золотое покрытие, осаждаемое золото имеет чистоту
99,9%.
Процесс иммерсионного золочения заключается в нанесении
тонкого слоя золота (0,05...0,1 мкм) на химически осажденный слой
никель/фосфора (толщиной примерно 5 мкм). Такая комбинация из
слоев получается очень ровной.
Процессы и материалы иммерсионного золочения
Обезжиривание в кислых очистителях, не содержащих комплек-
сообразователей, чтобы не разрушать поверхность паяльной маски.
Микротравление меди в растворе на основе персульфатов, со-
здающем идеальную поверхность для хорошей поверхностной адге-
зии и прочного сцепления последующих слоев.
Обработка для катализации в палладиевом катализаторе для
процесса химического никелирования.
FastwelC^V
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.8. Электрохимическая металлизация
Химическое никелирование в растворе слабокислого состава,
который позволяет производить осаждение полуглянцевых устойчи-
вых к коррозии сплавов никель/фосфора с содержанием 8... 10% фо-
сфора.
Иммерсионное золочение в составе для иммерсионного золоче-
ния, г/л:
Золото (в виде дицианоаурата калия)	4,8;
Сернокислый гидразин	75;
Лимонная кислота	30;
Хлористый аммоний	80;
Железо (II) (в виде сульфата)	1;
Рн раствора	5,7...5,9;
Температура процесса	95± ГС.
С помощью этого раствора на никель можно осаждать тонкие слои
золота в 24 карата. Покрытие получается равномерным, мелкозернис-
тым и обладает очень незначительной пористостью. Максимальная
толщина осажденного слоя составляет примерно 0,1 мкм. Осажденные
слои хорошо паяются и пригодны для использования микросварки.
Толшины слоя достаточно, чтобы обеспечивать возможность пайки
и микросварки в течение длительного времени. Иммерсионное золото
паяется только при использовании ограниченного круга флюсов.
3.8.4.4.	Иммерсионное оловянирование
Иммерсионное олово (ImSn) — еще одна альтернатива HASL-процес-
сам. Популярность ImSn растет за счет хорошей смачиваемости, ко-
торую он обеспечивает, и простоты процесса осаждения. ImSn де-
монстрирует лучшую паяемость, чем ENIG. Но существует два огра-
ничения для его применения: самопроизвольные нитевидные
кристаллические образования (whiskers — усы), которые могут при-
водить к КЗ, и образование интерметаллических соединений
CuxSnY. Поскольку толщина иммерсионного олова не превышает
1 мкм и CuxSnY быстро поглощает этот тонкий слой, способность
к пайке исчезает. В последнее время возможность этого явления ус-
траняют введением барьерного подслоя различного содержания:
подслой из металлоорганики, исчезающий при пайке, крупнокрис-
таллические осаждения олова и др.
—	.	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
 CISTW6I	компоненты, ПП, сборка, тест
164 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Перспектива использования ImSn состоит в низкой стоимости
процесса осаждения, хорошей паяемости, плоской поверхности по-
крытия (в отличие от HASL), хороших условиях для обеспечения
беспаянных соединений Press-Fit (впрессовывание штырей — хвос-
товиков разъемов в металлизированные отверстия плат).
Для иммерсионного оловянирования достаточно просто опус-
тить плату в водный раствор, содержащий хлорное олово. Выделе-
ние олова на поверхности медного покрытия происходит при погру-
жениии в такой раствор соли олова, в которой потенциал меди более
электроотрицателен, чем материал покрытия. Изменению потенци-
ала в нужном направлении способствует введение в раствор соли
олова комплексообразуещей добавки — тиокарбамида (тиомочеви-
ны), цианида щелочного металла.
Такого типа растворы имеют следующий состав, г/л.
Компоненты раствора	1	2	3	4	5
Двухлористое олово SnCl2 • 2H2O	5,5	5...8	4	20	10
Тиокарбомид CS(NH2>2	50	35...50	-	-	-
Серная кислота H2SO4	-	30...40	-	-	-
KCN	-	-	50	-	-
Винная кислота C^jHgOg	35	-	-	-	-
NaOH	-	6	-	-	-
Молочнокислый натрий	-	-	-	200	-
Сернокислый алюминий- аммоний (алюмоаммонийные квасцы)	-	-	-	-	300
Температура, 'С	60...70	50 .60	18 .25	18...25	18..25
Среди вышеперечисленных наиболее распространены растворы № 1
и 2. Внимание! Раствор на основе цианистого калия чрезвычайно
ядовит.
Иногда в качестве поверхносто-активного вещества для раство-
ра №1 предлагается использовать моющее средство «Прогресс»
в количестве 1 мл/л. Добавление в раствор № 2 2...3 г/л нитрата ви-
смута приводит к осаждению сплава, содержащего до 1,5% висмута,
что улучшает пояемость покрытия и сохраняет ее в течение не-
скольких месяцев. Для консервации поверхности применяют аэро-
зольные распылители на основе флюсующих композиций. Нане-
сенный на поверхность заготовки консервирующий лак после вы-
FastwelM
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.9. Контактные покрытия
сыхания образует прочную гладкую пленку, которая препятствует
окислению. Последующая пайка проходит прямо по обработанной
поверхности без дополнительного удаления лака. В особо ответст-
венных случаях пайки лак можно удалить спиртовым раствором.
3.8.4.5.	Иммерсионное серебрение
Толщина иммерсионного серебра (ImAg) не превышает 200 нм, поэто-
му расходы на реализацию этого покрытия незначительны. Жизнеспо-
собность ImAg гораздо длительнее, чем OSP, но несколько меньше, чем
ENIG. Пожелтение покрытия в процессе хранения, сборки и пайки —
результат загрязнения воздушной среды сульфатами, хлоридами. По-
желтение не сказывается на свойствах ImAg , но его декоративность
страдает. Консервирующие покрытия антиокислителями тормозят
процесс пожелтения и продлевают жизнеспособность покрытия.
3.9.	Контактные покрытия
Разъемные электрические соединения, образованные концевыми пе-
чатными контактами с розетками соединителей, в соответствии со
своим назначением должны иметь высокую поверхностную проводи-
мость в условиях воздействия агрессивных компонентов промышлен-
ной атмосферы и среды обитания людей, отличающейся относительно
высоким содержанием аммиака и его соединений, сернистых соедине-
ний, жирового аэрозоля и др., обладать устойчивостью к многократ-
ным сочленениям-расчленениям, паяемостью (если контактное по-
крытие служит одновременно общим покрытием печатных элемен-
тов). Основные проблемы в выборе контактных покрытий состоят
в обеспечении надежности контактов, которые должны одинаково хо-
рошо работать в условиях как малых (цепи межсхемных соединений),
так и больших (цепи питания) токовых нагрузок.
3.9.1.	Контактирование в слаботочных цепях
Развитие электронной техники привело к снижению коммутируемых
контактами нагрузок, а миниатюризация — к уменьшению контакт-
ных давлений, к переходу от притирающихся разъемных соединений
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
к нажимным (в соединителях с нулевым усилием сочленения), ком-
мутирующим нагрузки от «сухих» до долей ампера, при напряжениях
от микровольт до нескольких вольт, при малых усилиях нажатия,
приходящихся на один контакт. Характерными особенностями ре-
жима работы концевых печатных контактов являются длительное за-
мкнутое состояние с кратковременными перерывами и единичные
включения с длительными перерывами (хранение в ЗИПе).
Электрическое сопротивление контакта при очень малых на-
грузках значительно больше, чем при больших, и более критично
к изменению тока в контактной цепи. Кроме того, при малых на-
грузках всегда имеется вероятность сбоев, т. е. самовосстанавливаю-
щихся отказов, возникающих случайно.
Цепи с малыми токами, как правило, являются высокоомными
и не критичны к величине электрического сопротивления контакта,
однако устойчивые тенденции к увеличению этого сопротивления
могут служить признаком наступающего отказа.
Нагрузки в цепи контактов определяют механизм контактирова-
ния. Пассивные («сухие») нагрузки характеризуются такими уровня-
ми тока и напряжения, что не могут создать условия пробоя поверх-
ностных пленок. Проводимость контакта в таком случае может осу-
ществляться только через контактные пятна, созданные силой,
прижимающей контакты друг к другу. Механизм проводимости кон-
такта при этом металлический или туннельный.
Активные нагрузки характеризуются такими уровнями токов
и напряжений, которые создают проводящие участки контакта.
При этих нагрузках основным механизмом образования контакта
является электрический пробой — фриттинг, благодаря которому
пробиваются загрязняющие слои и расширяются уже имеющиеся
проводящие.
Границей между пассивными и активными нагрузками является
напряжение фриттинга, минимальное значение которого равно до-
лям вольта при напряженности поля более 107 В/м.
3.9.2.	Свойства контактных покрытий
Основное влияние на надежность слаботочных контактов оказывает
состояние их поверхности. Поэтому при выборе покрытия контак-
FastwelC?
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.9. Контактные покрытия 167
тов следует принимать во внимание способность к образованию
окисных, сульфидных и сульфатных пленок, обусловленных нали-
чием в атмосфере городов и помещений с людьми относительно
больших концентраций окислов серы, сероводорода, аммиачных со-
единений и влаги. Свойства материалов для контактных покрытий
приведены в табл. 3.9.
Таблица 3.9. Свойства контактных покрытий
Вид покрытия	Свойства окисной пленки
Золото и его сплавы с высоким содержанием золота	Тонкая окисная пленка на поверхности золота не препятствует надежному контактированию при наименьших контактных нажатиях (0,01...0,3 Н), усилиях сочленения до 0,1 Н, напряжениях менее 0,5 В и микротоках
Палладий, платина, иридий, родий, рений и другие металлы платиновой группы, сплав палладий-никель	Образуют относительно тонкую окисную пленку, требуют небольших контактных давлений (0.1 ...1 Н), усилий сочленения (0,2 ...2 Н) для осуществления надежного контакта в цепях с низким напряжением и микротоками. Сульфидные пленки на поверхности палладия обладают высокой проводимостью и поэтому не вызывают отказов в контактах
Серебро и его сплавы с высоким содержанием серебра	Имеют склонность к образованию окисных, сульфатных и сульфидных пленок, требующих больших контактных усилий продавливания (0,15 Н) или напряжений в цепи контакта для пробоя пленок. Требуют периодической зачистки контактов и больших усилий сочленения
Никель, олово и их сплавы	Образуют толстую (у никеля твердую) окисную пленку. Для осуществления контакта требуется значительное контактное нажатие
Благодаря особым свойствам в качестве контактных материалов
чаще всего используются золото, палладий, серебро, олово и всевоз-
можные сплавы этих металлов (золото—кобальт, золото—платина,
палладий—никель, олово—никель и т. п.).
3.9.2.1.	Золото и его сплавы
Золочение контактов — самый надежный способ обеспечения на-
дежности разъемного соединения. Износостойкость золотого по-
крытия прямо зависит от толщины слоя золота и твердости мате-
риалов, из которых состоят контакты ответной части соедините-
ля. Наибольший срок службы сопряженных контактов разъема
Г *	|	К0нтрактн0Е производство
 QSTV	компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
обычно достигается выбором двух материалов, имеющих различ-
ную твердость. Так как контакты разъема покрываются твердым
золотом, концевые печатные контакты должны быть покрыты от-
носительно мягким золотом. Другим аргументом в пользу мягко-
го золота является то, что оно более стойко к атмосферным воз-
действиям, видимо, потому, что оно не загрязнено никакими при-
садочными металлами. Опасения относительно повышенного
износа мягкого контактного покрытия не оправданы, поскольку
плата сочленяется с соединителем (разъемом) аппаратуры и из-
влекается из него всего лишь несколько раз за весь период экс-
плуатации. Для покрытия контактов разъема целесообразно ис-
пользовать твердое золото для улучшения износостойкости их по-
верхности.
Твердое золото представляет собой сплав с такими металлами,
как кобальт (до 1%), никель, индий (примерно 3%). Твердость по
Виккерсу для твердого золота лежит в пределах 1400...2400 Н/мм2,
в то время как твердость мягкого золота составляет
600...800 Н/мм2.
3.9.2.2.	Палладии
Палладиевые покрытия имеют меньшую пористость и большую из-
носостойкость по сравнению с золотыми, что позволяет снизить
толщину покрытия. Недостатками их являются способность катали-
зировать деструкцию органических соединений и малая стойкость
в средах, загрязненных газообразными выделениями полимерных
материалов. Продукты полимеризации представляют собой тонкие,
прозрачные пленки на контактной поверхности.
3.9.2.3.	Серебро и его сплавы
Серебряные покрытия со временем тускнеют, а затем чернеют из-
за образования пленок — продуктов окисления и сульфидизации.
При длительном хранении контактные поверхности из серебра
пассивируются. Эти пленки при контактировании могут быть раз-
рушены только в цепях с большими напряжениями и токами. По-
этому для переключения малых токов использование серебра неце-
лесообразно.
www.fastwel.ru
rOSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
3.9. Контактные покрытия 169
3.9.2.4.	Олово
Олово относится к дешевым материалам, но из-за низкой износо-
стойкости применяется в аппаратуре, где число сочленений-расчле-
нений не превышает 50. Следует учитывать способность олова к об-
разованию нитевидных кристаллов, способных вызвать короткое за-
мыкание.
3.9.2.5.	Другие контактные покрытия
В высоконадежной микроэлектронной аппаратуре в качестве кон-
тактных покрытий начинают применять гальванический сплав пал-
ладий-никель, имеющий заметные преимущества перед покрытия-
ми чистым золотом и палладием.
3.9.2.6.	Подслои
Надежность концевых печатных контактов ограничивается кор-
розией основы через поры контактных покрытий и диффузией
основного металла через тонкий слой контактного покрытия. Ес-
ли подслоем контактного покрытия из золота или палладия слу-
жат медь или серебро, коррозия начинается в порах покрытия при
воздействии сульфатов, сульфидов и оксидов. Ее продукты рас-
ползаются по поверхности контактного покрытая и вызывают по-
вышение контактного электрического сопротивления, т. е. ухуд-
шение контакта вплоть до полного разрыва электрической цепи.
Поэтому между медью и контактным покрытием наносят барьер-
ный слой никеля, устойчивого к воздействию сероводорода. На-
несение подслоя никеля способствует выглаживанию поверхнос-
ти, что тоже способствует снижению пористости контактного по-
крытия.
Практикой установлены следующие сочетания контактных по-
крытий:
твердое золочение. 1...3 мкм по подслою никеля (4...6 мкм) или
2...4 мкм по меди;
мягкое золочение: 0,5...2 мкм по подслою никеля (3...4 мкм) или
1,5 ...4 мкм по меди;
палладирование: 2...3 мкм по подслою никеля (4...6 мкм).
Fastwel^^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
3.9.2.7.	Электролиты для осаждения
контактных покрытий
Электролит золочения, г/л:
золото металлическое в виде дицианоаурата калия
кислота лимонная
сульфат кобальта (или никеля)
величина pH
температура электролита
катодная плотность тока
аноды
4...5;
30...50;
2...3,5;
3,8...4.2;
18...30°С;
0,5...1,0 А/дм2’
платиниро-
ванный титан.
Электролит периодически продувается азотом для вытесне-
ния растворенного кислорода, который, восстанавливаясь на
аноде, снижает выход по току. Скорость осаждения золота 1 мкм
за 7 мин. Первые 5... 10 с работы рекомендуется «толчок тока»
1...1,5 А/дм2.
Электролит палладирования, г/л:
палладий хлористый
аммоний хлористый
аммиак водный 25%-ный (мл/л)
малеиновый ангидрид
температура электролита
катодная плотность тока
аноды
18...25;
15;
2...5;
0,15;
18...25°С;
0,8... 1,0 А/дм2;
платинированный титан,
палладий.
Скорость осаждения 1 мкм за 4 мин при DK = 1 А/дм2. Палладий
частично растворяется, и расход палладиевых анодов составляет до
10%. Эго необходимо учитывать при ведении процесса.
Электролит серебрения, г/л:
Дицианоаргентат калия (в пересчете на металл) 40...50;
калий роданистый	200...250;
калий углекислый	20...30;
Температура электролита	18...25°С;
Катодная плотность тока	0,8...1,5 А/дм2;
Аноды	серебро.
Дицианоаргентат применяется в виде готового продукта.
Fdstwel
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.10. Оборудование для металлизации печатных плат 171
3.10.	Оборудование
для металлизации печатных плат
В электронной промышленности используют гальванические уста-
новки, работающие автоматически или полуавтоматически и со-
ставляющие часть большой технологической линии. В линиях с ав-
тооператорами подлежащие гальванизации заготовки, закреплен-
ные на специальных подвесках, автоматически проходят
многочисленные технологические операции (рис. 3.16).
3.10.1.	Интенсификация (агитация) процессов
В оборудовании гальванической металлизации решается главная за-
дача — интенсификация процессов обмена электролита в глубоких
и глухих отверстиях. Для этого в дополнение к покачиванию и бар-
ботажу используются вибраторы, располагающиеся по краю шли по
центру катодных штанг. Вибрация освобождает тонкие отверстия от
Рис. 3.16. Фрагмент линии гальванической металлизации.
Е	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
 GSTW6I С компоненты, ПП, сборка, тест
172 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
пузырьков воздуха и способствует интенсивному обмену раствора
в отверстиях. Для металлизации глубоких отверстий в электролитах
с выравнивающими добавками вибрация позволяет увеличить плот-
ность тока с 0,5 до 2,5 А/дм2, за счет чего увеличивается производи-
тельность процесса.
Кроме вышеперечисленного, следует оценивать системы пере-
мешивания растворов, электродные штанги для крепления подве-
сок, их жесткость для передачи усилий на покачивание заготовок
в растворах. Чтобы улучшить обмен электролита в тонких отверсти-
ях и избавиться от эффекта «парусности», используется покачива-
ние с захватом заготовки не только сверху (как обычно), но и снизу.
3.10.2.	Автооператоры
В больших гальванических линиях используются автооператоры,
перемещающие заготовки по заданной программе. Различают ли-
нии с тельферными (рис. 3.17),
Рис. 3.17. Тельферный автооператор.
портальными (рис. 3.18) и кон-
сольными (рйс. 3.19) автоопе-
раторами.
Тельферный автооператор
перемещается по монорельсу,
закрепленному на потолочном
перекрытии. Такое крепление
обеспечивает большую грузо-
подъемность (до 2 т), доступ
к ваннам открыт с двух сторон.
К недостаткам автооператоров
этого типа следует отнести не-
достаточную жесткость конст-
рукции, неудобство монтажа
и обслуживания, трудность по-
зиционирования подвесок,
громоздкость металлоконст-
рукций.
Автооператор портального
типа применяют в помещениях
с низкими потолочными пере-
Fastwel/5^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.10. Оборудование для металлизации печатных плат
крытиями, с большими пролета-
ми над ваннами и с массой
транспортируемых изделий
больше 2 т. Один такой автоопе-
ратор может обслуживать две
линии: химическую и гальвани-
ческую, расположенные парал-
лельно. И это их большое пре-
имущество, так как каждый опе-
ратор составляет значительную
долю в цене линии.
Консольные (Г-образные)
автооператоры перемещаются
по направляющим, установлен-
ным сбоку ванн. Недостатки:
обслуживание только одной ли-
нии, ограниченная грузоподъ-
емность, ограниченность длины
консолей ограничивает ширину
ванн размером 1500 мм.
Ряд фирм предлагает гори-
зонтальные линии химической
обработки: очистки отверстий
от продуктов сверления, прямой
и электрохимической металли-
зации. В линиях используется
система принудительного про-
давливания рабочих растворов
в отверстия малого диаметра,
Рис. 3.19. Консольный автооператор.
за счет которой успешно метал-
лизируются сквозные и глухие
отверстия диаметром до 0,1 мм.
Предусмотрены системы автоматического дозирования технологи-
ческих растворов.
Конструкции вертикальных (погружных) линий, которые пред-
ставляет, например, фирма PAL-Galvaur, по-другому решают задачу
металлизации тонких отверстий. Они имеют лазерную систему пози-
—	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
PGStWCI	компоненты, ПП, сборка, тест
ционирования операторов, более 300 вариантов технологических мар-
шрутов с возможностью программирования новых вариантов, им-
пульсные источники тока для уменьшения толщины металлизации на
поверхности платы, пластиковые защитные экраны для выравнивания
толщины металлизации по площади заготовки, специальные захваты
подвески снизу для устранения «парусности» тонких заготовок, руси-
фицированное программное обеспечение. В сочетании с использова-
нием химических концентратов фирмы J-Kem линии PAL-Galvaur
позволяют металлизировать сквозные и глухие отверстия диаметром
до 0,1 мм. В настоящее время в мире успешно работает более тысячи
единиц химико-гальванического оборудования PAL-Galvaur в произ-
водстве фирм «Эриксон» (Швеция), «Нокиа» (Финляндия), «Вольво»
(Швеция), «Сканиа» (Швеция) и др.
3.10.3.	Электроды
Размещение электродов сказывается на распределении плотности
тока и, соответственно, на распределении толщины металлизации
по площади заготовки. Как правило, края заготовки обрастают ме-
таллом из-за краевого эффекта (рис. 3.20). Краевой эффект еще
больше усиливается, когда расположение заготовки (катода) непра-
вильно ориентировано относительно анода и объема ванны
(рис. 3.21).
Для обеспечения равномерности покрытия по площади заготов-
ки в состав линий вводятся экраны: непроводящие экраны
(рис. 3.22), проводящие экраны (рис. 3.23), проволочные экраны
(рис. 3.24).
Рис. 3.20. Силовые линии тока
в ванне металлизации без экранов.
Конструкции анодов — тра-
диционные: пластинчатые или
корзинные. Для электролитов
меднения используют меднофос-
фористые аноды марки АМФ,
содержащие от 0,07 до 0,1% фос-
фора, растворяющиеся более
равномерно без шламообразова-
ния. При более высоком содер-
жании фосфора (0,13%) на аноде
FastweltjSr
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
3.10. Оборудование для металлизации печатных плат 175
а	б
Рис. 3.21. Несимметричное расположение катода в ванне: а — катод высоко
подвешен, б — ванна слишком глубока.
образуется пассивная пленка почти черного цвета, при малом его со-
держании (менее 0,07%) образующиеся при растворении одновалент-
ные ионы меди не связываются фосфором с образованием Си3Р,
а в результате реакции 2Си+ -> Си0 + Си2+ частицы меди образуют
шламы, которые, включаясь в состав покрытия, создают шерохова-
тость слоя меди. Отмечается, что при горячей прокатке металла мар-
ки АМФ поверхностный слой вследствие выгорания фосфора обед-
нен им, поэтому рекомендуется новые аноды выдержать в растворе
персульфата аммония 20...30 мин
для растворения наружного слоя
толщиной 40...50 мкм. Для ста-
билизации анодного процесса
желательно иметь большую
анодную поверхность, в два-три
раза превосходящую катодную,
не изменяющуюся при длитель-
ной эксплуатации ванн.
Это достигается заменой
пластинчатых анодов на кор-
Рис. 3.22. Распределение силовых
линий с непроводящими экранами.
Fastwel<SB^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3. Химические и электрохимические процессы
Рис. 3.23. Распределение силовых Рис. 3.24. Распределение силовых
линий с проводящими экранами. линий с проволочными экранами.
зинчатые кассеты из титана, которые заполняются шариками или
кусочками металла АМФ, нарубленными простейшим штампом.
Кассеты из титана помещаются в мешки из хлориновой ткани, за-
щищающей электролит от загрязнения шламом.
3.10.4.	Конструкции ванн
Корпуса гальванических ванн во избежание утечек тока устанавлива-
ют на изолирующие опоры. Для уменьшения потерь тепла стенки
ванн изолируют минеральной ватой. Если для конструкций ванн ис-
пользуют металлы (углеродистая сталь, коррозионно-стойкая сталь,
титан), их изолируют непроводящим материалом. Для металлизации
печатных плат такие конструкции неприемлемы из-за неблагоприят-
ного распределения тока по поверхности заготовки (рис. 3.22).
В последнее время освоена технология футеровки ванн тефлоном
(отечественное название политетрафторэтилена — фторопласт) — ис-
ключительным по химическим, физическим, механическим, и в пер-
вую очередь по теЛлостойкостиматериалам. Из всех разновидностей
фторопластов наиболее технологичен (формуется в листы, сварива-
ется, склеивается) фторопласт Ф-2М (дихлордифторэтилен). Фторо-
пласт Ф-2М выдерживает такие агрессивные среды, как минераль-
ные кислоты (за исключением дымящейся серной кислоты), концен-
трированные щелочи, галогены, углеводороды при температурах от
20 до 130°С. Рабочие температуры конструкций из фторопласта
Ф-2М от —70 до 140°С. Листы из этого фторопласта сваривают газо-
вой горелкой с использованием присадочного прутка.
г--^.1	www.fastwel.ru
rOSTWGI	тел.: (095) 234-06-39
3.10. Оборудование для металлизации печатных плат
В производстве печатных плат наиболее целесообразны конст-
рукции гальванических ванн из листовых полимеров: винипласта,
полипропилена, фторопласта, пентапласта. Наиболее распростра-
нен благодаря своей доступности и технологичности винипласт (по-
ливинилхлорид). Он хорошо сваривается струей горячего воздуха
(22О...26О°С) присадочным винипластовым прутком. Из винипласта
изготавливаются все ванны, содержимое которых не подвергаются
нагреву до температуры более чем 60°С. Для более теплонагружен-
ных конструкций используется полипропилен, который выдержива-
ет температуру до 90°С. Пентапласт можно использовать для конст-
рукций, которые должны выдерживать температуру до 120°С. Неза-
служенно мало используется листовой полиэтилен. Необходимо
только различать его разновидности. Полиэтилен высокого давле-
ния (ПЭВ) имеет температуру размягчения 80°С , низкого давления
(ПЭН) — 95°С и может использоваться для футеровки ванн для «го-
рячих» процессов. Использование в конструкциях ванн листовых
диэлектриков более благоприятно сказывается на распределение то-
ка в объеме ванн (рис. 3.22а). Если следовать дальнейшей логике со-
здания ванн из листовых диэлектриков, то и обвязку ванн следует
выполнять из деревянных конструкций. Тем более, что дерево —
коррозионно-стойкий материал, от пропитки минеральными веще-
ствами оно только наращивает прочность.
Следует иметь в виду, что полимерные материалы требуют свое-
образного «вымачивания» рабочими растворами в течение двух не-
дель, чтобы они вошли в равновесное состояние сорбции с полиме-
ром. Для ванн из полипропилена это равновесное состояние насту-
пает через 35 суток [11].
3.10.5.	Нагрев ванн
Для нагрева ванн можно использовать водяной пар, электронагрева-
тели, горячую воду. В качестве универсального и, самое главное, уп-
равляемого нагрева используются трубчатые электронагреватели
(ТЭН). Для нагрева вода, слабых растворов щелочей и кислот обо-
лочки ТЭНов изготавливают из меди, латуни, углеродистой или кор-
розионно-стойкой стали. Для обеспечения химической стойкости
FastwelcS'
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 3 Химические и электрохимические процессы
а	б
Рис. 3.25. Распределение силовых линий в ваннах: а — с непроводящими
стенками; б — с металлическими футерованными стенками.
ТЭНы футеруют тефлоном. В отсутствие такой возможности прихо-
дится использовать ванну с водяной рубашкой, в которую погружа-
ются обычные ТЭНы. Но следует иметь в виду большую инерцион-
ность такой системы.
3.10.6.	Источники тока
Для питания гальванических ванн используется постоянный ток.
Обычные выпрямители могут давать однополупериодные, двуполу-
периодные и трехфазные выпрямленные токи. Большие токи, свой-
ственные гальваническим процессам, трудно выровнять. Наиболь-
шие пульсации имкют однополупериодные выпрямители. Пульса-
ции тока неблагоприятно сказываются на качестве гальванических
осадков. Так, при коэффициенте пульсаций 40% покрытия стано-
вятся матовыми, износостойкость контактных покрытий заметно
снижается при пульсациях 20...25%. Для сглаживания пульсаций ис-
пользуются сглаживающие фильтры, большей частью на основе ин-
дуктивностей (дросселей на магнитных сердечниках).
Одним из эффективных способов интенсификации гальваниче-
ских процессов с одновременным улучшением качества покрытий
является реверсирование тока (изменение полярности). Осаждение
металлов при реверсировании тока может осуществляться при более
высокой рабочей плотности тока. Это обусловлено прежде всего вы-
равниванием концентрации катионов в прикатодном слое и во всем
г—www.fastwel.ru
rCSTWei	тел.: (095) 234-06-39
Импульсный ток
Импульсный ток
Прямой ток
Обратный
Рис. 3.26. Схемы процессов осаждения и стравливания при реверсиро-
вании тока: а — процесс осаждения при прямом импульсе то-
ка; б — процесс преимущественного растворения внешнего
слоя при обратном импульсе тока.
объеме электролита в период анодной поляризации покрываемых
деталей, чему также способствует анодное растворение покрытия.
Таким образом, при реверсировании тока достигается улучшение
равномерности покрытия, уменьшение его пористости, улучшение
адгезии, снижение внутренних напряжений, наводораживания ос-
новы, повышение пластичности покрытия.
Периодичность перемены полярности реверсивного тока со-
ставляет 5...20 раз в минуту, длительность анодного периода для раз-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwe
180 Глава 3. Химические и электрохимические процессы
личных типов покрытий составляет от 5:1 до 10:1. Величины прямо-
го и обратного токов одинаковы.
Наиболее эффективное новшество в гальванических процес-
сах — импульсная металлизация, позволяющая не просто выровнять
толщину металлизации в отверстии и на поверхности, но и при оп-
ределенных режимах получить обратный эффект: толщина осажде-
ния на поверхности меньше, чем в отверстии, — при обратном токе
анодное растворение поверхности идет более интенсивно, чем в от-
верстии или углублении (рис. 3.26).
FastwelcS*
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
ГЛАВА 4
ОЧИСТКА
ПОВЕРХНОСТЕЙ
Очистка поверхностей печатных плат производится на всех стадиях
их изготовления. Очистка ПП перед лакированием — заключитель-
ная операция, ответственная за полноту удаления всех загрязнений,
сопровождающих производство ПП, хранение, сборку и пайку пе-
чатных узлов. Поэтому очистка должна удалять загрязнения всех
типов: остатки солей электролитов, травящих растворов, осветлите-
лей, масла, флюсы, активаторы флюсов, жировые отпечатки паль-
цев и загрязнения поверхностей из атмосферы (жировые загрязне-
ния, пыль, ворсинки, абразивные частицы).
Кроме того, композиционные материалы — основания печат-
ных плат обладают определенной влагопоглощаемостью — до 1%
и в процессе технологических обработок загрязняются веществами,
ухудшающими электроизоляционные характеристики печатных
плат в условиях повышенной влажности.
4.1.	Понятия об очистке поверхностей
При обработке поверхностей печатных плат в жидких средах
(очистка химическими растворителями, травление, металлиза-
ция) должно происходить их смачивание, определяемое силами
сцепления жидкости и поверхности твердого тела. Хорошее сма-
чивание необходимо и в процессах, в которых осуществляется
взаимодействие жидкой среды с поверхностью: нанесение фото-
резистов, красок, лужение, пайка, прессование, нанесение паяль-
ных масок.
Стабильные результаты при смачивании поверхности жидкостью
можно получить только при наличии достаточно чистой поверхности
твердого тела. Поэтому тщательная очистка поверхности жидкими рас-
творами характерна для всех процессов изготовления печатных плат.
Существо процесса очистки состоит в активации поверхности,
т.е. в высвобождении межатомных и межмолекулярных поверхност-
FasfweltS
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
182 Глава 4. Очистка поверхностей
-— Вакуум
Свободные связи
поверхностных
атомов
Основной
материал
МЖ растворяет
и замещает
на поверхности
загрязнения
Основной
материал
Внешняя среда
Окисный слой
Основной
материал
Обрабатывающая
среда смачивает
обрабатывает ю
поверхность
Основной
материал
Моющая
жидкость (МЖ)
Смачивание
поверхности М3
Основной
материал
Рис. 4.1. Стадии очистки поверхности.
Обрабатывающая
среда дифф\ ндир\ет
в обрабатываемый
материал
Основной
материал
ных сил от сцепления с поверхностными загрязнениями с возмож-
ностью использованиях для взаимодействия с нужными для техно-
логических процессов средами. При очистке происходит сложный
комплекс физико-химических процессов: смачивание очишаемой
поверхности моющей средой, диспергирование и сорбция частиц
загрязнений в моющей среде, предотвращение их обратного осаж-
дения на обрабатываемую поверхность. Поэтому, если рассматри-
вать физико-химическую сущность очистки, можно выделить не-
сколько стадий процесса, как показано на рис. 4.1.
1 стадия. Поверхность изначально как бы находится в вакууме,
ей нечем загрязняться. Даже если бьпона первоначально была за-
грязнена, в вакууме эти загрязнения испарились бы и обнажили не-
компенсированные межатомные связи. То, что не может испарить-
ся, поддается удалению вакуумными процессами очистки: холодной
плазмой, ионно-плазменным травлением и др. В космическом ваку-
уме активация поверхностей настолько глубока, что при их сопри-
косновении при легком сдавливании происходит холодная сварка.
2	стадия. В реальных условиях пребывания и атмосфере воздуха
поверхность получает загрязнения, а металлы еще и окисляются.
3	стадия. Моюшая жидкость смачивает поверхность, вытесняя
с нее загрязнения.
4	стадия. Моющая жидкость сорбирует загрязнения и удаляется
вместе с ними.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel С
4.2. Происхождение и классификация загрязнений 183
5	стадия. Обрабатывающая среда заимствует активированные
поверхностные связи и смачивает обрабатываемую поверхность.
6	стадия (необязательная). Обрабатывающая среда диффунди-
рует в объем обрабатываемого материала.
4.2.	Происхождение
и классификация загрязнений
Разнообразие загрязнений и их источников делает востребованны-
ми множество приемов их удаления. Поэтому распознание загряз-
нения — первый залог успеха очистки поверхностей.
Источниками загрязнения печатных плат могут быть:
•	процессы, связанные с воздействием технологических раство-
ров после травления рисунка;
•	загрязнения руками, действующие сильней всех других взятых
в отдельности факторов;
•	загрязнения из окружающей среды, особенно существен-
ные в атмосфере промышленных районов и жилых поме-
щений;
•	загрязнения на операциях механической обработки;
•	упаковочные материалы (известно, например, что бумага со-
держит сернистые соединения, отбеливатели, крахмал, кото-
рые могут служить источником загрязнений).
С особой тщательностью необходимо предохранять поверх-
ность плат и заготовок от загрязнений руками. Специально прове-
денными медицинскими исследованиями [14] определено, что вы-
деляемый сальными железами жировой секрет содержит значитель-
ные концентрации водорастворимых веществ:
Натрий хлористый, г/л	3,8	Глюкоза г/л	0.2
Мочевина, мг/л	550	Кислота уксусная и пропионовая, г/л	0.5
Натрий сернистый мг/л	25	Кислота мочевая, мг/л	30
Калий хлористый, мг/л	300	Кальций хлористый, мг/л	300
Конечно, это усредненные значения, индивидуальность людей
очень разнообразна. Как ни странно, у женщин, особенно у бере-
менных, активность сальных желез больше, чем у мужчин. Зато
FastwelS?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 4. Очистка поверхностей
у мужчин эти концентрации усиливаются после приема острой пи-
щи и горячительных напитков. В ряде случаев приходится отказы-
вать в приеме на работу или в допуске к работе персоналу с патоло-
гическими выделениями кожи.
В свое время при переходе на слаботочную электронную техни-
ку (от электровакуумных приборов к полупроводниковым микро-
схемам) выявился огромный поток отказов изоляции в электрон-
ной аппаратуре, вызванный остатками загрязнений руками. На ря-
де предприятий пришлось привлекать приемы дактилоскопии,
чтобы избавить персонал от вредных привычек работать без сте-
рильных перчаток. Особенность жирового секрета кожи человека
в том, что водорастворимые вещества находятся в жире. Водой они
не смываются, а если смывать их растворителями, на поверхности
останутся несмытые водорастворимые соли. А эффективные тех-
нологии очистки, избавленные от человеческого фактора, тогда
еще отсутствовали.
Кроме того, нужно знать, что при дыхании кроме углекислого
газа человек выдыхает еще большой ряд выделений, в том числе жи-
ровые. Для загрязнения поверхности много не надо, чтобы остано-
вить гетерогенные (поверхностные) реакции. Профессиональные
химики знают, что в любой ситуации гетерогенные процессы нужно
начинать с простейших, но обязательных процессов очистки по-
верхностей, которые они называют активацией или декапировани-
ем. Потому что любое технологическое воздействие среды на мате-
риал начинается с взаимодействия этой среды с поверхностью мате-
риала. Но для этого нужно освободить поверхность этого материала
от барьерного слоя загрязнений.
С точки зрения дальнейших процессов очистки загрязнения мо-
гут быть:
•	неорганическими: водорастворимыми, слабо растворимыми
и нерастворимыми;
•	органическими: полярными и неполярными, гидрофильными
и олеофильными.
Все они требуют индивидуального подхода к удалению, но об-
щее правило состоит в том, что они растворяются и удаляются
в родственных моющих средах. Например, жиры и минеральные
масла растворяются в бензине, канифоль — в спиртах.
www.fastwel.ru
тел.:(095) 234-06-39
Fastwel ^3
4.3. Моющие среды 185
Загрязнения органического происхождения, как правило, пред-
ставляют собой тонкую жировую пленку, покрывающую поверх-
ность сплошным слоем. Силами молекулярного взаимодействия
жировая пленка прочно удерживается на поверхности. Чем тоньше
пленка, тем труднее ее удалить.
4.3.	Моющие среды
Выбрать наилучшие и просто удовлетворительные очищающие
средства довольно трудно, хотя существует много различных очис-
тителей. В отечественной промышленности используются главным
образом спирт, спирто-бензиновая и спирто-бензино-ацетоновая
смеси, алифатические и ароматические углеводороды, фреоны, де-
ионизированная вода, водные растворы поверхностно-активных
веществ.
4.3.1.	Вода
Вода — наиболее универсальный растворитель благодаря большой
поляризации: диэлектрическая проницаемость воды ег = 81. Благо-
даря этому она растворяет большинство минеральных солей и ряд
полярных органических жидкостей, имеющих полярные группы:
—ОН, —NH3, —СООН и др. с не слишком большой молекулярной
массой. Из-за высокой диэлектрической проницаемости в воде
диссоциируют растворенные соли, благодаря чему большая часть
химических процессов проводится в водной среде.
Вода — слабый электролит, диссоциирующий по уравнению
Н2О -» Н+ + ОН-. Поэтому вода сама по себе и особенно ее соле-
вые растворы проводят электрический ток. Причем эта проводи-
мость сопровождается электрохимическими процессами на про-
водниках плат. Поэтому остатки воды и солей на поверхности
и в объеме плат — источники отказов электрической изоляции эле-
ктронной аппаратуры.
Вода в качестве моющей среды повсеместно используется
в технологических процессах. В сочетании с поверхностно-актив-
ными веществами она образует универсальное средство очистки
поверхностей.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
Глава 4. Очистка поверхностей
4.3.2.	Органические растворители
4.3.2.1.	Введение
Растворителями называются легколетучие органические жидкости,
применяемые для растворения лаковой основы и способные улетучи-
ваться в процессе образования пленки. Жидкости, не растворяющие
пленкообразующие вещества самостоятельно, в отличие от раствори-
телей, называют разбавителями.
Назначение растворителя, как моющей жидкости, — перевести
загрязнения в раствор, с тем чтобы создать возможность дальнейшей
обработки очищаемой поверхности или нанесения на нее покрытия
одним из существующих способов: погружением, кистью или пульве-
ризацией.
Качество растворителей и разбавителей оказывает существенное
влияние на качество получаемой лаковой пленки, поэтому к ним
предъявляются требования, рассмотренные далее.
4.3.2.2.	Избирательность растворяющей способности
Растворитель должен обладать хорошей растворяющей способнос-
тью по отношению к загрязнениям, для которых он используется,
т. е. полностью их растворять, но не вызывать разрушения очищаемой
поверхности: печатных плат, паяльной маски, маркировки. В зависи-
мости от материала основания используется соответствующий ему
растворитель или смесь растворителей, обладающая комплексом
необходимых свойств.
4.3.2.3.	Оптимальная скорость испарения
Растворитель должен полностью улетучиваться во время процесса
сушки, не оставляя никакого остатка, способного ухудшить качест-
во очищаемой поверхности: создавать белесость, разрыхлять
поверхностный слой, насыщать приповерхностный слой, что
увеличивает время сушки, и т. п. Применение таких легколетучих
растворителей, как бензол, ацетон, и аналогичных из-за быстрого их
испарения из приповерхностного слоя и резкого ее охлаждения вызы-
вает побеление или потускнение поверхности вследствие конденса-
ции влаги из окружающего воздуха на ее поверхности.
гл.х4.л|	www.fastwel.ru
rCISTWei	тел.: (095) 234-06-39
4.3. Моющие среды 187
Скорость испарения (летучесть) растворителя в значитель-
ной степени зависит от его температуры кипения. Растворители
обычно обладают высокой упругостью пара, а следовательно,
большой летучестью. Измерить упругость пара при нормальной
температуре сложно, поэтому чаще всего приводится температу-
ра, при которой упругость пара растворителя равна атмосферно-
му давлению, т. е. температура кипения данного растворителя.
Однако при температуре ниже температуры кипения скорость
испарения растворителя сильно зависит от степени ассоциации
его молекул, т. е. от его химической природы. Так, бутиловый
спирт, имеющий температуру кипения 114°С, испаряется при
температуре 20°С в 3 раза медленнее, чем ксилол, имеющий тем-
пературу кипения 140°С.
Летучесть растворителей определяют по времени испарения кап-
ли растворителя, нанесенной на фильтровальную бумагу. При этом за
единицу измерения принимают время испарения серного эфира
или ксилола.
По температуре кипения различают три группы растворителей:
1)	низкокипящие — температура кипения ЗО...7О°С;
2)	среднекипящие — 70... 110°С;
3)	высококипящие — 11О...17О”С.
Чтобы судить о летучести смеси растворителей и лаков, следует
учитывать летучесть отдельных растворителей при обычной темпе-
ратуре. Более точно летучесть растворителей определяется по их по-
тере в массе при высыхании. Для воспроизведения таких опытов
необходимо строго соблюдать постоянство множества параметров:
температуры, скорости движения воздуха, площади поверхности ис-
парения и толщины слоя жидкости.
4.3.2.4.	Минимальная токсичность
Все органические растворители, применяемые в производстве, яв-
ляются в той или иной степени токсичными, причем наиболее ток-
сичными являются ароматические углеводороды (особенно бен-
зол), хлорированные углеводороды и сложные эфиры. Наименее
токсичными являются алифатические углеводороды и терпены
(бензин, скипидар).
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
FastweKs^
Пары растворителей вредны для здоровья, так как они действуют
как на органы дыхания, так и непосредственно на кожные покровы.
Летучесть растворителей является основным фактором, повышаю-
щим токсичность. Пары легколетучих растворителей всегда содер-
жатся в воздухе в больших концентрациях, чем пары менее летучих,
и поэтому они более опасны. В табл. 4.1 приведены данные по ток-
сичности наиболее распространенных растворителей.
4.3.2.5.	Воспламеняемость и взрывоопасность
Почти все без исключения органические растворители являются ог-
не- и взрывоопасными. Взрывы происходят только при определенных
соотношениях паров растворителей и воздуха (кислорода).
Для каждого растворителя существуют определенные границы
концентрации паров в воздухе, в пределах которых может произойти
взрыв (табл. 4.1). Повышение температуры смеси вызывает расшире-
ние пределов взрыва.
Вспышка паров большинства растворителей при наличии
источника огня происходит при нормальной температуре, но воз-
можно также и самовоспламенение сх)еси паров растворителей
с воздухом (т. е. без наличия искры или других источников огня).
Температуры самовоспламенения различных растворителей при-
ведены в табл. 4.1.
При выборе растворителей и разбавителей следует учитывать их
действие на эмалевую изоляцию проводов. Поэтому для очистки плат
с изделиями, выполненными из провода с изоляцией из масляной
эмали, растворители должны содержать минимальное количество
ароматических растворителей; для проводов с винифлексовой изоля-
цией они не должны содержать спиртов и сложных эфиров. Аромати-
ческие растворители при длительном воздействии вызывают набуха-
ние и размягчение приповерхностного слоя платы. Наименьшее ак-
тивное действие оказывают на эмалевую изоляцию проводов
скипидар и бензин.
4.3.2.6.	Основные типы растворителей
Характеристики наиболее распространенных растворителей приведе-
ны в табл. 4.1. Растворители делят на следующие основные группы:
СммнЬамч!	www,fastwel.ru
3	тел.: (095) 234-06-39
нефтяные или алифатические углеводороды, ароматические углево-
дороды, терпены, спирты, сложные и простые эфиры, кетоны, хло-
рированные углеводороды и пр.
4.3.2.7.	Нефтяные или алифатические углеводороды
Нефтяные углеводороды представляют собой продукты фракцион-
ной перегонки нефти. Химический состав нефти и ее фракций за-
висит от месторождения. В основном она состоит из смеси алифа-
тических углеводородов общего состава СпН2п+2- К нефтяным уг-
леводородам относятся бензины, уайт-спирит и керосин.
Бензин марки Б-70 и бензин «Калоша» применяются для раство-
рения жировых загрязнений.
Специально для очистки применяется сорт тяжелого бензина,
называемый уайт-спиритом, который обладает лучшей растворяю-
щей способностью по сравнению с простыми бензинами, так как со-
держит в своем составе некоторое количество ароматических углево-
дородов. Кроме того, он обладает более высокими температурами ки-
пения и вспышки и замедленной летучестью.
4.3.2.8.	Ароматические углеводороды
К ароматическим углеводородам относятся продукты перегонки ка-
менноугольного дегтя, получаемого при коксовании угля, и продукты
пиролиза нефти. Растворители, применяемые для разбавления эпок-
сидной смолы при пропитке стеклотканей (бензол, толуол, ксилол
и сольвент), получаются при помощи повторной перегонки из пер-
вых двух фракций (легкого масла) каменноугольного дегтя Исход-
ным материалом для получения бензола является также газ, получае-
мый в процессе коксования угля.
Бензол (QH6) является хорошим растворителем для смол, но,
благодаря своей высокой летучести и токсичности, сегодня он по-
всюду заменяется толуолом.
Толуол (QH5CH3) менее летуч, чем бензол, имеет более высо-
кие температуры кипения и вспышки и по растворяющей способно-
сти к пленкообразующим веществам почти не уступает бензолу. Он яв-
ляется хорошим растворителем для большинства смол, не растворя-
ет сложные эфиры, целлюлозу, шеллак и копалы, но может
Fdstwe
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
применяться как разбавитель их растворов. Толуол используется в ка-
честве одного из основных растворителей в производстве электроизо-
ляционных лаков и эмалей
Ксилол (С6Н4(СН3)2) представляет собой еще менее летучую
жидкость, чем толуол, и имеет более высокие температуры вспышки
и кипения. По растворяющей способности уступает своим гомоло-
гам — бензолу и толуолу. Благодаря преимуществам в противопо-
жарном отношении и в отношении токсического действия на орга-
низм человека, ксилол с успехом применяется как растворитель для
большинства лаков.
Сольвент каменноугольный представляет собой смесь арома-
тических углеводородов с небольшим количеством нафтеновых
и парафиновых углеводородов, получаемых из остатков от очист-
ки и ректификации сырого бензола. Легкий сольвент (1 сорт) яв-
ляется растворителем для смол и масел и разбавителем для эфиров
целлюлозы. Тяжелый сольвент (2 сорт) является растворителем
для смол и лаков, но малопригоден для эфиров целлюлозы. В про-
изводстве электроизоляционных лаков находит применение вмес-
то ксилола.
4.3.2.9.	Скипидары
Скипидар представляет собой бесцветную или слегка желтоватую
жидкость с характерным запахом. По химическому составу являет-
ся смесью углеводородов — терпенов, которые являются гидроге-
низированными производными цимола (С10Н10). Из терпенов в оте-
чественных сортах скипидаров преобладают а- и /?-пинен. Скипи-
дар получают из живицы путем отгонки (в остатке образуется
канифоль) при температуре, не превышающей 150°С, или непо-
средственно из сучьев и пней хвойных деревьев другими способами
(перегонкой с водяным паром, экстракцией и др.). Обычно скипи-
дар подвергают вторичной перегонке для получения более чистого
продукта.
Скипидар обладает способностью окисляться кислородом возду-
ха, образуя перекиси, ускоряя тем самым сушку лаковой пленки.
Скипидар обладает хорошей растворяющей способностью по отно-
шению к маслам, смолам, битумам и их композициям и поэтому на-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel
4.3. Моющие среды 191
ходит применение наряду с такими растворителями, как уайт-спирит,
ксилол, сольвент, но выгодно отличается от последних, так как имеет
пониженную токсичность и не оказывает вредного воздействия на
эмалевую изоляцию проводов.
4.3.2.10.	Спирты
Этиловый (винный) спирт — этанол (С2Н5ОН) представляет со-
бой прозрачную легкоподвижную горючую жидкость с характер-
ным всем известным запахом. Он образуется в результате брожения
сахарных или крахмалсодержащих веществ (картофеля, хлебных
злаков и др.). В последнее время организовано массовое производ-
ство этилового гидролизного спирта, получаемого из продуктов
химической переработки и последующего осахаривания древеси-
ны. Также известны и широко применяются синтетические мето-
ды получения этилового спирта из крекинг-газов, ацетилена
и природных газов. Спирт-сырец содержит в себе воду и сивушные
масла, а также тяжелые продукты брожения с характерным непри-
ятным запахом. Дальнейшей очисткой и повторной перегонкой
спирт-сырец превращают в ректификованный спирт с содержа-
нием алкоголя 94—96%.
Этиловый спирт хорошо смешивается с водой во всех соотно-
шениях и является хорошим растворителем для некоторых смол,
шеллака, бакелита, канифоли, но чаще применяется в смеси с аро-
матическими растворителями, в частности как разбавитель эфиров
целлюлозы.
Бутиловый спирт (С4Н9ОН), или бутанол, получается обычно
путем брожения крахмалистых веществ под влиянием микроба —
возбудителя брожения, а также синтетическим путем. Бутанол —
бесцветная жидкость с запахом спирта и сивушного масла, раство-
ряется в воде в соотношении 1:12, менее летуч и имеет более высо-
кую температуру кипения, чем этиловый спирт. Обладает хорошей
растворяющей способностью и применяется в смеси с другими рас-
творителями. Бутанол понижает вязкость растворов и улучшает каче-
ство отмывки.
Изопропиловый спирт ((СН3)2СНОН) - 2-пропанол, изопро-
панол — бесцветная жидкость с температурой кипения 82,4°С. Сво-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel'-fS^
Глава 4 Очистка поверхностей
еобразен тем, что образует с водой азеотропную смесь с температу-
рой кипения 80,2°С при содержании 87,7%. Эта смесь способна
растворять органические (за счет содержания спирта) и неоргани-
ческие (за счет воды) загрязнения. Вероятно, поэтому за рубежом
изопропиловый спирт — самый распространенный компонент мо-
ющих жидкостей. Попытки использовать изопропиловый спирт
отечественного производства натолкнулись на большое содержа-
ние в нем растворенных загрязнений, остающихся на очищаемой
поверхности.
В промышленности изопропиловый спирт получают гидрата-
цией пропилена, и потому он относительно дешев. Температура са-
мовоспламенения 456°С, нижняя взрывоопасная концентрация
2,5%. Оказывает вредное влияние на центральную нервную систе-
му, токсичнее этанола в 2 раза
Спирты обладают уникальным свойством испаряться вместе
с растворенными в них загрязнениями. Это явление называется
азеотропностью, а соответствующие ему жидкости — азеотропны-
ми, т.е. нераздельнокипящими. Кстати, это свойство мешает полно-
му отделению азеотропной жидкости от загрязнений методами рек-
тификации (перегонки).
Свойство спиртов, и в частности этилового спирта, образовы-
вать азеотропные смеси предопределило их повсеместное исполь-
зование в технологиях электроники именно для очистки поверхно-
стей: растворенные в спирте загрязнения не остаются на поверхно-
сти при испарении спирта, а улетучиваются месте с ним.
В противоположность этому, например, бензин, растворив жиро-
вые или масляные загрязнения, после испарения оставляет на по-
верхности жировую пленку.
4.3.2.11.	Сложные эфиры
(ацетаты)
К этой группе принадлежат растворители, получаемые путем син-
теза из органических кислот (преимущественно уксусной)
и спиртов. Применяются они главным образом в качестве рас-
творителей для эфиров целлюлозы. Их названия: этилацетат, бути-
лацетат, амилацетат. Для растворения и разбавления лаков из эфи-
Fastwel^d^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
ров целлюлозы, а также их композиций со смолами находят ши-
рокое применение смеси ацетатов со спиртами и ароматически-
ми растворителями.
4.3.2.12.	Простые эфиры
Гликолевые эфиры являются растворителями эфироцеллюлозных,
поливинилацеталевых и других смол. Они нейтральны, не имеют за-
паха и хорошо смешиваются с другими растворителями. Из этих
эфиров этиленгликоля следует отметить моноэтиловый эфир эти-
ленгликоля (С2Н5ОС2Н4ОН), или этилцеллозольв.
Этот эфир смешивается с водой и углеводородами в любых со-
отношениях. Обладает хорошей растворяющей способностью и яв-
ляется хорошим растворителем для нитроцеллюлозы, полиэфирных
смол, эпоксидно-полиэфирных лаков и др.
4.3.2.13.	Кетоны
Ацетон (СН3СОСН3) получается при сухой перегонке кальциевых
солей уксусной кислоты, брожении углеводов, а также из уксусной
кислоты. Ацетон весьма летуч, смешивается с водой во всех соотно-
шениях и является весьма активным растворителем для ряда пленко-
образующих веществ, в том числе для эфиров целлюлозы и многих
синтетических смол. В лаках ацетон применяется обычно в смеси
с другими более высококипящими растворителями.
4.3.2.14.	Хлорированные
углеводороды
Дихлорэтан (С2Н4С12) получается при взаимодействии этилена
с хлором. Он представляет собой прозрачную бесцветную жидкость,
которая хорошо растворяет жиры и большинство смол. Как разбави-
тель, дихлорэтан применяется для эфиров целлюлозы в смеси со
спиртом. Трудно воспламеняется, пары его очень токсичны, по запа-
ху напоминает хлороформ.
Хлорбензол (С6Н5С1) получается хлорированием бензола в при-
сутствии железа или алюминия. Смешивается со многими раство-
рителями, растворяет эфиры целлюлозы и виниловые смолы.
FastwelCS^V’
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
194 Глава 4. Очистка поверхностей
В таблице 4.1 приведены свойства основных компонентов рас-
творителей
Растворитель	Химический состав (формула)	Плотность при 20*С	Температура кипения при 760мм рт. ст.	Температура вспышки, "С	Температура самоаоспламе- нения	Время испарения по серному эфиру, С	Температура замерзания (плавления)	Плотность паров
Бензин авиационны Б-70	Смесь алифати- ческих углеводо- родов		40 180	-30	230.. 260	35...50	60	
Бензин "Калоша"	Общий состав cnH2rv2	0,73	80 120	-30	230... 260	35...50	-60	
Уайт-спирит		0,795	165... 200	33	258	40.60		
Бензол	СбН6	0,879	79...80	-11	580	3	5,4	2,77
Толуол	С6Н5СН3	0 865	110... 111	7	550	6,1	-92	3,14
Ксилол	С6Н4(СН3)2	0,86... 0,87	136,5... 141,5	24	500	13,5	-	3,68
Сольвент каменно- угольный (техничес- кий), 1 сорт	Смесь аромати- ческих углеводо- родов	0,865	120 160	21		2 по ксило- лу		
Сольвент технический, II сорт		0,885	135... 200	22	—	2 по ксило- лу	—	-
Дихлорэтан	С1СН2СН2С1	1,25 1 ,26	85 86	Трудно горит	413	3,5	Минус 36	-
Хлорбензол	С6Н5С1	1,07... 1,114	130... 132	28...32	-	12,5	Минус 45	3,68
Трихлор- бензол	С6Н3С13	1,42... 1 46	188 250	Не горит	-	-	Минус 10	-
Этиловый спирт- ректификат	с2н5он	0,788	78... 78,2	12	404	8,3	Минус 114	—
Этиловый спирт-сырец (88%)	с2н5он	0,82... 0,83	80 90	От+15 до+25	—	—	Минус 80	2,07
FastwelC?,''
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
4 3. Моющие среды
В таблице 4.2 приведены составы большинства промышленных
растворителей.
Растворитель	Химический состав (формула)	Плотность при 20°С	Температура кипения при 760 мм рт. ст.	Температура вспышки, "С	Температура самовоспламе- нения	Время испарения по серному эфиру, •с	Температура замерзания (плавления)	Плотность паров
Бутиловый спирт (бутанол)	С4Н9ОН	0 809 0 81	114... 118	От+28 до+35	366	33	-117	2,55
Изопропило- вый спирт	с5нпон	0,81	130... 131	42	327	62	-	3,04
Циклогекса- нол	с6Н10°	0 945... 0,95	150. . 156	44	-	-	-	-
Этилацетат	CH3COO- С2Н5	0,885... 0,90	70...80	-1	484	2,9	-82	3,04
Бутилацетат	CH3C00- C4H9	0,865... 0,88	116... 135	25	420	11,8	-77	4
Амилацетат	CH3COO- С5Н11	0,860... 0,88	115... 150	От +22 до+25	380	13	-78,5	4,88
Этилцелло- зольв	с2н5осн2- сн2он	0,930... 0,938	130... 137	49	-	43	-	3.1
Ацетон	CH3COCH3	0,790.. 0,791	55...57	-9	630	2,1	-94	2,01
Скипидар	(C5H8)n	0,85... 0,88	155... 180	-32	252	-	-	-
Раствори- тель 646	Смесь сложных эфиров, кетонов, аромати- ческих углеводе- родов	-	-	-	-	8...16	-	-
Раствори- тель 647		-	-	-	-	8..12	-	-
Раствори- тель 648		-	-	-	-	11. 18	-	-
Раствори- тель РДВ		-	-	-				
Раствори- тель РКБ-1	Смесь ксилола и бутанола	—	—	—	-	1,1...1,6 по кси- лолу	—	-
Вода	Н2О	0,9982	100	Не горит	Не воспла- меняет- ся	4,2 по кси- лолу	0	
Диметил- формамид	CHON(CH3)2	0,94... 0,95	-	-	-	-	-	-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel ^3^
Глава 4 Очистка поверхностей
4.3.3.	Растворители и загрязнения
4.3.3.1.	Смеси растворителей
Спирты, кетоны, алифатические и ароматические углеводороды — от-
носительно недорогие растворители. За исключением этилового
спирта и некоторых алифатических углеводородов, многие из этих
растворителей токсичны, что составляет основную проблему их при-
менения. Кроме того, все они пожаро- и взрывоопасны. Самый рас-
пространенный очиститель на основе спирто-бензиновой смеси (1:1)
в дополнение к этим недостаткам неудобен из-за непостоянства со-
става вследствие различных скоростей испарения компонентов, труд-
ности регенерации смеси. Спирто-бензино-ацетоновой смеси свой-
ственна относительно высокая активность к растворению маркиро-
вочных знаков, некоторых пластмасс и диэлектрика печатных г£тат.
Этиловый спирт хорошо удаляет остатки канифольного флюса
и растворяет некоторые неорганические загрязнения, но не воздей-
ствует на масляные и жировые пленки, под которыми может ока-
заться значительное количество загрязнений. Большим преимуще-
ством этилового спирта является его свойство образовывать азео-
тропные смеси. Этим обусловлено его повсеместное использование
в технологиях очистки. Азеотропными называют жидкие смеси,
при кипении и конденсации которых состав смеси не меняется. Та-
кие смеси выкипают и конденсируются при постоянной температу-
ре, не разделяясь. Это значит, что растворенные в спирте загрязне-
ния испаряются вместе с ним. Этого нельзя сказать о растворите-
лях, не способных образовать азеотропные смеси. При испарении
они оставляют на поверхности загрязнения (например, бензин, рас-
творивший жировое загрязнение, при испарении оставляет на по-
верхности жировую пленку). Спирто-бензиновая смесь растворяет
практически все загрязнения, присутствующие на поверхности
плат, и благодаря азеотропности спирта они удаляются с поверхно-
сти вместе с парами спирта.
Ароматические углеводороды применяют, когда требуется силь-
ная способность к растворению.
Удаление жировой пленки органическими растворителями ос-
новано на их способности растворять жировые загрязнения благода-
FastwelcS
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
ря сродству химической структуры их молекул. Минеральные масла
растворяются в углеводородах, растительные масла и канифоль —
в спиртах. После промывки и испарения растворителя на поверхно-
сти подложки остается пленка загрязнений, ранее растворенных
в испаренном слое растворителя. Поэтому для качественного обез-
жиривания особое значение имеет удаление с очищаемой поверхно-
сти остатков моющего состава со следами удаляемой жировой плен-
ки. Наиболее эффективна очистка в парах растворителя, основанная
на конденсации пара растворителя на холодных поверхностях печат-
ного монтажа. Конденсат растворяет загрязнения и стекает в испа-
ритель, где вновь испаряется, отделяясь от загрязнений.
4.3.3.2.	Пожаробезопасные смеси растворителей
Перспективной считается замена органических растворителей по-
жаробезопасными. Среди таких растворителей привлекают внима-
ние фреоны — группа фторхлоруглеводородов жирного ряда, кото-
рые благодаря своим термодинамическим свойствам нашли широ-
кое применение в холодильных установках. Для очистки применяют
жидкие фреоны. Фреоны не растворимы в воде, не горючи, не обра-
зуют взрывоопасных смесей с воздухом, химически инертны, хотя
при контакте с открытым пламенем разлагаются с выделением ядо-
витых газов. Пары фреонов в 6... 10 раз тяжелее воздуха, что создает
условия использования их в установках для финишной очистки в па-
рах растворителя с малым расходом очистительной смеси.
Растворяющая способность чистых фреонов недостаточна для уда-
ления остатков канифольных флюсов. Поэтому используют азеотроп-
ные смеси фреонов с соответствующими растворителями (чаше со
спиртом). Низкое поверхностное натяжение фреонов (18...23 дин/см,
в то время как для воды 73 дин/см) позволяет им проникать в углуб-
ления, пазухи и под скопления грязи, легко вытекать из капилляров
и щелей, создавая условия для обмена моющей жидкости. Они об-
ладают исключительной способностью к смачиванию поверхнос-
тей, смачивают даже поверхность фторопласта.
Обычно применяют фреон Ф-113 — трифтортрихлорэтан, от-
личающийся способностью к растворению масел и смазок, крем-
нийорганических жидкостей и других загрязнений органического
FastwelCS?’
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
198 Глава 4. Очистка поверхностей
происхождения. Низкая температура кипения и теплота парообра-
зования позволяют использовать его для экономичной очистки
термочувствительных элементов и деталей аппаратуры. Его азео-
тропная смесь с этиловым спиртом (9:1) позволяет смыть практи-
чески всю гамму органических загрязнений, сопутствующих про-
цессам монтажа.
Эмульсия, содержащая фреон Ф-113, деионизированную воду
и поверхностно-активные вещества (ПАВ), способна удалять не
только органические загрязнения, но и растворимые в воде мине-
ральные соли. В такой системе ПАВ располагаются на границе дис-
пергированных во фреоне капель воды. Очистка происходит как на
границе двух фаз, где сосредоточены практически все ПАВ, так и во
фреоне.	'
4.3.3.3.	Водные растворы технических моющих средств
Большое будущее для очистки имеют водные растворы ПАВ, разру-
шающие жировые пленки и остатки канифольного флюса путем их
разрыва и эмульгирования и смывающие растворимые неорганиче-
ские загрязнения. Типичные ПАВ — органические вещества ди-
фильного строения, т. е. содержащие в молекуле атомные группы,
сильно отличающиеся по интенсивности взаимодействия с окружа-
ющей средой, в данном случае — с водой (рис. 4.2). Один или не-
сколько углеводородных радикалов молекул ПАВ составляют олео-
или липофильную часть, обладающую гидрофобностью. Одна или
несколько полярных групп — гидрофильная часть. Слабо взаимо-
действующие с водой олеофильные (гидрофобные) группы опреде-
ляют возможность растворения углеводородных (неполярных) за-
грязнений. Гидрофильные группы, наоборот, удерживают молекулу
в полярной среде (в воде).
По типу гидрофильных групп ПАВ делят на ионные, или ион-
ногенные, и неионные, или неионогенные. Ионные ПАВ диссоци-
ируют в воде, их остатки на поверхности монтажа создают проводи-
мость, т. е. их нужно полностью удалять, что не всегда удается в си-
лу их поверхностной активности.
Неионогенные ПАВ не требуют тщательной отмывки и поэтому
предпочтительнее в процессах очистки печатного монтажа.
www.fastwel.ru
STW	тел.: (095) 234-06-39
4.4. Интенсификация процессов очистки
/Масляно-жировая пленка грязи
он
он^/к^он
(ГГидрофильный радикал
нТн
н-н
н4н
Олеофильный радикал

Рис. 4.2. Взаимодействие ПАВ с жировой пленкой' олеофильный ради-
кал молекулы ПАВ сливается с молекулами жировой (масля-
ной) пленки, гидроксильные (гидрофильные) радикалы обес-
печивают растворение ПАВ в воде.
Особое внимание уделяется производству ПАВ с линейным
строением молекул. Они легко подвергаются биохимическому раз-
ложению в природных условиях, не загрязняют окружающей среды
и их можно сливать в бытовые стоки.
4.4.	Интенсификация процессов очистки
В процессе очистки ПП растворимые в очищающей среде загрязне-
ния переходят в раствор и уносятся вместе с ним. Показателем ин-
тенсивности этого процесса служит разность концентрации веще-
ства в слое, прилегающем к поверхности пленки загрязнения,
и концентрации этих веществ во всем объеме жидкости. Одним из
основных факторов, влияющих на интенсивность растворения, яв-
ляется скорость диффузии: количество вещества, продиффундиро-
вавшего к поверхности раздела фаз в единицу времени. Интенсив-
ное перемешивание уменьшают толщину диффузионного слоя, что
увеличивает скорость очистки: толщина диффузионного слоя об-
ратно пропорциональна корню квадратному из относительной ско-
рости движения фаз.
Fastwel4S4
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
200 Глава 4. Очистка поверхностей
Перемешивание очищающей жидкости можно осуществлять ме-
ханическими способами: барботированием, наплескиванием рас-
творителя на очищаемые поверхности, наложением на ванну вибра-
ции низкой (100 Гц) частоты от электромагнитного вибратора, пита-
емого от сети 50 Гц, струйным распылением растворителя и т. п.
Повышение температуры размягчает жировые пленки и остатки ка-
нифольного флюса, что облегчает их разрушение и отделение.
Принципиально отличается от любых видов механического пе-
ремешивания наложение на ванну с очищающей жидкостью ульт-
развукового поля, вызывающее интенсивное перемешивание жид-
кости акустическими течениями.
Вихревые потоки, возникающие вблизи препятствий, разруша-
ют ламинарный слой на границе жидкость—твердое тело, способст-
вуют снятию концентрационных и диффузионных ограничений.
Наряду с общими потоками в жидкости существуют локальные ин-
тенсивные микропотоки, вызываемые колеблющимися вблизи
твердой поверхности парогазовыми (квитанционными) пузырька-
ми. Гидродинамические потоки и микропотоки вокруг неровностей
на границе жидкость—твердое тело ускоряют процессы растворения
пленок и способствуют перемешиванию компонентов в жидкой
среде. Механическое разрушение поверхностных пленок в акусти-
ческом поле является основным следствием кавитации. Если очист-
ка производится в водных растворах, кавитационные пузырьки пре-
имущественно возникают на поверхности жировой пленки и кани-
фольных загрязнений из-за слабого смачивания их поверхностей
водой. Кавитационные пузырьки производят микроударные на-
грузки поверхностных пленок загрязнений, под действием которых
наступает их эрозия. Концентрируясь на краях внешней и внутрен-
ней поверхностей отслоившихся частей пленок, пузырьки отслаи-
вают либо отрывают пленку, разбивают ее и эмульгируют, облегчая
тем самым процесс удаления загрязнений с поверхности ПП.
Интервал интенсивностей озвучивания (плотность энергии)
при ультразвуковой очистке в диапазоне частот 20...50 кГц составля-
ет 0,5...3 Вт/см2. При интенсивностях выше 5 Вт/см2 облако кави-
тационных пузырьков настолько увеличивается, что это приводит
к заметному уменьшению интенсивности ультразвука на некотором
расстоянии от излучателя. Применение чрезмерных интенсивное-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel
4.5.	Ультразвуковая очистка. Теория и практика 201
тей ультразвука для очистки печатного монтажа недопустимо, так
как в условиях развитой кавитации происходят усиленное эрозион-
ное разрушение поверхности диэлектрика печатных плат, отслое-
ние контактных площадок, ослабление паек, нарушения герметич-
ности электронных компонентов, разрушения элементов конструк-
ции. Опыт работы дает основание рекомендовать для очистки
компонентов радиоэлектронной аппаратуры ультразвуковые уста-
новки, обеспечивающие интенсивность колебаний в рабочей зоне
в пределах 0,4...0,6 Вт/см2.
Отечественная промышленность выпускает УЗ-оборудование
с диапазоном частот 18...24 кГц. Для обычного применения ультра-
звука повышение частоты выше 40 кГц считается нежелательным,
поскольку с дальнейшим повышением увеличивается порог кавита-
ции в жидкости, т. е. увеличивается минимальное значение звуко-
вого давления, достаточного для возникновения кавитации при за-
данных условиях. Однако при очистке печатного монтажа предпо-
чтение надо отдать докавитационным режимам очистки,
обеспечивающим менее агрессивное воздействие. Поэтому для этих
цепей следует использовать более высокие частоты, обеспечиваю-
щие введение в очищающую жидкость большей интенсивности ко-
лебаний в докавитационном режиме.
4.5. Ультразвуковая очистка.
Теория и практика
4.5.1.	Введение
Технологии очистки находятся в состоянии постоянного совершен-
ствования. Широко использующаяся в России спирто-бензиновая
смесь для отмывки плат от остатков флюса и технологических за-
грязнений теряет эффективность по мере уменьшения размеров
компонентов. В уменьшающихся пазухах и зазорах нет нужного об-
мена раствора, чтобы вымыть оттуда технологические загрязнения.
Желание улучшить отмывку увеличением времени отмывки приво-
дит к вымыванию связующего, образованию белесоватости на по-
верхности плат. Практикуемая зарубежом конденсационная очист-
ка, использующая хлорированные и фторированные углеводороды,
Fas+welcS?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 4 Очистка поверхностей
постепенно исчезает в интересах экологии нашей планеты. В то же
время требования к очистке непрерывно ужесточаются. Чистота
стала актуальным фактором качества во многих отраслях промыш-
ленности, чего никогда не было в прошлом. В электронной индуст-
рии, где чистота была всегда важна, она стала егце более критичес-
ким фактором в обеспечении состоятельности высоких технологий.
Кажется, что каждое усовершенствование в технологии требует все
большего и большего внимания к чистоте для его реализации. В ре-
зультате технологии очистки были критически пересмотрены в те-
чение последних нескольких лет. Многие из них продвигаются за
счет использования ультразвуковой технологии.
Действительно, какие бы эффективные моюшие растворы ни
использовались, без добавления акустической энергии ультразвука	>
нет возможности обеспечить заданный уровень очистки.
4.5.2.	Что такое ультразвук?
4.5.2.1.	Ультразвук (УЗ)
Ультразвуковые колебания — упругие колебания и волны, частота
которых превышает (1,5—2)-104 Гц (15...20 кГц). Нижняя граница
области ультразвуковых частот, отделяющая ее от области слыши-
мого звука, определяется субъективными свойствами человечес-
кою слуха и является условной, поскольку верхняя граница слухо-
вого восприятия человека имеет значительный разброс для
различных индивидуумов. Верхняя граница ультразвуковых частот
обусловлена физической природой упругих волн, которые могут
распространяться лишь в материальной среде, т. е. при условии,
что длина волны значительно больше длины свободного пробега
молекул в газах или межатомных расстояний в жидкостях
и твердых телах. Поэтому в газах верхнюю границу частот УЗ оп-
ределяют из условия приблизительного равенства длины звуковой
волны и длины свободного пробега молекул. При нормальном
давлении она составляет 109 Гц. В жидкостях и твердых телах оп-
ределяющим является равенство длины волны межатомным рас-
стояниям, и граничная частота достигает 1012...1013 Гц. В зависи-
мости от длины волны и частоты УЗ обладает специфическими
www.fastwel.ru
тел.:(095) 234-06-39
Fastwel
особенностями излучения, приема, распространения и примене-
ния, поэтому область ультразвуковых частот удобно подразделить
на три подобласти:
1)	низкие ультразвуковые частоты (1,5—104...105 Гц);
2)	средние (105... 107 Гц);
3)	высокие (107...109 Гц).
Упругие волны с частотами 108...1013 Гц принято называть ги-
перзвуком.
4.5.2.2.	Теория звуковых волн
Ультразвук как упругие волны
Ультразвуковые волны по своей природе не отличаются от упру-
гих волн слышимого диапазона, а также от инфразвуковых волн.
Распространение УЗ подчиняется основным законам, общим
для акустических волн любого диапазона частот, обобщенно назы-
ваемых обычно звуковыми волнами. К основным законам распро-
странения относятся законы отражения и преломления звука на
границах различных сред, дифракции звука и рассеяния звука при
наличии препятствий и неоднородностей в среде и неровностей на
границах, законы волноводного распространения на ограниченных
участках среды.
Специфические особенности ультразвука
Хотя физическая природа УЗ и управляющие его распростране-
нием основные законы те же, что и для звуковых волн любого диа-
пазона частот, он обладает рядом специфических особенностей, ко-
торые определяют его большое значение в науке и технике. Эти осо-
бенности обусловлены его относительно высокими частотами
и, соответственно, малыми длинами волн.
Еще одна весьма важная особенность УЗ — возможность полу-
чения высоких значений интенсивности при относительно неболь-
ших амплитудах колебательного смещения, так как при данной
амплитуде интенсивность прямо пропорциональна квадрату часто-
ты. Амплитуда колебательного смещения на практике лимитирует-
ся прочностью акустических излучателей.
В ультразвуковом поле большой интенсивности развиваются
значительные акустические течения. Течения могут быть обуслов-
। '-7$. КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
|	компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 4. Очистка поверхностей
лены поглощением звука, могут возникать в пограничном слое
вблизи препятствий разнообразного вида.
Радиационное давление возрастает с увеличением частоты,
так как величина его пропорциональна интенсивности звука.
Для того чтобы эффекты звукового поля: интенсивность звука, зву-
ковое давление, колебательная скорость, радиационное давление —
достигли заметной величины, с увеличением частоты требуется все
меньшее значение амплитуды колебательного смещения и, значит,
не лимитируется прочностью излучателя.
Важнейшим нелинейным эффектом в ультразвуковом поле яв-
ляется кавитация — возникновение в жидкости массы пульсирую-
щих пузырьков, заполненных паром, газом или их смесью. Сложное
движение пузырьков, их захлопывание, слияние друг с другом и т. д.
порождают в жидкости импульсы сжатия (микроударные волны)
и микропотоки, вызывают локальное нагревание среды, иониза-
цию. Эти эффекты оказывают влияние на вещество: происходит
разрушение находящихся в жидкости твердых тел (кавитационная
эрозия), возникает перемешивание жидкости, инициируются или
ускоряются различные физические и химические процессы
(рис. 4.3).
Изменяя условия протекания кавитации, можно усиливать или
ослаблять различные кавитационные эффекты, например с ростом
частоты УЗ увеличивается роль микропотоков и уменьшается кави-
тационная эрозия, с увеличением гидростатического давления
Кавитационные пузырьки
увеличиваются
при отрицательном давлении
t
Цикл возобновляется:
рождаются и растут
новые пузырьки
Максимальный размер
пузырьков
Пузырьки
взрываются
при положитльном
давлении
t
I
Рис. 4.3. Кавитационный процесс.
в жидкости возрастает роль ми-
кроударных воздействий. Уве-
личение частоты обычно приво-
дит к повышению порогового
значения интенсивности, отве-
чающего началу кавитации, ко-
торое зависит от рода жидкости,
ее газосодержания, температу-
ры и пр. Для воды в низкочас-
тотном ультразвуковом диапа-
зоне при атмосферном давле-
нии оно обычно составляет
0,3...! Вт/см3.
FastwelC^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
4.5. Ультразвуковая очистка. Теория и практика
4.5.3.	Технологическое применение ультразвука
Многообразные применения УЗ, при которых используются раз-
личные его особенности, можно условно разбить на три направ-
ления. Первое связано с получением информации посредством
ультразвуковых волн, второе — с активным воздействием на ве-
щество и третье — с обработкой и передачей сигналов (направле-
ния перечислены в порядке их исторического становления).
4.5.3.1.	Принципы ультразвуковой очистки
В жидкостях основную роль при воздействии УЗ на вещества и про-
цессы играет кавитация. На кавитации основан получивший наи-
большее распространение ультразвуковой технологический про-
цесс — очистка поверхностей твердых тел. В зависимости от харак-
тера загрязнений большее или меньшее значение могут иметь
различные проявления кавитации — микроударные воздействия,
микро-потоки, нагревание. Подбирая параметры звукового поля,
физико-химические свойства моюшей жидкости, ее газосодержа-
ние, внешние факторы (давление, температуру), можно в широких
пределах управлять процессом очистки, оптимизируя его примени-
тельно к типу загрязнений и виду очищаемых деталей. Разновидно-
стью очистки является травление в ультразвуковом поле, где дейст-
вие УЗ совмещается с действием сильных химических реагентов.
Ультразвуковая металлизация и пайка основывается фактически на
ультразвукововой очистке (в том числе от окисной пленки) соединя-
емых или металлизируемых поверхностей. Очистка при пайке
(рис. 4.4) обусловлена кавитаци-
ей в расплавленном металле.
Степень очистки при этом так
высока, что образуются соеди-
нения неспаиваемых в обычных
условиях материалов, например
алюминия с другими металлами,
различных металлов со стеклом,
керамикой, пластмассами.
В процессах очистки и ме-
таллизации существенное зна-
Рис. 4.4. Разрушение окисной плен-
ки при пайке.
FastwelCS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
206 Глава 4. Очистка поверхностей
чение имеет звукокапиллярный эффект, обеспечивающий проник-
новение моющего раствора или расплава в мельчайшие трещины
и поры, и сам процесс, обусловленный кавитацией.
4.5.3.2.	Механизмы очистки и отмывки
Очистка в большинстве случаев требует, чтобы загрязнения были
растворены (как в случае растворения солей), счищены (как в слу-
чае нерастворимых солей) или как растворены, так и счищены (как
в случае нерастворимых частиц, закрепленных в слое жировых пле-
нок). Механические эффекты ультразвуковой энергии могут быть
полезны как в ускорении растворения, так и в отделении частиц от
очищаемой поверхности. Ультразвук также можно эффективно ис-
пользовать в процессе ополаскивания. Остаточные химикалии мо-
ющих сред могут быть быстро полностью удалены ультразвуковым
ополаскиван ием.
При удалении загрязнений растворением растворителю необхо-
димо войти в контакт с загрязняющей пленкой и разрушить ее
(рис.4.5а). По мере того как растворитель растворяет загрязнение,
на границе растворитель—загрязнение возникает насыщенный рас-
в
Загрязнения
Рис. 4.5. Интенсификация удаления
растворимых загрязнений: а — очи-
щающая среда (моющая жидкость)
смачивает загрязняющую пленку;
б — моющая жидкость растворяет
загрязнение, образуя в приповерх-
ностном слое концентрированный
раствор; в - ультразвук разрушает
приповерхностный слой концент-
рированного раствора, переводя его
в очищающую среду.
FastweltS^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Рис. 4.6. Нерастворяющиеся зафязнения разрушаются и эмульгируют-
ся под действием ультразвукового возбуждения: а — исходное
состояние системы; б — диспергированные загрязнения.
твор загрязнения в растворителе, и растворение останавливается,
поскольку нет доставки свежего раствора к поверхности загрязне-
ния (рис. 4.56).
Воздействие УЗ разрушает слой насыщенного растворителя
и обеспечивает доставку свежего раствора к поверхности загрязне-
ния (рис. 4.5, в). Это особенно эффективно, когда очистке подвер-
гаются «неправильные» поверхности с лабиринтом пазух и рельефа
поверхностей, к каким относятся печатные платы и электронные
модули. Это особенно важно для отмывки плат с крупными много-
выводными компонентами, где пазухи под их корпусами невозмож-
но отмыть, если не обеспечить в них обмен раствора.
Некоторые загрязнения представляют собой слой нераствори-
мых частиц, прочно сцепленный с поверхностью силами ионной
связи и адгезии. Эти частицы достаточно только отделить от по-
верхности, чтобы разорвать силы притяжения и перевести их в объ-
ем моющей среды для последующего удаления. Кавитация и акус-
тические течения срывают с поверхности, смывают и удаляют за-
грязнения типа пыли (рис. 4).
4.5.3.3.	Комплексные загрязнения
Загрязнения, как правило, многокомпонентны и могут в комплексе
содержать растворимые и нерастворимые компоненты. Эффект УЗ
в том и состоит, что он эмульгирует любые компоненты, т.е. переводит
их в моющую среду и вместе с ней удаляет их с поверхности изделий.
FastwelcSv'
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 4. Очистка поверхностей
4.5.3.4.	Ультразвуковое оборудование
Чтобы ввести ультразвуковую энергию в систему очистки, необ-
ходим УЗ генератор, преобразователь электрической энергии гене-
ратора в УЗ излучение и измеритель акустической мощности.
Электрический генератор
Ультразвуковой генератор конвертирует электрическую энер-
гию сети в электрическую энергию на ультразвуковой частоте. Это
выполняется известными способами и не имеет какой-либо специ-
фики.
Однако предпочтительнее использовать цифровую технику ге-
нерации, когда на выходе получают прямоугольные импульсы чере-
дующейся полярности (рис. 4.7). КПД таких генераторов близок
к 100%, что позволяет решить проблему энергоемкости процесса.
Применение прямоугольного сигнала приводит к акустическому
излучению, богатому гармониками. Преимущества многочастотной
системы очистки состоят в том, что в объеме моющей среды не об-
разуются «мертвые» зоны в узлах интерференции. Поэтому много-
частотное УЗ облучение позволяет располагать объект очистки
практически в любой зоне УЗ ванны.
Другим приемом избавления от «мертвых» зон является ис-
пользование генератора с качающейся частотой (рис. 4.8) - час-
тотная модуляция. В этом случае узлы и пучности интерференци-
онного поля перемещаются на различные точки очищающей сис-
W
Рис. 4.7. Форма тока от простейшего источника питания ультразвуко-
вого излучателя.
Рис. 4.8. Источник питания ультразвукового излучателя с частотной
модуляцией.
Fas+welC/
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
4.5. Ультразвуковая очистка. Теория и практика
темы, не оставляя без облучения какие-либо участки для очистки.
Но КПД таких генераторов относительно низкий.
Ультразвуковые преобразователи
Имеются два общих типа ультразвуковых преобразователей:
магнитострикционный и пьезоэлектрический. Оба выполняют оди-
наковую задачу преобразования электрической энергии в механи-
ческую
Магнитострикционный преобразователь
В магнитострикционных преобразователях (рис. 4.9) использу-
ют эффект магнитострикции, при котором некоторые материалы
изменяют линейные размеры в переменном магнитном поле.
Электрическая энергия от ультразвукового генератора сначала
преобразовывается обмоткой магнитостриктора в переменное маг-
нитное поле. Переменное магнитное поле, в свою очередь, порож-
дает механические колебания ультразвуковой частоты за счет де-
формации магнитопровода в такт с частотой магнитного поля. По-
скольку магнитострикционные материалы ведут себя подобно
электромагнитам, частота их деформационных колебаний в два ра-
за выше частоты магнитного (а значит, и электрического) поля.
Электромагнитным преобразователям свойственен рост потерь
энергии на вихревые токи и перемагничивание с ростом частоты.
Поэтому мощные магнитострикционные преобразователи редко
используют на частотах более 20 кГц. Пьезопреобразователи, с дру-
гой стороны, могут хорошо излучать в мегагерцевом диапазоне.
Магнитострикционные преобразователи вообще менее эффек-
тивны, чем их пьезоэлектрические аналоги. Это обусловлено преж-
де всего тем, что магнитострикционный преобразователь требует
двойного энергетического преобразования: из электрического
в магнитное и затем из магнитного в механическое. Потери энергии
происходят на каждом преобразовании. Это уменьшает КПД маг-
нитострикторов.
Пьезоэлектрические преобразователи
Пьезопреобразователи (рис. 4.10) конвертируют электричес-
кую энергию прямо к механическую за счет использования пьезо-
электрического эффекта, при котором некоторые материалы (пье-
зоэлектрики) изменяют линейные размеры при наложении элект-
рического поля. Раньше для пьезоизлучателей использовали такие
FastwelCS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 4. Очистка поверхностей
Рис. 4.9. Магнитострикционный преобразователь.
Рис. 4.10. Пьезопреобразователь.
FastwelCS^V'
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
4.5. Ультразвуковая очистка. Теория и практика
пьезоэлектрические материалы, как природные кристаллы кварца
и синтезируемый титанат бария, которые были хрупки и неста-
бильны, а потому и ненадежны. В современных преобразователях
используют более прочные и высокостабильные керамические
пьезоэлектрические материалы. Огромное большинство систем
УЗ очистки используют сегодня пьезоэлектрический эффект.
Оборудование для ультразвуковой очистки
Диапазон используемого оборудования ультразвуковой очистки
очень широк: от малых настольных модулей в стоматологии, юве-
лирных магазинах, электронной индустрии до огромных систем
с объемами в нисколько тысяч литров в ряде промышленных приме-
нений.
Правильный выбор необходимого оборудования имеет перво-
степенное значение в успехе любого применения ультразвуковой
очистки. Самое простое применение УЗ очистки может требовать
всего лишь нагретой моющей жидкости (рис. 4.11). Более сложные
системы очистки имеют большое количество ванн, последние из
которых наполнены дистиллированной или деионизированной
водой. Самые большие системы используют погружаемые ультра-
звуковые преобразователи, комбинация которых может облучить
ванны почти любого размера. Погружаемые ультразвуковые преоб-
разователи обеспечивают максимальную гибкость и легкость в ис-
пользовании и обслуживания.
Ультразвуковые ванны с подо-
гревом моющего раствора — на-
иболее частое применение в ла-
бораториях, медицине, ювелир-
Рис. 4.11. Энергия кавитации.
ном деле.
Продвижение технологии
ультразвуковой очистки в про-
изводстве печатных плат и элек-
тронных модулей в России было
заторможено неуверенностью
в устойчивости электронных
компонентов к воздействию
ультразвука. По крайней мере,
это требовало проведения до-
Рис. 4.12. Линия отмывки печатных
узлов в прозоне (водный раствор
изопропилового спирта) с возбуж-
дением отмывочной ванны ультра-
звуком.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwe
Глава 4. Очистка поверхностей
полнительных испытаний для аттестации компонентов по устойчи-
вости к УЗ.
Линии УЗ очистки (рис. 4.12), используемые в крупном произ-
водстве, объединяют в одном корпусе электрические УЗ генерато-
ры, УЗ преобразователи, транспортную систему перемещения объ-
ектов очистки по ваннам и систему управления.
4.5.4.	Системы УЗ очистки
При выборе системы очистки особенно важно обращать внима-
ние на те характеристики, которые обусловливают ее полный ус-
пех. В первую очередь важно определить факторы интенсивности
ультразвуковой кавитации в моющей жидкости. Несколько пара-
метров сказываются на интенсивности кавитации (рис. 4.13).
Температура жидкости — наиболее важный фактор, который нуж-
но рассматривать в обеспечении интенсивности кавитации. Из-
Давление отрицательное:
растворенный в жидкости
газ заполняет
растущий пузырек
Давление атмосферное:
поступающий в пузырек
газ выравнивает давление
Давление растет:
газ из пузырька
растворяется
в объеме жидкости
Амплитуда
положительного
давления: пузырек
не взрывается — газ
уходит в объем жидкости.
Кавитанции нет.
Рис. 4.13. Стадии процесса кавитации.
FastwelC?
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
4.5. Ультразвуковая очистка. Теория и практика
менения температуры приводят к изменениям вязкости, раство-
римости газа в жидкости, скорости диффузии растворенных газов
в жидкости и давлении пара. Все они влияют на интенсивность
кавитации. Вязкие жидкости инерционны и не могут реагировать
достаточно быстро, чтобы формировать кавитационные пузырь-
ки и сильные акустические течения. Для наиболее эффективной
кавитации очищающая жидкость должна содержать как можно
меньше растворенного газа. Газ, растворенный в жидкости, выхо-
дит во время пузырьковой фазы роста кавитации и ослабляет ее
взрывной эффект, который необходим для ожидаемого эффекта
ультразвукового воздействия. Количество растворенного газа
в жидкости уменьшается с увеличением температуры. Скорость
диффузии растворенных газов в жидкости также увеличивается
при более высоких температурах. Поэтому отдают предпочтение
очистке в подогретых моющих растворах. Парообразная кавита-
ция, в которой кавитационные пузырьки заполнены паром жид-
кости, является наиболее эффективной формой кавитации. По-
вышение температуры жидкости приближает кавитацию к темпе-
ратуре кипения.
Интенсивность кавитации прямо связана с мощностью ультра-
звукового облучения. Мощность УЗ облучения устанавливают в ос-
новном выше кавитационного порога. Интенсивность кавитации
обратно пропорциональна ультразвуковой частоте: с увеличением
ультразвуковой частоты уменьшаются размеры кавитационных пу-
зырьков и их результирующее воздействие на очищаемую поверх-
ность. Компенсировать уменьшение интенсивности ультразвуково-
го воздействия с увеличением частоты можно только увеличением
мощности облучения.
4.5.5.	Обеспечение максимального эффекта очистки
Эффективность удаления загрязнений при растворении, эмульги-
ровании или механической очистке зависит от физических и хими-
ческих свойств очищающих сред и методов их использования.
При этом необходимо создать следующие условия:
•	очиститель должен растворять или эмульгировать как поляр-
ные, так и неполярные соединения, пленки жировых загрязне-
FastwelcS?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
214 Глава 4. Очистка поверхностей
ний и флюса, масла, защищающие поверхность припоя, уда-
лять остатки солей, используемых при изготовлении печатных
плат;
•	с очищаемых поверхностей должны быть удалены твердые
частицы загрязнений: частички нерастворимых веществ,
крошево (результат термоэрозии), пыль, ворсинки, волокна
и т. п.;
•	очистители не должны повреждать элементы печатных плат,
маркировочные знаки, размягчать и растворять пластмассу
и эластомеры, взаимодействовать с металлами.
Удачный выбор моющих сред — первый залог полного успеха
процесса ультразвуковой очистки. В первую очередь выбранный со-
став должен быть совместим с материалами очищаемых поверхнос-
тей. Наиболее подходят для этого водные растворы технических мо-
ющих средств. Как правило, это обычные поверхностно-активные
вещества (ПАВ).
Дегазация моющих растворов чрезвычайно важна в достижении
удовлетворительных результатов очистки. Свежие растворы или
растворы, которые накануне были охлаждены, должны быть дегази-
рованы перед процессом очистки. Дегазация выполняется нагревом
жидкости и предварительным облучением ванны ультразвуком.
Время, заданное для дегазации жидкости, составляет от нескольких
минут для ванн малого размера до часа или больше для большого
резервуара. Ненагретый резервуар может дегазироваться несколько
часов. Признаком закончившейся дегазации являются отсутствие
видимых пузырьков газа, перемещающихся к поверхности жидкос-
ти, и отсутствие видимой пульсации пузырьков.
Мощность ультразвукового облучения должна сопоставляться
с объемом ванны. Очистка массивных объектов или объектов, име-
ющих большое отношение поверхности к массе, может требовать
дополнительной ультразвуковой мощности. Чрезмерная мощность
может вызывать кавитационную эрозию или «сжигающий» эффект
на мягких поверхностях. Если очищаются объекты с разнородными
поверхностями, мощность облучения рекомендуется установить по
менее прочному компоненту.
Важно правильно размещать очищаемые объекты в ванне. По-
гружные устройства не должны экранировать объекты от воздейст-
www.fastwel.ru
rOSTWG ХХаГ тел.: (095) 234-06-39
4.6. Технология ультразвуковой очистки
вия ультразвука. Твердые материалы обычно обладают хорошей зву-
копроводностью и не экранируют объект очистки. Вместе с тем
объекты очистки нужно постоянно ориентировать или вращать их
во время очистки так, чтобы полностью очистить внутренние пазу-
хи и глухие отверстия.
Должным образом используемая ультразвуковая технология
обеспечивает увеличение скорости и качества очистки поверхнос-
тей. Отказ от использования растворителей за счет применения
водных сред удешевляет процесс и наиболее эффективно решает
экологические проблемы. Ультразвук — это не технология будуще-
го, это технология сегодняшнего дня.
4.6.	Технология ультразвуковой очистки
Ультразвуковая очистка позволяет полностью избавиться от тради-
ционно используемых отмывочных жидкостей типа спирта, бензи-
на, нефрасов путем замены их на водные растворы технических мо-
ющих средств (ТМС) — поверхностно-активных веществ (ПАВ).
Поскольку при ультразвуковой очистке происходит интенсивное
перемешивание жидкости, необходимо добавление пеногасящих
компонентов. Такое сочетание компонентов присуще стиральным
порошкам, используемым в автоматических стиральных машинах.
Они имеют индекс «AUTO».
Последовательность очистки:
Вариант 1
УЗ отмывка в водных растворах ТМС, 2 мин		Отмывка остатков ТМС в проточной воде, 2 мин		УЗ отмывка загряз- нений проточной во- ды в деионизирован- ной (дистиллиро- ванной) воде, 1 мин
Вариант 2
УЗ отмывка в водных растворах ТМС, 2 мин		Отмывка остатков ТМС в проточной воде, 2 мин		Отмывка загрязне- ний проточной воды деионизированной водой в кювете, 7 мин
FastwelcS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
216 Глава 4. Очистка поверхностей
Расходные материалы:
ТМС	70 г/л;
Деионизованная вода	по объему ванны.
Список оборудования для выбора:
Обозначение очистителя ультразвукового объемом V (L),
№	с размером вонночки LxHxW
1	1 п, 155x120x60
2	4 л,	285x185x100
3	8 л,	300x233x150
4	12 л,	324x296x150
5	25 л,	500x300x200
6	42 л,	480x350x245
7	Корзинки
8	Дистиллятор ДЭ4,
производительность 4 л/ч
Лабораторные УЗ очистители
УЗ установка состоит из двух частей: УЗ генератора, излучателя
и ванны, расположенных в одном корпусе. Установка имеет таймер,
при помоши которого можно устанавливать время очистки.
Нагрев жидкости имеет отдельный выключатель, настроенный
на поддержание температуры 50°С.
Описание процесса
(все операции отмывки проводить в хирургических перчатках):
•	ванну заполнить чистой водой до отметки;
•	включить нагрев ванны;
•	включить на несколько минут ультразвук для дегазации жид-
кости;
•	всыпать в ванну необходимое количество ТМС (70 г/л);
•	выждать 12 мин и выключить генератор;
•	уложить плату в корзину;
•	погрузить корзину с платой в ванну;
•	включить УЗ генератор установкой таймера на нужное время;
•	по завершении процесса перенести корзину с платой под про-
точную воду (горячую, потом холодную);
•	вынуть плату из корзины и уложить в кювету с дистиллиро-
ванной водой;
•	покачиванием кюветы промыть плату в течение 12 мин;
•	поднять плату из кюветы и поставить ее вертикально в «козлы»;
•	сушить платы в обеспыленной атмосфере.
FastweldS
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Многолетний успешный опыт использования ультразвуковой
очистки в производстве электронных изделий ответственного на-
значения демонстрирует ее хорошую эффективность.
4.7.	Контроль качества очистки
Отмывка печатных плат от загрязнений — процесс, требующий осо-
бого внимания и специальных приемов контроля.
Качество отмывки и нанесения последующих слоев можно га-
рантировать, только если есть возможность убедиться, что все за-
грязнения (неорганические и жировые) с поверхности печатных
плат удалены.
Разрыв водяной пленки
Наиболее простой метод контроля обезжиривания — испыта-
ния на разрыв водяной пленки. Если смоченная деионизированной
водой поверхность не имеет гидрофобных загрязнений, водяная
пленка распределяется тонким равномерным слоем. И этот прием
можно успешно использовать на всех процессах, связанных с от-
мывкой водой.
Кондуктометрическая ячейка
Более сложным и наиболее совершенным методом контроля
чистоты отмывки является проверка сопротивления изоляции меж-
ду соседними печатными проводниками в камере влажности либо
по изменению сопротивления деионизированной воды после про-
мывки в ней контролируемой платы. Механизм контроля состоит
в том, что загрязняющие примеси диссоциируют в воде, увеличивая
ее проводимость. Очевидно, что сопротивление воды тем меньше,
чем больше количество загрязнений. Кондуктометрическая ячейка
может быть включена в контур управления системой очистки. Такая
система (без участия человека) будет очищать плату до установлен-
ного уровня очистки.
Сопротивление изоляции между проводниками
Контроль загрязнений по сопротивлению изоляции в условиях
влаги является более чувствительным методом, так как диссоцииру-
ющие загрязнения создают большие концентрации в поверхност-
ной пленке влаги, чем при контроле промывных вод в кондуктоме-
трической ячейке.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
Глава 4. Очистка поверхностей
Для контроля загрязнений печатных плат созданы специальные
гидростаты с герметичными шарнирно закрепленными контакти-
рующими щупами или с резиновыми рукавами для обеспечения
контактирования с печатной платой внутри камеры гидростата.
Нормы на чистоту отмывки должны устанавливаться для раз-
личных конструкций печатных плат, исходя из сопоставления со-
противления изоляции, измеренного в гидростате, и при обычных
испытаниях на влагоустойчивость (рис. 4.14). Нужно отметить,
что сопротивление изоляции даже при самой тщательной отмывке
не может быть бесконечно большим. В конечном счете оно опре-
деляется конструкцией платы и электрофизическими характерис-
тиками фольгированных материалов. Поэтому нормы на чистоту
отмывки должны отвечать реально достижимым пределам, свой-
ственным принятой плотности монтажа в конкретных конструк-
циях плат.
Время выдержки печатных плат в гидростате или дистиллиро-
ванной воде составляет для разных типов плат от 15 мин до 1 ч.
Для предотвращения электрохимических процессов в процессе из-
мерения следует использовать приборы с низким напряжением, на-
пример напряжение на пределе 1000 МОм 35 В или на котором
можно установить низкое напряжение 1 или 10 Б. С этой же целью
Рис. 4.14. Гидростат.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
4.7. Контроль качества очистки 219
время измерения сопротивле-
ния изоляции в гидростате не-
обходимо по возможности со-
кращать (не более 5... 10 с на из-
мерение в одной точке).
Для арбитражных ситуаций,
анализа отказов плат в составе
аппаратуры чувствительным ме-
тодом контроля загрязнений яв-
Рис. 4.15. Сопоставление сопротив-
ления изоляции печатных плат с ла-
ковым влагозащитным покрытием
при длительных испытаниях (RM3)
с уровнем изоляции при ускорен-
ном контроле качества отмывки:
1 - 1000 МОм; 2 - 100 МОм; 3 -
10 МОм.
ляется определение остатков
травящих растворов (ионов ме-
ди и железа) с помощью реак-
тивной бумаги. Используемая
для этого бумага покрывается
тонким слоем желатина, или об-
работкой обычной фотобумаги
в фиксирующих растворах (для
удаления серебра) получают исходный материал. Для придания бу-
маге чувствительности к ионам железа и меди ее обрабатывают по-
следовательно в трех растворах:
Раствор № 1	0,25 М раствор ацетата цинка;
Раствор № 2	0,25 М раствор ферроцианида калия;
Раствор № 3	0,1 М раствор соляной кислоты.
После обработки в темноте в растворах № 1 и 2 бумагу тщатель-
но промывают в дистиллированной воде и сушат на воздухе, разло-
жив желатиновой стороной вверх на чистой стеклянной пластине.
При контроле загрязнений подготовленную бумагу увлажняют
в растворе № 3, удаляют избыток кислоты фильтровальной бума-
гой и помещают на плату желатиновой стороной к контролируемой
поверхности. Для хорошего контакта с поверхностью печатной пла-
ты бумагу прижимают через эластичную прокладку из материала,
свободного от примесей железа, выдерживают 5 мин при давлении
1,5...3 кгс/см2, затем отделяют от поверхности платы и, если необ-
ходимо для документирования, высушивают. Наличие ионов желе-
за на плате выявляется синим окрашиванием, меди — красно-ко-
ричневым. Чувствительность этого метода контроля загрязнений
ионами меди и железа — до 0,001 мкг/мм2.
С
Fastwe
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 4. Очистка поверхностей
Содержание канифоли в спирто-бензиновых смесях из контро-
лируемой ванны можно определить химическим анализом. Если
требуется определить только присутствие канифоли, производят
выпаривание анализируемого раствора. После выпаривания в не-
большом фарфоровом тигле к осадку добавляют несколько крис-
таллов хлористого кальция, повторно нагревают тигель и прибавля-
ют в него каплю серной кислоты. Наличие канифоли проявляется
в ярко-красном свечении.
Так как флюсы могут содержать активные вещества, представ-
ляющие собой ионогенные продукты, концентрацию их в моющем
растворе можно определить измерением электрического сопротив-
ления раствора. Для этого отмытый узел погружают в водный рас-
твор изопропилового спирта (в дистиллированную воду) и ополас-
кивают в ней в течение 5 мин. Промывной раствор помешают в ста-
кан емкостью 500...800 мл, после чего погружают в него датчик,
измеряют с помощью кондуктометрического концентратомера
удельное сопротивление воды и сравнивают его с сопротвлением
этого же раствора до промывки. Допустимое снижение сопротивле-
ния моющего раствора не должно превышать 20 х 103 Ом • см.
Fastwel^^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
ГЛАВА 5
ЭЛЕМЕНТЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ
СОЕДИНЕНИЙ
Усложняющаяся техника печатного монтажа требует применения
эффективных методов контроля качества всех печатных элементов
и особенно элементов, определяющих надежность соединений
в структурах печатных плат. Такое внимание к соединениям обус-
ловлено, с одной стороны, повышенными требованиями к надежно-
сти, а с другой — уменьшением размеров соединений, снижающим
их механическую устойчивость, и трудностью ремонта в составе уз-
лов и блоков электронного оборудования.
Особенности современных конструкций печатных плат состоят
в специализации соединений с точки зрения выполнения ими опре-
деленных функций. Они выполняют роль цепей питания или сиг-
нальных межсоединений. Требования к цепям питания состоят
в минимизации сопротивления, возможности выдерживать значи-
тельные токовые нагрузки. В МПП они одновременно играют роль
электрических экранов для межсоединений. При этом они должны
равномерно распределяться в пределах рабочего поля печатных
плат. К сигнальным межсоединениям предъявляются другие специ-
фические требования. Так, печатные проводники должны иметь ми-
нимальную воспроизводимую ширину, чтобы обеспечить необходи-
мую плотность соединений. При этом они должны быть механичес-
ки и электрически устойчивыми в условиях возможных внешних
воздействий: температур пайки, изгибов платы, вибраций, ударов,
термоциклирования и т. д.
5.1.	Структура межсоединений
Наиболее характерное сочетание элементов соединений содержат
МПП. Электрические соединения в МПП, изготавливаемых мето-
дом металлизации сквозных отверстий, можно разделить по конст-
Е jl. |	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
 OSnAZei	компоненты, ПП, сборка, тест
222 Глава 5. Элементы электрических соединений
руктивным признакам, физико-механическим характеристикам
и возможностям контроля на три основные группы (рис. 5.1):
1)	печатные проводники и проводящие плоскости, осуществля-
ющие продольные соединения в слоях в направлениях X и Y;
2)	металлизация отверстий, выполняющих поперечные соедине-
ния печатных проводников в разных слоях в направлении Z;
3)	внутренние соединения печатных проводников с металлиза-
цией отверстий (соединения продольной и поперечной
структур).
Практика эксплуатации электронных устройств показывает, что
подавляющая часть отказов приходится на металлизацию отверстий
и внутренние соединения. Это объясняется, в частности, наличием
в процессе производства случайных источников ухудшения физико-
механических характеристик химического и гальванического осаж-
дений меди. Напряжения, возникающие в гальванических осадках,
создают предпосылки для образования кольцевых трещин и вызыва-
ют тем самым отказ внутренних соединений. Во время пайки печат-
ных плат кольцевые трещины являются препятствием на пути пото-
ка припоя и ухудшают теплопередачу вдоль стенок отверстий. Это
нарушает температурные условия пайки, что может явиться причи-
ной образования «холодных» спаев или непропаев отверстий. После
монтажа температурная усадка припоя в отверстиях может привести
к отрыву металлизации от стенок отверстий и торцов внутренних
Рис. 5.1. Элементы структуры со-
единений в МПП: 1 — гальваничес-
ки осажденная медь — поперечное
соединение; 2 — контактная пло-
щадка внутреннего слоя — продоль-
ное соединение в плоскости X-Y;
3 — внутреннее соединение метал-
лизации отверстиях с контактной
площадкой.
контактных площадок, если
очистка отверстий после сверле-
ния или химически осажденная
медь на стенках отверстий не от-
вечают определенным требова-
ниям. Наиболее опасными де-
фектами металлизации отвер-
стий и внутренних соединений
являются недопустимо малая
толщина металлизации, локаль-
ное отсутствие меди в отверсти-
ях, кольцевые трещины в метал-
лизации отверстий, отслоение
металлизации от стенок отвер-
FastwelCS^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.2. Сопротивления элементов межсоединений 223
стий, неполное контактирование металлизации с контактными пло-
щадками внутренних слоев, недоброкачественный по физико-меха-
ническим свойствам осадок меди, недопустимо большое смещение
рисунка слоев относительно центров сверления отверстий под ме-
таллизацию, грубые наросты меди в отверстиях, неудовлетворитель-
ное состояние диэлектрика в зоне металлизации. Следует иметь
в виду, что не каждый из названных дефектов, взятый в отдельности,
может вызвать нарушение работоспособности печатных плат. Чаще
к отказам приводит сочетание нескольких дефектов, суммарное дей-
ствие которых постепенно приводит к ослаблению соединений
и последующему отказу.
Большая часть перечисленных дефектов межслойных соедине-
ний выявляется методом неразрушаюшего и разрушающего контро-
ля: условие совмещения слоев должно обеспечиваться размером
контактных площадок, конструктивный расчет которых должен вы-
полняться с учетом производственных погрешностей. Обязателен
в производстве МПП контроль позиционных точностей на всех опе-
рациях технологического процесса, ответственных за надежность
совмещения элементов соединений. Повсеместно должен использо-
ваться металлографический анализ шлифов сечений отверстий пе-
чатных плат.
5.2.	Сопротивления элементов
межсоединений
Элементы электрических межсоединений очень разнородны по со-
противлению. Например, сопротивления проводников могут со-
ставлять омы, а сопротивление отверстий, металлизированных толь-
ко тонкой химически осажденной медью, составляет примерно
25 мОм и при тестировании они не обнаруживают себя, хотя без
гальванической металлизации эти отверстия — дефектные элементы
соединений. Термохимическая устойчивость такой металлизации
настолько мала, что уже в процессе нагрева при пайке будет выявле-
на полная непригодность печатных плат к использованию или ис-
правлению.
Тем не менее одним из способов оценки качества соединений
является контроль, основанный на измерении их сопротивления.
Fastwelfjl^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
224 Глава 5. Элементы электрических соединений
Нужно, правда, иметь в виду, что распространению этого метода ме-
шает отсутствие высокопроизводительных технических средств из-
мерения малых сопротивлений четырехзондовым методом, исклю-
чающим влияние на результат измерения сопротивления проводов,
зондов и контактных переходов.
Измерение сопротивления металлизированных отверстий и вну-
тренних соединений дает достаточно оперативную информацию
о состоянии технологического процесса химико-гальванической
металлизации печатных плат, о качестве и надежности этих элемен-
тов соединений. Поэтому результаты таких измерений используют-
ся для отработки и корректировки технологических и производст-
венных процессов изготовления печатных плат, для лабораторных
испытаний принципиально новых образцов конструкций межсое-
динений.
Сопоставление значений сопротивления элементов соединений
в МПП позволяет сравнить их порядок: печатные проводники
0,5...3,0 мОм/мм, металлизированные отверстия 500... 1000 мкОм,
внутренние соединения МПП 10...100 мкОм.
Приведенные данные показывают, что контроль печатных це-
пей по сопротивлению недостаточен для выявления дефектных
или ослабленных соединений. Действительно, местные сужения
проводника, частичные разрывы металлизации в отверстиях, не-
полное внутреннее соединение (что особенно опасно) останутся
незамеченными на фоне большого сопротивления печатного про-
водника и относительно больших (до 30%) пределов изменения
погонных сопротивлений вследствие неустойчивости геометри-
ческих форм проводников. Технологический процесс изготовле-
ния МПП без надлежащего контроля может создать предпосылки
ослабления внутренних соединений, основной причиной которо-
го может быть недостаточная очистка отверстия от продуктов
сверления — замасливания медных торцов контактных площадок
в отверстиях. Другой, более редкой, но реальной причиной могут
быть неудовлетворительные свойства химического осадка меди
в сочетании с напряженностями в гальваническом осадке, что
в совокупности может приводить к отслоению металлизации от
стенок отверстий, т. е. к перемежающемуся отказу внутренних со-
единений.
FastwelCS^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.2. Сопротивления элементов межсоединений
Для эффективного выявления такого рода ослаблений соеди-
нений может использоваться контроль внутренних соединений,
состоящий в измерении сопротивления межслойных соединений
металлизированных отверстий, соединенных по внутреннему
слою проводником настолько малого сопротивления, чтобы оно
было соизмеримо с суммой сопротивления металлизации отвер-
стия и внутреннего соединения. Для их измерения удобно исполь-
зовать соединения со слоем земли, регулярно распределенные по
рабочему полю МПП. Сопротивление между ближайшими точка-
ми таких соединений непосредственно по слою земли не превы-
шает 0,005 Ом. Измерение такого малого сопротивления обяза-
тельно должно производиться четырехзондовым методом, позво-
ляющим исключить влияние проводов и контактов на результат
измерения.
Практика контроля МПП в серийном производстве доказывает
высокую эффективность такой проверки внутренних соединений.
Наряду с этим методом в лабораторной исследовательской прак-
тике хорошо зарекомендовало себя более сложное измерение актив-
ного сопротивления непосредственно внутреннего соединения мето-
дом «трех точек». При измерениях этим методом используют три от-
верстия, соединенные печатным проводником в одном слое.
При измерении методом «трех точек» в последовательности, показан-
ной на рис. 5.2, получают три результата, связанные с искомым значе-
нием соотношением АВ(2) + R’m(2) ~ (^1-2 +^2-з — ^1-з)/2, т. е. этим
способом можно определить сопротивление внутреннего соединения
и части металлизации отверстия между контактной площадкой внут-
реннего слоя и внешней контактной площадкой.
Если существует возможность двухстороннего контактирования,
метод «трех точек» позволяет определить значение чисто внутренне-
го сопротивления: Rp^y = (R\-2 +^2-3 — Я]_3)/2.
Существуют схемы прямого измерения сопротивления внут-
ренних соединений МПП, подобные показанным на рис. 5.3. Под-
ключения зондов по этим схемам осуществляются так, чтобы кон-
туры обхода тока и напряжения (на рис. 5.36 соответственно пока-
заны утолщенными и тонкими линиями) совпадали только на
внутреннем сопротивлении RB и тем самым создавали условия его
измерения.
Fastwel CSb’’
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
226 Глава 5. Элементы электрических соединении
а
Т П,п2 Т2	г, /7, п2 т2 т, п, п2 т2
Й#в а#в tei
б	в	г
Рис. 5.2. Измерение сопротивления внутреннего соединения МПП ме-
тодом «трех точек»: а — электрическая схема замещения соеди-
нений трех металлизированных отверстий проводником слоя;
б, в, г — последовательность измерений.
п т
Рис. 5.3. Прямое измерение сопротивления внутреннего соединения
МПП методом «трех точек»: а — варианты расположения зон-
дов при двухстороннем контактировании; б — схема замеще-
ния при прямом измерении.
Использование метода «трех точек» возможно не только на спе-
циальных испытательных элементах, но и на рабочем поле плат, ес-
ли не менее чем три отверстия соединены печатным проводником,
расположенным в одном слое. Непременное условие правильного
FastwelC?;»
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Рис. 5.4. Деградация межслойных соединений МПП, не соответствую-
щих критерию качества: распределение сопротивления в ис-
ходном состоянии (7), после воздействия пайки (2) и после
10-суточного воздействия влаги (3).
применения этого метода состоит в необходимости полного совпа-
дения пути, тока при измерении между точками 1—3 и промежуточ-
ных измерениях /—2 и 2—3.
Исследованиями установлено прямое соответствие между со-
противлением внутреннего соединения и его качеством. Сопротив-
ление внутренних соединений по рыхлому слою химической меди
превышает 0,002 Ом и проявляет тенденцию к быстрому увеличе-
нию со временем. Сопротивление межслойных соединений в этом
случае заметно больше установленного критерия. Постепенное раз-
рушение таких ослабленных соединений, легко улавливаемое испы-
таниями, ускоряющими разрывы промежуточного слоя меди и его
окисление (пайка, повышенная влажность, термоциклирование
и др.), иллюстрируется рис. 5.4.
Если же слой химически осажденной меди имеет небольшую
толщину, создаются условия прорастания гальванической меди
сквозь этот слой непосредственно на поверхность торца контактной
площадки (меди фольги). Сопротивление внутреннего соединения
в этом случае с трудом поддается измерению или, по крайней мере,
его величина соизмерима со значением 0,0001 Ом. Межслойные со-
единения таких МПП соответствуют критерию качества и выдержи-
вают без ослабления воздействия самых мощных факторов разруше-
FastwelC^y-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 5. Элементы электрических соединений
ния, какими являются процессы групповой пайки, циклические из-
менения температур, повышенная влажность.
В процессе изготовления МПП наличие оптимальной толщины
химической меди проверяется совокупностью результатов контроля
качества металлизации отверстия и внутреннего соединения. Имен-
но такую совокупность создает контроль сопротивления межслой-
ных соединений, результаты которого суммируют сопротивление
металлизации отверстий и внутренних соединений.
Проверка МПП измерением сопротивления межслойных соеди-
нений позволяет определенно следить за состоянием технологичес-
кого процесса изготовления МПП.
5.3.	Диагностирование
качества соединений
Задачи диагностирования состоят в выявлении неразрушающими
методами отклонений технических характеристик и ослаблений эле-
ментов соединений, которые потенциально могут привести к изме-
нению функциональных параметров и отказу электронного обору-
дования. Среди исследованных методов неразрушающего контроля
наиболее приемлем метод теплового возбуждения цепей. По этому
методу одиночный импульс тока пропускается через контролируе-
мое соединение, по приращению падения напряжения на нем реги-
стрируется температура нагрева, по достижении заранее заданного
уровня температуры ток отключается. По характеру развития про-
цесса нагрева соединения судят о его надежности и технических ха-
рактеристиках. Необходимость автоматизации процессов контроля
соединений требует использования быстрых методов оценки качест-
ва. В данном случае это требование удовлетворяется использовани-
ем коротких импульсов тока, энергия которых выбирается из усло-
вий быстрого нагрева контролируемых цепей.
5.3.1.	Выбор режима контроля
Термодинамическая модель нагрева проводников током описана
в [13] (раздел 2.6.3). Для упрощения расчетов режимов поиска де-
фектов введем понятия погонных значений физических констант:
Fastwel=dS^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.3. Диагностирование качества соединений
M=ySl, F=f/l, Ro = pGl/S,I = JS,C = cM,
где I, S, у и с — длина, сечение, плотность и удельная теплоемкость
материала проводника; f — погонное тепловое сопротивление про-
водника, К- см/Вт; р0 — удельное электрическое сопротивление ма-
териала проводника в исходном состоянии при температуре Токр,
Ом • см; J — плотность тока, А/см2.
Тогда можно записать:
Н = ^^100.	(5.1)
Анализ этого соотношения показывает, что область процесса на-
грева, характеризующаяся наибольшей чувствительностью к изме-
нению сечения проводника (уточнение, уменьшение зоны контак-
тирования и т. п.), соответствует условию
fip^fSa > I.	(5.2)
При этом основном условии выражение упрощается:
АДО = « 1 [ 1 - exp (J2p0a/yc) Г].	(5.3)
Отсутствие в выражении (5.3) зависимости &T(t) от теплового
сопротивления является признаком адиабатности процесса, т. е. при
больших значениях плотности тока процесс нагрева проводника
протекает настолько быстро, что теплопередача в окружающую сре-
ду не успевает произойти вплоть до момента разрушения проводни-
ка. При этом условии теплопроводность окружающей среды оказы-
вает слабое влияние на результаты контроля соединений токовыми
нагрузками, что является существенным преимуществом этого ре-
жима.
Длительность процесса разрушения соединений tp при нагру-
жении током определяется временем его разогрева до температу-
ры разрушения (плавления) Тр. Решая уравнение (5.3) относитель-
но t, получаем:
= ус In (1 + aTp)/J'1pGa; tp = Тр In (1 + аТр),
где тр = yc/J^-pp. — постоянная времени нагрева. Для медных провод-
ников с константами: Тр = 1356 К, у = 8,9 г/см3, с = 0,45 Дж/(г-К),
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
230 Глава 5. Элементы электрических соединений
Ро = 1,75-10 6 Ом-см, а = (Т + 234)_| - время разрушения током,
при условии (5.2) составляет
tp = \&/Р,
где tp — в с, J — в А/см2.
5.3.2.	Неразрушающий контроль соединений
Условием неразрушаюшего режима контроля соединений является
ограничение температуры нагрева до значений, не вызывающих не-
обратимых процессов разрушения композиции проводник—диэлек-
трик.
Обозначим верхний предел нагрева соединений при нагружении
током через Ттах. Аппаратура контроля содержит элемент управле-
ния, который при достижении температурного предела отключает
ток нагрузки. Каждому из значений площади поперечного сечения,
выраженной номинальной шириной проводника В при постоянной
толщине А, будет соответствовать временной интервал от момента
включения тока до его выключения при достижении температуры
Ттах. Назовем этот интервал временем отсечки /0. Воспользовав-
шись уравнением (5.1), выразим через
A ^rnax — ^гпах — ^окр;
_ycln(l+«ATmax)
10 ~	г 2
J роа
или
Г0=тя1п(1 + аАГтах).
где тн = ус^Лрда).
Если, например, для медного проводника без дефектов принять
температуру перегрева ATmax = Ттах — Токр = 50 К, получим время
отсечки ~ 4,5- Ю7//2, а для плоских печатных проводников тол-
щиной А = 0,0035 см и шириной BtG~ 5,5 У?2//2.
Схема оценки состояния проводника при нагружении его током
состоит в том, что к токовым зондам Т- Тсоединительного устройства
подсоединен генератор тока (рис. 5.5). Ток, протекая через провод-
www.fastwel.ru
rOSTWel	тел.: (095) 234-06-39
5 3. Диагностирование качества соединении
ник, первоначальное сопротивление которого равно 7?0, нагревает его.
Сопротивление в процессе нагрева изменяется по известному закону
Rq [(1 + аА7'(/)]. Напряжение на потенциальных зондах 77-77:
м(7) = 77?О[(1 +аЛ7’(0] = 77?0 +7Я0аД7'(Г)].
Эпюра падения напряжения на сопротивлении проводника, на-
гружаемого током 7 > 7кр, показана на рис. 5.6.
Максимальное приращение напряжения A.Umax, при достиже-
нии которого соответствующее устройство отключает ток нагрузки,
найдем из соотношения Af/max = ^«Л^шах-
Для выбранной температуры отсечки A7’max AC7max = kU(r На-
пример, для АТ’тзх = 50 К А(/тах = 0,2 77О.
Постоянная составляющая напряжения Uo содержит информа-
цию о длине проводника L и его
средней площади поперечного
сечения S, так как 77О = RqI =
=P0LI/S.
Поэтому в общем случае на-
пряжение отсечки автоматически
устанавливается в соответствии
с протяженностью проводника.
Критерием качества контро-
лируемого соединения по этому
методу контроля является время
отсечки 70, устанавливаемое для
каждой конструкции печатной
платы в соответствии с требова-
ниями конструкторской доку-
ментации (по минимально до-
пустимому значению ширины
проводника). При этом призна-
ком ослабления соединения бу-
дет считаться уменьшение вре-
мени отсечки относительно ус-
тановленной для минимально
допустимой ширины проводни-
ка (рис. 5.7).
Г u п
Рис. 5.5. Схема измерения сопро-
тивления проводника четырехзон-
довым методом.
Рис. 5.6. Эпюры тока и напряжения
на контролируемом соединении.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwe
Глава 5. Элементы электрических соединений
5.4.	Термомеханическая модель
разрушения соединений
Печатная плата представляет собой сложную композиционную сис-
тему, содержащую разнородные материалы: медь, стекло, полимер
(например, эпоксидную смолу). Они имеют значительно различаю-
щиеся термические коэффициенты линейного расширения (ТКЛР).
Особенно большую и меняющуюся от температуры величину ТКЛР
в этой композиции имеют полимеры (см. главу 3), использующиеся
в качестве связующего стеклопластика. Именно поэтому для улучше-
ния размерной стабильности и механической устойчивости полиме-
ры армируют стеклянными волокнами. Однако этим приемом
уменьшают ТКЛР только вдоль волокна стеклоткани, т. е. вдоль пло-
скости листов материала. В направлении, перпендикуляром плоско-
сти армирования, ТКЛР остается сравнительно большим:
Материал композиции:	а-106
Эпоксидная смола	600
Эпоксидная смола, армированная стеклотканью:
• в плоскости листа	~20
• в направлении толщины:
при Т < Tg	100
при Т > Tg	400
Медь	17
Рис. 5.7. Эпюры напряжений на
контролируемых соединениях: 1 —
нормальное соединение; 2 — де-
фектное соединение.
Рис. 5.8. Виды разрушений соедине-
ний в МПП.
Fastwel<S^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.4. Термомеханическая модель разрушения соединений 233
Известно, что именно из-за этих различий ТКЛР при темпера-
турах оплавления, пайки и перепайки, а также при больших изме-
нениях температур в процессе эксплуатации в элементах соедине-
ний ПП возникают значительные термомеханические напряже-
ния, которые могут привести к ослаблениям и разрушениям
соединений (рис. 5.8) в результате кольцевого разрыва по внутрен-
нему диаметру контактной площадки наружного слоя (тип 1), раз-
рыва внутреннего соединения (тип 2), сдвига металлизации отно-
сительно стенок отверстия с разрушением внутренних соединений
(тип 3), кольцевого разрыва металлизации (тип 4).
5.4.1.	Линейные модели
термомеханических напряжений
Термомеханические напряжения приводят к растяжению металли-
зации вдоль оси отверстия (осевые напряжения) и изгибу контакт-
ных площадок, наибольшая концентрация которого сосредоточива-
ется на стыке с металлическим цилиндром отверстия (напряжение
изгиба). Типичное искажение формы отверстия при нагреве показа-
но на рис. 5.9.
Анализ осевых термомеханических напряжений, возникающих
в металлизации отверстий, можно свести к задаче с двумя стержнями,
скрепленными по торцам и имеющим в исходном состоянии длину
L. На рис. 5.10 стержень Д изображает диэлектрик с жесткостью 1д
и ТКЛР ад, стержень М — медь с характеристиками	Если бы
стержни не были скреплены по торцам, при изменении температуры
на АТ, каждый из них свободно расширялся бы в соответствии со сво-
им ТКЛР. Но, поскольку они скреплены, удлинившийся больше стер-
жень диэлектрика должен быть сжат, а медный растянут усилием F.
(fly — ctf^&TJ м
F =-------J------’
(1+ f)
J f
где 1м1л1д— условные жесткости меди и диэлектрика. Можно пока-
зать, что возникающая под действием этого усилия деформация ме-
ди равна £м = {ад — ам) А Т/{ 1 + Jj^/JД. Если ем превышает предел
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel^Sr5
234 Глава 5. Элементы электрических соединений
Рис. 5.9. Искажение формы метал-
лизации отверстия в результате на-
грева: а — в исходном состоянии; б —
при нагреве.
Рис. 5.10. Линейная модель осевых
термомеханических напряжений.
прочности медного осадка в отверстии (или ор > опн), наступает от-
каз четвертого типа (рис. 5.8) — кольцевой разрыв металлизации.
Модель напряжений на стыке металлизации отверстия с внут-
ренним кольцом контактной площадки можно интерпретировать
добавлением к предыдущей модели вращающегося элемента, пред-
ставляющего собой контактную площадку (рис. 5.11), края которой
поднимаются из-за свободного расширения диэлектрика. Напряже-
ние изгиба ои, концентрирующееся по внутреннему кольцу контакт-
ной площадки, тем больше, чем больше угол изгиба в:
аи = е = arctg{2H[(«^- ам)ЬТ-em]/(D - d)},
а суммарное напряжение о складывается из напряжения растяжения
ор и напряжения изгиба ои'.
о = у]о^+ор.
Если силы сцепления металлизации со стенками отверстия ма-
лы, напряжения сдвига могут реализоваться в разрыве внутреннего
соединения (отказ третьего типа показан на рис. 5.12). Напряжение
сдвига, очевидно, должно увеличиваться по мере увеличения рас-
стояния стыка от нейтральной оси 0—0. Расстояние сдвига, если бы
он произошел:
AZ/z = Нг(ад - ам)^Т.
При анализе отказов такие разрушения можно увидеть на мик-
рошлифах, как показано на рис. 5.13.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
FastwelC;
Но если силы сцепления
удерживают металлизацию на
стыках отверстия, то развиваю-
щееся при повышении темпера-
туры напряжение сдвига
°сдв = в(ад-ам)ЬТ
Значение разрушающего на-
пряжения сдвига определяют
усилием вырыва металлизации
из отверстия, отнесенным
к площади стенки. Вырыв ме-
таллизации осуществляют после
впаивания в отверстие проволо-
ки соответствующего диаметра.
Чтобы определить усилие выры-
ва при температурах, превыша-
ющих температуру плавления
оловянно-свинцового припоя,
впаивание провода в отверстие
выполняют с помощью Галие-
вых припоев, твердеющих при
температурах примерно 50°С.
После затвердевания, которое
длится около 1 ч, такое паяное
соединение сохраняет проч-
ность до температур 800°С.
Если диэлектрик не имеет
армирующего наполнителя или
наполнитель слабо армирует
связующее, ТКЛР вдоль плоско-
сти листа материала может ока-
Рис. 5.11. Модель изламывающих
напряжений.
Рис. 5.12. Сдвиг металлизации от-
носительно стенок отверстия и тор-
ца внутреннего слоя.
Рис. 5.13. Микрошлифы ослаблен-
ных элементов межсоединений,
разрушенных в результате термоди-
намических воздействий.
заться настолько значительным, что приведет к разрыву проводни-
ков внутренних соединений (отказ второго типа). Чтобы избежать
таких отказов, в производстве МПП используют армированные
стеклотканью полимеры либо материалы с низким ТКЛР, такие как
полиимиды, триазины и др.
FastwelCi?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 5. Элементы электрических соединений
5.4.2.	Нелинейности характеристик
прочности материалов
Диаграмма напряжение—деформация меди показана на рис. 5.14.
Упругая деформация характеризуется законом Гука, где Е = tga.
Медь остается упругой до уровня напряжения 50 МПа, модуль про-
дольной упругости (модуль Юнга) на этом участке Е ~ 10 • 103 МПа,
а упругое растяжение не превышает 0,5%. За пределами участка уп-
Рис. 5.14. Диаграмма растяжения
меди: от — предел прочности; а? —
предел текучести; оп — предел про-
порциональности или предел упру-
гости — наибольшее напряжение,
до которого имеются лишь упругие
деформации: еост, £упр — остаточная
и упругая деформации после разгру-
жения образца.
Рис. 5.15. Линеаризированная диа-
грамма растяжения меди.
ругости уменьшающуюся жест-
кость материала характеризуют
модулем касательного напряже-
ния Е = tga( = de/de.
Аналогичные характеристи-
ки имеет деформация сдвига.
Здесь касательные напряжения
при действии поперечных сил
между металлизацией и стенкой
отверстия определяют в пред-
положении равномерного их
распределения по площади по-
перечного сечения металлиза-
ции SM и пристеночного ци-
линдра диэлектрика с площа-
дью поперечного сечения Ед.
В пределах упругости отно-
сительная деформация сдвига у
связана с касательным напряже-
нием т законом Гука: т = Gy, где
модуль сдвига G связан с моду-
лем продольной деформации Е:
G = Е/2 (1 + р), где р - коэффи-
циент Пуассона, равный для ме-
ди 0,33.
Для упрощения анализа вос-
пользуемся кусочно-линейным
выражением нелинейной харак-
теристики напряжение—дефор-
FastweltSb^
www.fastwel.ru
тел.:(095) 234-06-39
мания, как показано на рис. 5.15. Здесь не так важны числовые зна-
чения величин, как утверждение, что жесткость медного цилиндра
существенно меняется при переходе от упругих к пластическим де-
формациям.
На рис. 3.7 показана классическая термомеханическая кривая
полимеров. Для стеклоэпоксидных материалов в интересующий нас
диапазон температур, ограниченный сверху температурой пайки,
входят два первых участка этой кривой, разграниченные температу-
рой стеклования Tg. Типичные зависимости реологических свойств
эпоксидных стеклопластиков от температуры и их линеаризация по-
казаны на рис. 5.16. Значительное уменьшение модуля сдвига Ga при
переходе через температуру стеклования и относительно слабое из-
менение модуля продольной упругости Еа означают, что смола мо-
жет сравнительно легко выдавливаться из зоны сжатия, окружаю-
щей медный цилиндр отверстия, и что она достаточно жестко вос-
принимает усилия сжатия. Это важно учитывать при анализе
механизма разрыва металлизации, в котором срабатывают в основ-
ном напряжения сдвига, и при разрывах типов I и 2, механизм кото-
рых связан с продольными напряжениями сжатия и растяжения ди-
Рис. 5.16. Температурные зависимости реологических характеристик
эпоксидных стеклопластиков. Модуль упругости Gg показан
в гомологическом ряду N— степень полимеризации, возраста-
ющая от (V| до 7V| (данные совместно с МосИзолит — 1989 г.).
Fdstwel
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
238 Глава 5. Элементы электрических соединении
Рис. 5.17. Диаграммы растяжения
медных гальванических осадков: 1 —
из очищенного электролита; 2 — из
электролита перед очисткой; 3 — из
загрязненного электролита.
электри.а на периферии кон-
тактных площадок.
Характеристики прочности
медных гальванических осадков
чрезвычайно чувствительны
к загрязнениям (рис. 5.17). Чис-
тые осадки слабо меняют свои
характеристики в зависимости
от температуры. Так, при 20°С
£= 12 103 МПа, при 25О°С Е =
= 8-103 МПа. Загрязнения орга-
ническими примесями не только снижают эластичность меди,
но и уменьшают ее прочность при температурах пайки.
5.4.3.	Нелинейная модель
термомеханических деформаций
Эта модель предназначена дать представление о характере деформации
металлизации отверстия в процессе первоначального нагрева (оплавле-
ния или паики), охлаждения и повторных циклов нагрев—охлаждение.
На рис. 5.18 показаны диаграммы температурной деформации свобод-
Рис. 5.18. Диаграмма осевых растя-
жений металлизации отверстий при
нагреве и охлаждении: на участке 9-
10-11-12 наблюдается гистерезис.
но расширяющихся цилиндров
меди и диэлектриков и результи-
рующей температурной деформа-
ции их совокупности, а на
рис. 5.18 изображена диаграмма
деформация—напряжение. Кри-
вые свободного температурного
расширения диэлектриков ФТС
и СТФ имеют перелом на темпе-
ратурах стеклования Tg. Зона уп-
ругой деформации меди ограни-
чена значением Еу.
На рис. 5.19 показаны ре-
зультаты непосредственных из-
мерений деформации металли-
зированных отверстий при на-
FastwelcS
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации
Рис. 5.19. Экспериментально полу-
ченные диаграммы температурной
деформации металлизированного
отверстия: 1 и 3 — диаграммы сво-
бодного расширения диэлектрика
и меди (соответственно); 2 — экспе-
риментальная диаграмма деформа-
ции металлизированного отверстия.
Рис. 5.20. Экспериментально полу-
ченные диаграммы изгиба на-
грев-охлаждение при пайках ха-
рактеризуются меньшими дефор-
мациями металлизированных
отверстий: 1 — диаграмма первона-
чального нагрева; 2 — диаграмма
повторного и последующих нагре-
вов; 3 — база отсчета — свободное
температурное расширение меди.
греве, охлаждении, повторных нагреве и охлаждении для стекло-
эпоксида с Tg = 110°С. Из графика нагрева видно, что разгрузка мед-
ного цилиндра начинается при температуре стеклования, а повтор-
ное нагружение наступает в диапазоне 140... 160° С. Охлаждение
и повторные циклы. Гистерезис в температурной диаграмме свиде-
тельствует об определенной доле пластической деформации меди.
На рис. 5.20 показаны полученные экспериментально диаграммы
изгиба контактных площадок в результате интенсивного расширения
диэлектрика вдоль оси металлизированного отверстия. Можно заме-
тить, что значительный изгиб контактные площадки получают толь-
ко при температурах выше температуры стеклования, т. е. при темпе-
ратурах пайки. Очевидно, что угол изгиба будет тем больше, чем
дальше контактная площадка от нейтральной линии, находящейся
по центру толщины платы, и чем больше толщина печатной платы.
5.5.	Качество металлизации
Металлизация в технологии печатных плат предназначена для со-
здания токопроводящего рисунка в аддитивных процессах, для за-
FastwelC?^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 5. Элементы электрических соединений
щиты этого рисунка по крайней мере в области монтажных элемен-
тов, чтобы придать им свойства устойчивой паяемости. Но главное
назначение металлизации — покрытие металлом поверхности отвер-
стий для выполнения ими соединений между плоскостями токопро-
водящих рисунков двухсторонних печатных плат и МПП, для элек-
трического и механического крепления в плате выводов элементов.
Для внешних электрических соединений платы служат контактные
покрытия концевых печатных контактов.
5.5.1.	Металлизация
Процессы металлизации подробно описаны в специальной лите-
ратуре и главе 10. Поэтому, не углубляясь в тонкости химических
реакций, напомним лишь последовательность операций металли-
зации.
Сенсибилизация — обработка в растворе двухлористого олова,
в результате которой ионы двухвалентного олова связываются хими-
ческими и адсорбционными связями с полимерными и силикатны-
ми группами поверхности отверстия.
Активация — обработка сенсибилизированной поверхности рас-
творами солей благородных металлов. Если используются соли пал-
ладия, палладий восстанавливается до металлического состояния,
заимствуя у ионов олова его связи с поверхностью.
Активация из совмещенного раствора. Параллельно с полезной
для металлизации реакцией восстановления палладия протекает не-
желательная, результаты которой — осаждение палладия на медных
поверхностях печатных плат, в том числе на медных торцах внутрен-
них слоев МПП. В этом случае, помимо напрасного расхода, палла-
дий препятствует прочному и непосредственному сцеплению мед-
ной фольги со слоем химически осажденной меди. Захватывая водо-
род, который в изобилии выделяется в процессе химической
металлизации, он создает рыхлую непрочную прослойку.
Для обеспечения надежности внутренних соединений МПП ис-
пользуется совмещенный раствор активации, в котором содержатся
коллоидные растворы солей палладия и олова. При обработке печат-
ных плат в этом растворе выделение палладия на меди значительно
замедляется.
www.fastwel.ru
rCSTWei	тел.: (095) 234-06-39
Химическое меднение основано на восстановлении ионов двухва-
лентной меди из ее комплексных солей. Основными компонентами
раствора химического меднения являются соли меди, шелочь, ком-
плексообразователь, формальдегид (восстановитель), стабилизатор.
Восстановление меди является автокаталитическим процессом,
т. е. медь катализирует реакцию восстановления, и поэтому при оп-
ределенных условиях реакция идет лишь на требуемой поверхности,
а в объеме раствора медь не восстанавливается.
Предварительная гальваническая металлизация толщиной
5...7 мкм (гальваническая «затяжка») наносится на тонкий слой хи-
мически осажденной меди сразу после химического меднения для за-
щиты рыхлой химмеди от окисления и механических повреждений.
Гальваническое меднение (основное). После формирования на
поверхности гальванической «затяжки» рельефа рисунка из резиста
производится основное гальваническое покрытие медью открытых
участков металлического подслоя. Очень важная для металлизации
печатных плат равномерность гальванических покрытий зависит
главным образом от электрохимических и геометрических условий
осаждения. Влияние геометрических факторов состоит в том, что
наибольшие плотности токов сосредоточиваются у краев, острых
кромок, в углах, а середина платы экранируется краями, внутренние
полости отверстий экранируются внешними проводящими поверх-
ностями. Уменьшить градиент на краях и углах платы можно специ-
альными приемами экранирования, так, чтобы силовые линии тока,
идущие к кромкам платы, огибая экраны, проходили более длинный
путь.
Осаждение металлорезиста, в частности сплава олово—свиней,
наносится для защиты будущего токопроводящего рисунка от трав-
ления. Обычно для металлорезиста задается толщина 12 мкм с плю-
совым допуском от 0 до 50%. Так как при изменении соотношения
компонентов температура ликвидуса эвтектического сплава оло-
во-свинец растет быстрее при увеличении содержания свинца, чем
олова, лучше допуск на содержание олова, соответствующего эвтек-
тике (61 %), рассимметрировать, т. е. установить его не ± 10%, а от —5
до +10%. В этом случае допустимое содержание олова должно быть
от 55 до 70%, чтобы при граничных значениях состава сохранялась
более или менее одинаковая температура плавления сплава.
FastwelC^/'
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 5. Элементы электрических соединений
В процессе травления рисунка металлорезист окисляется. Обра-
боткой печатных плат в соответствующих растворах осветления или
растворяют окислы, или восстанавливают их до металлического со-
стояния, придавая покрытию светлый оттенок.
Контактные покрытия на основе золота или палладия наносят
после стравливания металлорезиста олово—свинец и осаждения на
концевые печатные контакты подслоя никеля. Поскольку существу-
ет опасность пассивации поверхности никеля, перед осаждением
контактных покрытий ее активируют легким травлением в смеси
разбавленных соляной и серной кислот.
5.5.2.	Химическая металлизация
Электронно-микроскопические исследования показывают стадий-
ность процесса образования и роста медных покрытий: на разрознен-
ных частицах палладия растут трехмерные зародыши меди размером
5... 10 нм с расстоянием между ними примерно 100 нм. Зародыши по
мере роста соединяются в агрегаты 50... 100 нм, постепенно смыкаясь
и закрывая поверхность диэлектрика (рис. 10.4). Основания образую-
щихся кристаллитов меди слабо связаны с поверхностью диэлектрика,
связи между кристаллитами ослаблены. Это объясняет плохую плас-
тичность химически восстановленной меди, ее пористость, слабые ме-
ханические свойства, повышенное омическое сопротивление: покры-
тия толщиной 0,2...0,8 мкм имеют удельное электрическое сопротив-
ление (8... 30) х Ю-6Ом • см, поверхностное сопротивление 0,4...2 Ом.
Используемые в производственных условиях растворы химического
меднения не создают достаточно плотных и пластичных покрытий.
В процессе химического меднения интенсивно выделяется водо-
род (1 моль Н2н& 1 моль Си). Электронно-микроскопические иссле-
дования указывают на наличие в покрытии сферических микропус-
тот 1015 в 1 см3 размером 5...30 нм, в которых содержится, по-види-
мому, водород. Пузырьки водорода препятствуют сплошному
осаждению металла на подложку. Благодаря поверхностному натяже-
нию на оболочке пузырька, представляющей собой межфазную гра-
ницу раствор—газ, сосредоточиваются солевые осадки. Когда пу-
зырьки лопаются, на этих микроучастках поверхности (поры, мелкие
отверстия) оседают плохорастворимые комплексные солевые вклю-
www.fastwel.ru
rQSTWei "G-W? тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации 243
чения*. При эксплуатации изделия в результате длительного воздейст-
вия атмосферной влаги на этих участках образуется электролит, рас-
пространяющийся по несплошностям и микроканалам стеклоплас-
тика вдоль стеклянной пряжи, снижая сопротивление изоляции
вплоть до отказа платы.
Тонкий слой химически осажденной меди точно повторяет весь
микрорельеф основы, включая трещины, каверны, стеклянную пыль,
ворс и другие непрочные образования на поверхности отверстий, воз-
никшие при сверлении и травлении диэлектрика. Последующие галь-
ванические осадки в еще большей мере подчеркивают неровности ре-
льефа. Возможности гальванических процессов в устранении трещин
и пустот ограничены, при зарастании не покрытых химической медью
участков возможно захлопывание в них электролитов с соответствую-
щими последствиями для работоспособности плат (рис. 5.21).
Толщина слоя химически осажденной меди существенна для
обеспечения надежности внутренних соединений МПП. Действи-
тельно, химически осажденная медь имеет рыхлую газопроницаемую
структуру, способную поглощать влагу, электролиты меднения, про-
дукты отщепления эпоксидной смолы и другие органические вещест-
ва, сопутствующие обработке. В течение нескольких лет поверхность
частиц химической меди окисляется с образованием промежуточных
слоев окиси-закиси, а органические выделения, конденсируясь
в рыхлом осадке химической меди, образуют изолирующие слои меж-
ду торцом контактной площадки
и металлизацией отверстий. Эти
промежуточные слои вызывают
повышение сопротивления внут-
ренних соединений на несколько
порядков вплоть до отказа соеди-
нений. Отмечены случаи, когда
по окисленной поверхности мед-
ных частиц формировался вен-
тильный слой.
Если же слой химически
осажденной меди имеет неболь-
шую толщину, создаются усло-
вия прорастания гальванической
Рис. 5.21. Химически осаждаемая
медь повторяет рельеф поверхности.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
244 Глава 5. Элементы электрических соединений
Рис. 5.22. Качественная зависи-
мость сопротивления внутреннего
соединения Я и вероятности дефек-
тов металлизации Р от толщины
промежуточного слоя химически
осажденной меди h.
меди сквозь этот слой непосред-
ственно на поверхность медных
торцов контактных площадок
внутренних слоев МПП. Внут-
ренние соединения в этом слу-
чае настолько плотные, что их
омическое сопротивление с тру-
дом поддается измерению или,
по крайней мере, его величина
соизмерима со значением 104
Ом. Межслойные соединения
таких МПП выдерживаются без
ослабления воздействия мощ-
ных факторов разрушения, та-
ких как процессы групповой
пайки, циклические измерения температур, повышенная влажность.
С другой стороны, для обеспечения качественного гальванопокры-
тия отверстий химически осажденный слой меди должен быть сплош-
ным (без пустот и разрывов), а это достигается определенной толщиной
осадка. Важно и то, чтобы все частички палладия были покрыты ме-
дью, иначе они, будучи в обнаженном состоянии, выделяли бы абсор-
бированный водород, что вызвало бы образование раковин в последу-
ющем гальваническом слое меди. Качественная картина зависимости
сопротивления внутреннего соединения R и вероятности дефектов ме-
таллизации отверстий Р от толщины промежуточного слоя химически
осажденной меди h показана на рис. 5.22. При малой толщине химиче-
ской меди (зона Г) сопротивление внутреннего соединения мало,
но металлизация отверстия имеет много неприемлемых дефектов в ви-
де отдельных неметаллизированных участков. При большой толщине
химического осадка число дефектов металлизации резко уменьшается,
но качество внутреннего соединения имеет тенденцию к ухудшению
(зона //7). Оптимальная толщина химически осажденной меди соответ-
ствует зоне II. В процессе изготовления МПП наличие оптимальной
толщины химической меди проверяется совокупностью результатов
контроля качества металлизации отверстия и внутреннего соединения.
Для печатных плат главным критерием управления процессами
химической и гальванической металлизации является обеспечение за-
FastwelcS
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации
данной толщины металлизации в отверстиях, а для аддитивных мето-
дов — и на проводниках. Однако на этапе проведения этой операции
на гальваническом участке цеха удобнее и оперативнее использовать
информацию о толщине гальванопокрытия на поверхности заготовки
и, зная соотношения толщин, оценивать ее качество в отверстии.
5.5.3.	Дефекты гальванопокрытий
Типичные дефекты гальванопокрытий, вызванные нарушением
режимов процесса и состава электролита:
•	питтинг — дефект покрытия, характеризующийся наличием
мелких точечных углублений, образовавшихся в процессе эле-
ктрохимического получения покрытия;
•	дендритные наросты — дефект покрытия в виде характерных
кораллообразных наростов;
•	пригоревшее покрытие (пригар) — дефект покрытия, выража-
ющийся в наличии шероховатостей и мелких наростов, обра-
зующихся при плотности тока выше критической;
•	отслаивание покрытия — отделение покрытия от основного
покрываемого металла;
•	вздутие покрытия — дефект куполообразной формы на покры-
тии, образующийся от потери прочности сцепления между по-
крытием и основным покрываемым металлом;
•	нитевидные кристаллы — металлические нитевидные наросты,
образующиеся самопроизвольно при хранении, эксплуатации
или во время электроосаждения.
5.5.4.	Химические методы контроля
толщины покрытий
Из всевозможных методов контроля толщины покрытий печатных
плат могут быть использованы капельный, струйный и кулономет-
рический. Эти методы позволяют определить местную толщину
гальванопокрытий на ограниченном участке испытательного эле-
мента технологического поля заготовки.
Капельный метод заключается в растворении покрытия на за-
данном участке последовательно наносимыми каплями растворите-
FastwelcS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
ля до обнажения подслоя. Точность определения толщины капель-
ным методом составляет ±20%.
Испытания проводят следующим образом. После тщательной
механической и химической очистки поверхности контролируемо-
го элемента с помощью капельницы наносят на проверяемый уча-
сток платы одну каплю соответствующего раствора и выдерживают
ее на поверхности в течение одной минуты. По истечений этого
времени каплю удаляют фильтровальной бумагой, насухо вытира-
ют и на то же место наносят следующую каплю свежего раствора.
Нанесение капель продолжают до обнажения подслоя, что уста-
навливается по изменению окраски в месте нанесения капель.
Расчет толщины покрытия производится по следующей формуле:
С=(л-0,5)Лк,
где Q — толщина покрытия на данном участке, мкм; п — количество
капель растворителя, израсходованного при испытаниях; hK — тол-
щина покрытия, снимаемая одной каплей в течение 1 мин.
Составы растворов, применяемых при капельном методе, и зна-
чения коэффициента hK приведены в табл. 5.1.
Таблица 5.1. Составы растворов, применяемые для определения тол-
щины покрытия капельным методом
Покрытие	Подслой Раствор	Концентрация раствора, г/л	Коэффициент Ьк
Медь	-	Серебро	44	1,0...1,2
	азотнокислое		
	Йод металлический	100	0,5
Серебро	Медь Калий йодистый	200	0,5
Никель	Медь Железо хлорное	300	0,7
	Медь сернокислая	100	0,7
Струйный метод определения толщины покрытия более точен,
чем капельный, и требует меньше времени. Он имеет следующие ва-
рианты: определение толщины по продолжительности действия рас-
твора и по объему израсходованного раствора.
Вариант по продолжительности действия раствора осуществляет-
ся методом прямого наблюдения или электроструйным нуль-мето-
дом. Погрешность данного метода ±10% при толщинах более 5 мкм.
FastwelC?/
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации 247
Сущность струйного метода заключается в определении времени
растворения покрытия под действием струи раствора, вытекающего
из бюретки с определенной скоростью и падающего на контролиру-
емую поверхность под углом 45°. Толщину покрытия определяют по
формуле Q = qr, где Q — толщина покрытия, мкм; q — толщина по-
крытия, растворяемая за 1 с, мкм/с; т — время, затраченное на рас-
творение покрытия, с.
Скорости растворения некоторых видов покрытий в зависимос-
ти от температуры реактива представлены в табл. 5.2. Точность дан-
ного метода ±10% при толщинах более 5 мкм
Для определения толщины покрытия олово -свинец (сплава ти-
па ПОС), осажденного гальваническим путем, применяется метод
струйного электрохимического растворения. Для проведения изме-
рения испытательный элемент заготовки печатной платы изолируют
липкой хлорвиниловой лентой, оставив в точке испытания отвер-
стие диаметром 1,5...2,0 мм для действия струи. Применяемый реак-
тив состоит из борфтористоводородной кислоты концентрации 142
г/л. К капельнице через платиновую проволочку и к испытательно-
му элементу подключают через амперметр источник постоянного
тока. Испытательный элемент выполняет роль анода. Открывая
кран капельницы, включают секундомер и отсчитывают время, не-
обходимое для растворения слоя покрытия. Ток в момент испытания
поддерживается равным 10 мА. Конец растворения определяется ви-
зуально по изменению цвета пятна металла, расчет толщины покры-
тия производят по формуле Q = 0,11т, где Q — толщина покрытия
олово—свинец, мкм; 0,11 — толщина слоя олово—свинец, раство-
ряемая за 1 с при токе 10 мА, мкм/с; т — время, необходимое для рас-
творения покрытия, с.
Таблица 5.2. Толщина покрытия q, растворяемого за 1 с
Температура раствора, °C	медное	Покрытия никелевое	серебряное
15	0,641	0,333	0,340
18	0,749	0,467	0,380
20	0,926	0,521	0 403
22	1,042	0,575	0,420
25	1,220	0,671	0,450
Fastwelf?^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 5. Элементы электрических соединений
Рис. 5.23. Электрохимическая ячей-
ка: 1 — металлический корпус ячей-
ки; 2 — нейтральный электролит;
3 — электрод—катод; 4 — эластичный
прижим; 5 — исследуемое покрытие
(например, олово—свинец); 6 —
подслой исследуемого покрытия
(например, медь).
Точность данного метода ±15%
при толщинах от 2 до 30 мкм.
Кулонометрический метод
(как и струйный) основан на
законе Фарадея, согласно кото-
рому количество прореагиро-
вавшего вещества прямо про-
порционально количеству элек-
тричества, прошедшего через
электрохимическую систему.
Метод состоит в том, что изме-
ряют количество электричества
или время прохождения неиз-
меняющегося тока. Исследуе-
мый процесс должен протекать
со 100%-ным выходом по току.
При контроле толщины покры-
тия в качестве анода используют
небольшой участок поверхнос-
ти металла известной площади,
а всю остальную поверхность
изделия закрывают защитным
слоем или используют специальную прижимную ячейку с эластич-
ным наконечником (рис. 5.23), создающим необходимую герметич-
ность зоны контроля и возможность интенсивного обмена электро-
лита у поверхности анода периодическим изменением давления на
ячейку.
Гальванопокрытия растворяют при таком анодном потенциале,
при котором не может растворяться подложка, тогда резкое увеличе-
ние этого потенциала указывает на окончание реакции. В общем
случае, регистрируя изменения анодного потенциала, можно прохо-
дить все слои многослойного покрытия, измеряя их толщину. Если
ток в электрохимической ячейке поддерживается постоянным, тол-
щина покрытия Q вычисляется по формуле Q = klt/yS, где t — время
растворения покрытия; у — плотность осаждаемого металла; к — эле-
ктрохимический эквивалент, равный для двухвалентной меди
1,186 г/Кл; 5— площадь рисунка; I — ток, А.
FastwelCS^"
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации
Состав электролитов для кулонометрического метода контроля
подбирается так, чтобы предотвратить бестоковое растворение по-
крытия.
Кулонометрический метод контроля толщины покрытий хоро-
шо сочетается с электрохимическими методами количественного
анализа, в частности с хроноамперометрией и полярографией,
для определения состава покрытия, например олова—свинца.
5.5.5.	Физические методы контроля толщины
и плотности покрытий
Наибольшую практическую ценность представляют методы контро-
ля без разрушения, если они обладают достаточной степенью досто-
верности. При использовании этих методов не следует забывать, что
непосредственной целью контроля электрохимических процессов
является обеспечение качественной металлизации отверстий. Поэто-
му при определении толшины гальванопокрытий на поверхности пе-
чатных плат необходимо учитывать, что такой метод позволяет лишь
косвенно судить о качестве металлизации отверстий.
Метод прямого измерения заключается в определении толшины
платы до и после покрытия с помощью микрометра. Часто вместе
с платами в ванну погружают пробный катод, на котором происхо-
дит осаждение покрытия почти при тех же условиях, что и на плате.
В процессе наращивания измеряют приращения толщины покры-
тия на пробном электроде, и при достижении заданной толщины
процесс гальванопокрытия заканчивают. Этот метод измерения
применим только при осаждении из электролитов с хорошей рассе-
ивающей способностью. В других условиях толщина покрытия на
пробном электроде не совпадает с толщиной металлизации на пе-
чатной плате. При использовании микрометра измерения вынужде-
ны проводить по краю платы, где толщина осаждения явно больше,
чем на рабочем поле.
Метод взвешивания до и после покрытия. Толщина определяется
взвешиванием заготовки печатной платы до и после операции галь-
ванопокрытия. Перед взвешиванием с краев платы, прошедшей
операцию осаждения, снимают образовавшиеся грубые наросты.
Расчет толщины покрытия производится по следующей формуле:
FastwelcSv-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
250 Глава 5. Элементы электрических соединений
Рис.5.24. Измерение толщины ме-
таллизации индукционным мето-
дом.
Рис. 5.25. Использование вихрето-
кового метода для контроля толщи-
ны металлизации в отверстиях: а —
токи индуцированы по кольцу от-
верстия; б — токи индуцированы по
образующей: 1 — металлизация от-
верстия; 2 — катушка; 3 — магнито-
провод; 4 — наведенные токи; 5 —
возбуждающая обмотка; 6 — изме-
рительная обмотка (магнитопровод,
располагающийся между обмотка-
ми, не показан); 7 — возбуждающий
ток.
6
QcP = JOm/Sy,
где Qcp — средняя толщина по-
крытия, мкм; т — масса покры-
тия, г, S — металлизированная
поверхность платы; у — плот-
ность гальванопокрытия.
Прибыль в массе на 1 г ме-
талла на квадратный дециметр
поверхности соответствует сле-
дующей толщине осадков, мкм:
медь — 11,2; олово — 13,7; сереб-
ро - 9,5; ПОС-61 - 11,2; ни-
кель — 11,5; палладий - 8,3; зо-
лото — 5,1.
Метод индукционных токов.
Если к исследуемой поверхности
поднести катушку с переменным
током, магнитное поле катушки
наведет в проводящем покрытии
индукционные (вихревые) токи,
поле которых противоположно
полю катушки (рис. 5.24). Элект-
ромагнитное поле вихревых то-
ков ослабляет поле катушки
и тем самым изменяет ее параме-
тры. По изменениям активного
и индуктивного сопротивлений
катушки с помощью специаль-
ных измерительных и усилитель-
ных устройств определяют тол-
щину покрытия. Компенсация
влияния различных свойств по-
крытий и подслоя, а также геометрии печатных элементов на показа-
ния приборов производится по мерным образцам (эталонам). Поэто-
му приборы не имеют единой шкалы для различных сочетаний по-
крытий и подслоя. Продолжительность измерений 5... 10 мин.
FastwelCS/;
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации 251
Вихретоковый метод. Определение качества металлизации от-
верстия методом вихревых токов не находило широкого применения
из-за неустойчивости результатов измерений, так как требовалась
жесткая фиксация элементов датчика относительно отверстия и, что
самое главное, наведенные магнитным полем М катушки токи про-
текали по окружности отверстия. Кольцевые трешины и даже коль-
цевые пустоты вплоть до разрывов не регистрировались (рис. 5.25а).
Отечественными авторами [14, 15] изобретен, разработан, апроби-
рован в промышленности и широко распространен прибор для кон-
троля металлизации отверстий методом вихревых токов с принци-
пиально новым преобразователем (датчиком), представляющим со-
бой микротрансформатор, вводимый в контролируемое отверстие.
Принципиальное отличие этого устройства от других в том, что об-
мотки микротрансформатора располагаются в плоскостях, парал-
лельных продольной оси отверстия. При этом возбуждаемые в слое
металлизации вихревые токи протекают в направлении образующей
металлизируемого отверстия [15]. Это значит, что помимо измере-
ния толщины металлизации прибор регистрирует самые опасные де-
фекты металлизации — кольцевые утончения и трещины, уменьша-
ется влияние на результат измерения флуктуации размера контакт-
ных площадок (рис. 5.256). Частота тока возбуждения, выбранная
с учетом поверхностного эффекта, равна 100...200 кГц. При соответ-
ствующей герметизации преобразователя (например, лаком) откры-
вается возможность активного контроля толщины медного покры-
тия в отверстиях ПП в ходе процесса осаждения.
Ультразвуковой метод, использующий узкий направленный луч,
создаваемый излучением, еще не нашел широкого применения для
контроля толщины покрытий. Ценность качеств локального узкого
пучка ультразвуковых колебаний состоит в том, что они позволяют
контролировать разнородные покрытия, не разрушают покрытия во
время проверки, обеспечивают сравнительно большую точность из-
мерений, позволяют обнаруживать слабую адгезию покрытий к под-
ложке и т. д. Ультразвуковой метод может быть использован для оп-
ределения толщины гальванопокрытия непосредственно в процессе
осаждения [16].
Метод хорды (рис. 5.26) заключается в том, что испытательный
элемент на печатной плате надрезается шлифовальным кругом до
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
FastwelYS^
Рис. 5.26. Измерение толщины ме-
таллизации методом хорды: 1 —
шлифовальный круг известного ди-
аметра Я; 2 — основание — подложка
под покрытием толщиной й; С —
иирина реза до обнажения поверх-
ости подложки.
Рис. 5.27. Метод измерения толщи-
ны металлизации на проводниках
печатной платы по приращению
высоты проводников.
обнажения следующего слоя,
после чего с помощью микро-
скопа с окуляр-микрометром
измеряется расстояние между
границами среза слоя Толщина
покрытия определяется этим
расстоянием С и радиусом шли-
фовального круга R:
Q=C2/8R.
Для получения отчетливых
срезов необходимо контролиро-
вать подачу шлифовального кру-
га и жесткое крепление платы.
Метод хорды может быть ре-
комендован не только для кон-
троля толщины металлизации,
но и для измерения толщины
межслойной изоляции МПП.
Метод непосредственного из-
мерения толщины металлизации
на проводниках является наибо-
лее доступным для контроля тол-
щины металлизации на поверх-
ности печатной платы, поэтому
он нашел самое широкое приме-
нение (рис. 5.27). Измерение можно выполнять многооборотной ин-
дикаторной головкой с ценой деления 0,001 или 0,002 мм или двойным
микроскопом модели МИС-11 или ПСС-2. Измерения индикаторны-
ми головками производят с помощью специальных приспособлений,
позволяющих или исключить влияние коробления ПП на результат
измерения, или устранить коробление прижимом платы к плоской по-
верхности стола. В последнем случае улучшается устойчивость измере-
ния за счет жесткости крепления индикаторной головки относительно
плоскости печатной платы.
При использовании этого метода не следует забывать, что кон-
троль электрохимических процессов предназначен для обеспечения
www.fastwel.ru
тел.:(095) 234-06-39
Fastwe
5.5. Качество металлизации 253
Рис. 5.28. Схема измерения поверх-
ностного сопротивления пленки
для измерения ее толщины.
Рис. 5.29. Размещение зондов на
контрольной площадке (axb) при
контроле толщины металлизации:
1 —4 — зонды; 5 — фольга-основа; 6 —
площадка слоя металлизации
качественной металлизации отверстий. Поэтому при определении
толщины гальванопокрытий на поверхности печатной платы необ-
ходимо учитывать, что такой метод позволяет лишь косвенно судить
о качестве металлизации отверстий.
Методы кондуктометрии можно использовать для определения
толшины металлопокрытия при известном удельном его сопротив-
лении (рис. 5.28).
Метод основан на измерении сопротивлений зондовыми метода-
ми. Самый распространенный из них — четырехзондовый метод
(рис. 5.29). Основное его преимущество состоит в том, что он не тре-
бует создания специальных омических контактов на образце и воз-
можно измерение проводимости образцов самых разнообразных
формы и размеров. Условием для его применимости с точки зрения
формы образца является наличие плоской поверхности, линейные
размеры которой превосходят линейные размеры системы зондов.
Тогда значения удельного поверхностного сопротивления рп слоя
получим из выражения
U, з л 4,5367,3
Ps
I 1п2 I
где 1^2-3 ~ измеренное при токе 7 падение напряжения между точка-
ми 2 и 3 (рис. 5.28).
Объемное удельное сопротивление, если предположить одно-
родность слоя по толщине, равнор =pnQ, откуда находим значение
толщины металлизации:
Л In2 U2 з	Л „ р
Q =---p-^- = 0,221-*—.
л	I	R,,
FastwelTSS
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
254 Глава 5. Элементы электрических соединений
Если известна толщина фольги, на которую наносится покрытие,
толщина металлизации определяется как приращение толщины ме-
таллопокрытия заготовки платы. При избирательном нанесении
гальванопокрытия по фоторезисту измерения усложняются, однако
на заготовке всегда можно найти площадки достаточных размеров,
чтобы разместить четырехзондовую измерительную головку.
Зонды монтируют в специальной четырехместной головке, где
расстояния между зондами строго фиксированы. Для изготовления
зондов используют вольфрамовую проволоку или проволоку из
твердых сплавов. Концы зондов затачивают электрохимически или
путем электроэрозионной обработки и полировки с применением
алмазных порошков так, чтобы диаметр контактов был значительно
меньше расстояния между ними. Если диаметр контакта составляет
0,05 L или меньше, то погрешность измерения, обусловленная ко-
нечными размерами контактов, составляет менее 2%. Надежный са-
моустанавливающийся контакт каждого зонда с поверхностью об-
разца обеспечивается за счет подпружинивания. Давление на кон-
такт не оказывает существенного влияния на результаты измерений,
однако большое давление может повредить образец или зонд.
Радиометрический метод. Достоинством этого метода является
возможность контроля металлизации отверстий печатной платы
в любой точке без разрушения.
Радиометрические методы рекомендуется употреблять для изме-
рения любых покрытий при условии различия не менее чем на 2...4
атомных номера покрытия и подслоя. Пределы измерения толшины
покрытий бетаметрами достигают 100 мкм, при этом погрешность
измерения не превышает ±10%.
Принцип работы наиболее распространенных радиометриче-
ских приборов для измерения толщины металлизации основан на
регистрации изменений интенсивности потока обратного рассея-
ния (/1-излучения) в зависимости от толщины измеряемого по-
крытия. При /1-распаде часть излучения, падающая на вещество,
поглощается им, а другая часть, отражаясь, рассеивается
(рис. 5.30). С увеличением толщины слоя покрытия поток отра-
женного /1-излучения 1обр сначала возрастает, а затем остается без
изменения. Наибольший слой вещества, при котором поток отра-
женного /1-излучения достигает наибольшей величины, называют
* www.fastwel.ru
rasrwei	тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации 255
Рис. 5.30. Изменение потока обрат-
ного рассеяния (^-излучения) 1обр
от толщины покрытия h и основы
Й0! 1 — порядковый номер покры-
тия больше номера основы; 2 — по-
рядковый номер покрытия меньше
номера основы.
Рис. 5.31. ^-толщиномер: 1 — прием-
ника-излучения; 2 — защитное коль-
цо-упор; 3 — печатная плата с метал-
лизированным отверстием; 4 —
опорное кольцо-заслонка излучате-
ля; 5 — корпус излучателя; 6 — кон-
тейнер с радиоактивным изотопом.
толщиной насыщения; атомные номера материалов покрытия
и подслоя должны отличаться на 2...4 единицы, причем чем боль-
ше будет разница, тем точнее получатся результаты измерения.
Примерная схема измерения толщины металлизации отверстий
печатных плат радиационным методом показана на рис. 5.31.
Для осуществления измерений толщины этим методом необхо-
димо, чтобы соблюдались следующие условия: толщина материала
подслоя должна быть больше толщины насыщения; толщина кон-
тролируемого покрытия должна быть меньше толщины насыщения.
В качестве источника /1-излучения применяются радиоактивные
изотопы, имеющие различную проникающую способность и тем са-
мым определяющие пределы измерений толщины (табл. 5.3).
Таблица 5.3. Источник излучения для/^-толщиномеров и пределы из-
мерений толщины меди
Источник излучения (изотопы)	Максимальная энергия излучения, МэВ	Период полураспада, год	Диапазон измерения толщины меди, мкм
Прометей Pm-147	0,22	2,6	1—5,5
Таллий Т/-204	0,77	3,5	5,5...3О
Стронций Sr-90	2,18	19,9	15. .90
Fas+welTjB/5
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 5. Элементы электрических соединении
Регистрация обратного рассеяния излучения производится счет-
но-регистрирующими устройствами — ионизационными камерами,
гейгеровскими и сцинтилляционными счетчиками.
Радиометрическим методам и приборам на их основе свойствен-
ны недостатки, которые ограничивают область их применения.
К ним относятся:
•	необходимость в тщательной и сравнительно сложной градуи-
ровке прибора с использованием заранее созданных образцов
и градуировочных графиков;
•	необходимость соблюдения особых мер предосторожности
при работе с радиоактивными веществами;
•	толщиномер должен обслуживаться высококвалифицирован-
ным персоналом;
•	^-толщиномеры дают усредненные результаты измерения тол-
щины металлизации, не показывая наличия дефектов в виде
локальных утончений и разрывов.
Погрешность измерения ^-толщиномерами находится в преде-
лах ±10%. Время измерения — около 1 мин.
Толщину контактных покрытий удобно контролировать по ме-
тоду обратного рассеяния ^-частиц. Условие для проведения измере-
ния этим методом — существенное отличие в атомных номерах мате
риалов покрытия и подслоя для используемых пар (Ni—Au, Ni—Pd
и т. п.) соблюдается.
5.5.6.	Сопротивление металлизированных отверстий
Из всех видов электрического контроля качества металлизации наи-
больший интерес представляет метод измерения сопротивления от-
верстий. Он наиболее достоверен и поддается автоматизации. Из ха-
рактеристик качества металлизации отверстий наиболее важными
являются толщина, отсутствие кольцевых трещин и значительных
по площади участков без металлизации. Установлена прямая зависи-
мость между качеством металлизации и сопротивлением металлизи-
рованного отверстия, как показано на рис. 5.32.
Измерение сопротивления металлизированного отверстия про-
изводится между противоположными сторонами печатной платы.
Определение сопротивления металлизации в данном случае произ-
с	www.fastwel.ru
rQSTWei	тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации 257
водится по показаниям вольтме-
тра и амперметра (рис. 5.32). Ток
можно подобрать так, чтобы на-
пряжение на потенциальных
зондах в достаточной степени
превышало предел чувствитель-
Рис. 5.32. Схема четырехзондового
метода измерения сопротивления
металлизированного отверстия: I-I —
токовые зонды, LI-U — потенциаль-
ные зонды.
ности применяемого вольтметра.
Например, при использовании
цифрового вольтметра, обладаю-
щего предельной чувствительно-
стью 2 мкВ, приемлемым и удоб-
ным для оценки показаний явилось значение тока 1 А.
Существенным фактором, влияющим на точность измерения со-
противления металлизированных отверстий, является разброс значе-
ний сопротивления, вызываемый различным местоположением то-
чек контактирования зондов при измерении сопротивления иден-
тичных отверстий или при повторных измерениях на одном и том же
отверстии. При каждом новом измерении контактные поверхности
зондов могут касаться поверхности металлизации в других точках.
Это приведет к изменению поверхностного распределения потенци-
ала между токовыми зондами и разности потенциалов между потен-
циальными зондами. Разброс значений сопротивления металлиза-
ции отверстий по этой причине зависит от конструктивных парамет-
ров, конструкции и качества изготовления зондов и возрастает
с увеличением отношения диаметра отверстия к толщине печатной
платы. Например, для зондов коаксиальной конструкции разброс
значений сопротивления составляет ±10% на отверстиях диаметром
I мм в платах толщиной 1,5 мм и может достигать ±20% на отверсти-
ях диаметром 0,6 мм в слоях толщиной 0,25 мм.
На практике форма однотипных металлизированных отверстий
неодинакова. У краев отверстий и на их стенках имеются неровнос-
ти. Они возникают по различным технологическим причинам: за-
усенцы на краях отверстий и соответствующие им «валики» металла,
различная степень шероховатости стенок отверстий, разброс диаме-
тров сверления, различия в глубине подтравливания диэлектрика
и т. д. Поэтому по измеренному значению сопротивления нельзя
точно установить эффективную толщину металлизации в конкрет-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
258
Глава 5. Элементы электрических соединении
Рис. 5.33. Эволюция конструкций контактных зондов для измерения
омического сопротивления металлизированных отверстий:
а — точечное контактирование; б — плоское контактирование;
в — коаксиальное контактирование; г — контактирование сим-
метричными разрезными зондами; д — контактирование раз-
резными зондами с уменьшенными размерами потенциаль-
ных зондов; е —круговое контактирование токовыми зондами
с точечным контактированием потенциальными зондами.
Рис. 5.34. Конфигурация поля в металлизации отверстия (развертка):
а — при контактировании симметричными разрезными зон-
дами (см. рис. 5.33г); б — при контактировании разрезными
зондами с уменьшенными размерами потенциальных.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel
5.5. Качество металлизации 259
ном отверстии. Достоверно оценить качество металлизированных
отверстий можно лишь статистическим методом по результатам
контроля группы отверстий. Тем не менее, улучшение конструкций
контактных устройств способствует повышению достоверности
и повторяемости результатов измерений.
Показанная на рис. 5.33 эволюция конструкций контактных зон-
дов наглядно объясняет, каким образом решалась проблема устойчи-
вости результатов измерений. При точечном контактировании
(рис. 5.33а) повышенная плотность тока в месте точечного контакта
токового зонда приводит к некоторому подъему напряжения на сосед-
нем потенциальном зонде на величину At/, внося погрешность в ре-
зультат измерений. При плоском и коаксиальном контактировании
(рис. 5.336) возникает неопределенность в конкретности местополо-
жения точки контактирования по большой поверхности возможного
соприкосновения зондов. Это, в свою очередь, вносит неопределенно-
сти в результаты измерений. При контактировании симметричными
разрезными зондами (рис. 5.33г) сказываются краевые эффекты, иска-
жающие распределение тока по металлизации отверстия (рис. 5.34а),
не заметные на фоне других искажений для предыдущих конструкций.
Увеличение площади контактирования с токовыми зондами за счет
уменьшения размеров потенциальных зондов и разворот противопо-
ложных зондов на 90° (рис. 5.33d) позволяют выровнять поле в отвер-
стии, как показано на рис. 5.346. Надежность контактирования намно-
го увеличивается при использовании многоконтактных зондов (до ше-
сти пар токовых и потенциальных зондов), каждый из которых
свободен для самостоятельного контактирования. Если пары потен-
циальных и токовых зондов включать поочередно по кругу, можно ло-
кализовать дефект в отверстии (рис. 5.35).
Толщину металлизации отверстия рассчитывают из среднего
значения измеренных величин сопротивлений по различным вари-
антам сочетания их включения:
е=^.
ndR
где р — удельное сопротивление металла; Н — толщина платы; d —
диаметр отверстия; R — среднее значение сопротивления металлиза-
ции контролируемого отверстия.
С J-*.	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
I aST\AZel	компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 5. Элементы электрических соединений
Рис. 5.35. Система контактирования
из четырех пар перемещающихся
зондов: а — конструкция зондов; б —
схема расположения зондов.
Рис. 5.36. Стягивание линий тока
в сужение проводящей поверхности.
Рис. 5.37. Увеличение сопротивле-
ния металлизации отверстия в зави-
симости от величины трещины.
При наличии трещины
в металлизации отверстия ли-
нии тока, стягиваясь к прово-
дящим участкам, сильно ис-
кривляются (рис. 5.36). Поэто-
му падение напряжения в
районе трещины заметно боль-
ше, чем если бы распределение
плотности тока было равно-
мерным (рис. 5.37). Это повы-
шение падения напряжения,
отнесенное к суммарному току,
протекающему через металли-
зированное отверстие, пред-
ставляет собой добавочное со-
противление, обусловленное
наличием трещины в металли-
зации. В теории контактов это
добавочное сопротивление на-
зывается сопротивлением стя-
гивания и рассчитывается ис-
ходя из представлений области
стягивания как сферы малого
радиуса с бесконечной прово-
димостью.
Применительно к постав-
ленной задаче добавочное со-
противление металлизации от-
верстия, обусловленное тре-
щиной, можно рассчитать по
формуле:
При этом диаметр области
стягивания d предполагается
соизмеримым с длиной кон-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
FastwelcSr
5.5. Качество металлизации 261
тактирования, а за внешний периметр этой зоны принимается эк-
випотенциальная поверхность шириной nD, где D — диаметр от-
верстия.
В конечном счете трещины в металлизации монтажных отвер-
стий являются препятствием на пути припоя при пайке отверстий
и затрудняют теплопередачу от зоны нагрева к зоне пропая. Если
считать, что уменьшение теплопередачи, а значит, и электрической
проводимости отверстия на 10% не скажется существенным образом
на процессе пайки, можно принять допустимой трещину в металли-
зации на 1/3 окружности отверстия. Контроль качества металлиза-
ции отверстий по омическому сопротивлению возможен только по-
сле вытравливания печатного рисунка. Поэтому он может быть ис-
пользован лишь на конечном этапе изготовления печатных плат
субтрактивным методом.
Производительность электрического метода контроля металли-
зации при наличии приспособления для двухстороннего контакти-
рования с ручным приводом и визуальным считыванием показаний
прибора составляет 10...15 отверстий в минуту. Автоматизированные
средства на базе координатных столов с ЧПУ имеют производитель-
ность до 200 измерений в минуту. Точность измерения сопротивле-
ния определяется точностью используемых средств измерений. До-
стоверность контроля толщины металлизации по сопротивлению
составляет 10%.
Чувствительность метода применительно к обнаружению дефек-
тов металлизации намного повышается, если в процессе измерения
сопротивления через отверстие пропускают импульс тока, энергии
которого достаточно для разогрева ослаблений металлизации отвер-
стий. О наличии ослабления судят по изменению формы импульса
напряжения, вызванному нелинейным характером сопротивления
металлизации по месту утонченного сечения вследствие нагрева при
прохождении импульса тока. Чем меньше сечение металлизации,
тем больше рост напряжения импульса, и, если рост амплитуды им-
пульса больше установленного, специальное устройство регистриру-
ет брак [17].
Присутствие в отверстиях металлорезиста олово—свинец иска-
жает результаты контроля толщины медного гальванопокрытия по
сопротивлению не более чем на 10%.
ЕгигН	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
raSTWei	компоненты, ПП, сборка, тест
262
Глава 5. Элементы электрических соединений
5.5.7.	Реологические свойства
медного гальванопокрытия
Медное гальванопокрытие в отверстии должно иметь большую пла-
стичность с удлинением до 20%, высокую механическую прочность
и среднюю твердость HV002 ~ 100 кгс/мм2 (1 ГПа) без охрупчива-
ния. Для этого необходимы мелкокристаллическая структура, хоро-
Рис. 5.38. Образование трещин, ха-
рактерных при недостаточной плас-
тичности меди: 1 — диэлектрическое
основание слоя (межслойная изоля-
ция); 2 — медная фольга (контакт-
ная площадка слоя); 3 — медное
гальванопокрытие (металлизация
отверстия); 4 — гальванопокрытие
оловом—свинцом (металлорезист);
АВ — диагональная трещина, возни-
кающая в момент контакта припоя
с наружной контактной площадкой;
CD — поперечная трещина, возни-
кающая при подъеме припоя в от-
верстие; ABD — продольная трещи-
на, проходящая по слабому слою
химически осажденной меди, со-
единяющая две трещины АВ и CD
и способная вызвать дальнейший
отрыв покрытия в отверстии по ли-
нии DE.
шее макро- и микросглажива-
ние слоя. Решающее влияние на
характер структуры и механиче-
ские свойства осажденной меди
оказывают соосажденные орга-
нические и неорганические по-
сторонние вещества и газы, ко-
торые, внедряясь в межкристал-
литные пространства, снижают
сцепление слоя по границам зе-
рен и повышают хрупкость. По-
тоянный контакт электролитов
с поверхностями полимеров
служит причиной его загрязне-
ний органическими примесями.
Основные их источники: выще-
лачивание органического резис-
та и облицовки ванн, попадание
масла из воздушной магистрали
при барботаже, разложившиеся
органические присадки и добав-
ки. Обработки активированным
углем и фильтрация устраняют
эти загрязнения. Очень важно
поддерживать состав электроли-
та, например уменьшение со-
держания ионов металла и (или)
концентрации кислоты умень-
шает электропроводность, что
вызывает увеличение напряже-
FastwelCS^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации 263
Рис. 5.39. Способы нагружения пленок гальванопокрытия при контроле
пластичности: а — растяжение отделенной от подложки плен-
ки гальванического осадка; б — растяжение пленки гальвано-
покрытия на подложке; в — растяжение вспучиванием; г — рас-
тяжение продавливанием шарика; д — испытание на перегибы:
I — пленка гальванопокрытия; 2 — пленка гальванопокрытия
на подложке; 3 — вода под давлением; 4 — стальной шарик.
ния на электродах, перегрев ванны, многочисленные проколы рези-
ста, подгар покрытия, хрупкость гальванопокрытия.
Сернокислые электролиты при хорошей очистке способны со-
здавать гальванопокрытия с пластичностью 22...26 %. Борфтористо-
водородные электролиты в силу особых свойств его компонентов бы-
стро загрязняются органическими примесями, выщелачивая резисты
и футеровку ванны. Поэтому, несмотря на известные преимущества
перед сернокислыми электролитами по производительности осажде-
ния в. он используется редко из-за необходимости частой остановки
процесса для чистки ванн. На рис. 5.38 показаны линии трещин, воз-
никающих при пайке из-за недостаточной пластичности меди.
Для обеспечения высокой надежности сквозных металлизиро-
ванных отверстий достаточно иметь минимальную разрывную проч-
ность 350 МПа (35 кгс/мм2) и минимальную пластичность 6%. Ме-
тоды измерения пластичности тонких пленок приводят к широкому
диапазону результатов. В связи с этим исследователи идут на всевоз-
можные экспериментальные усложнения, чтобы получать одно-
значные результаты с высокой степенью повторяемости.
На рис. 5.39 показаны варианты таких испытаний, нашедших
применение в практике экспериментов. Однако в производственной
практике целесообразно испытывать отделенную от подложки плен-
ку гальванопокрытия, используя для этого обычную разрывную ма-
шину (рис. 5.39с). Из существующих способов регистрации пласти-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
FastwelfjS?

Рис. 5.40. Способы измерения пластичности при растяжении пленок:
а — по изменению расстояния между заранее нанесенными
рисками; б — по изменению расстояния между захватами раз-
рывной машины; в — по изменению сопротивления растяги-
вающей пленки.
ческой деформации, показанных на рис. 5.40, наиболее удобным
признан метод, по которому на образцах заранее нанесенными рис-
ками обозначают базу L, в процессе растяжения следят за появлени-
ем на образце сетки трещин (предвестников разрыва) и при их появ-
лении сбрасывают давление (рис. 5.40а).
Геометрия образца и режимы подготовки и испытаний пленки
оказывают значительное влияние на результаты измерений пластич-
ности. Это показано графиками на рис. 5.41. Результаты отличаются
в 1,6 раза при изменении ширины базы образца от 5 до 10 мм
(рис. 5.41а), в 2 раза при изменении длины базы от 20 до 70 мм
(рис. 5.416). Рисунок 5.41 в демонстрирует прямо пропорциональную
зависимость результата от толщины пленки. Наиболее стабильные
результаты измерения пластичности получаются при скорости рас-
тяжения 50... 100 мм/мин (рис. 5.41г). Термообработка пленок перед
испытаниями ускоряет процессы рекристаллизации меди и тем са-
мым способствует получению стабильных результатов
(рис. 5.416, е).
Анализ зависимости результатов измерения пластичности пле-
нок от геометрии образца и режимов испытании позволяет рекомен
довать следующие условия получения устойчивых результатов:
ширина базы, мм
длина базы, мм
толщина пленки, мкм
скорость растяжения, мм/мин
режимы термообработки
12 ± 0,05
50 + 0,25
50 ± 5 (идентично осаждению
на поверхности)
50...80
2 ч при 120°С на воздухе или
5 мин при 230°С в масле
FastwelcSv
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации
Рис. 5.41. Влияние геометрии образца пленки, режимов термообработ-
ки и нагружения на результат измерения пластичности. Зави-
симости: а — от ширины образца; б — от длины образца; в — от
толщины образца; г — от скорости нагружения; д — от степени
загрязнения и температуры обработки; е — от времени термо-
обработки: 1 — электролит полностью очищен от органичес-
ких загрязнений; 2 — контролируемое содержание добавок;
3 — загрязненный электролит.
Пластина для изготовления тест-образцов пленок показана на
рис. 5.42. В качестве материала используют нержавеющую сталь, по-
верхность которой сначала полируют, затем ей придается матовая
поверхность, чтобы получить необходимую плотность центров кри-
сталлизации на первой стадии гальванического наращивания (для
получения мелкокристаллического осадка) и в то же время обеспе-
чить отделение пленки после завершения процесса наращивания.
Fastwel^b
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 5. Элементы электрических соединений
Рис. 5.42. Пластина для изготовле-
ния тест-образцов для измерения
пластичности гальванопокрытий:
1 — фоторезист; 2 — оголенная ме-
таллическая поверхность для осаж-
дения пленки гальванопокрытия;
3 — металлическая поверхность для
присоединения к катодной штанге.
Рис. 5.43. Зависимость пластичности
меди, осажденной из сернокислого
электролита, от плотности тока:
I — при покачивании катодных
штанг без барботажа; 2 — при пока-
чивании с барботажем.
Очень важно при наращивании пленок тест-образцов полностью
воспроизвести режимы осаждения, принятые для рабочих плат
(рис. 5.43). Четкое соблюдение указанных рекомендаций позволяет
поддерживать ванны гальванического меднения в состоянии, обес-
печивающем качественную металлизацию отверстий (рис. 5.44)
5.5.8.	Металлографический анализ
элементов межсоединений
Наиболее достоверно контроль металлизации отверстий и внутрен-
них соединений МПП выполняется с помощью микрошлифов.
По микрошлифам можно выявить нарушение формы элементов со-
единений, дефекты сращивания металлизации с контактной пло-
щадкой внутреннего слоя, глубину подтравливания диэлектрика
в МПП, качество механической обработки отверстий, толщину
межслойной изоляции и другие важные элементы внутренней
структуры печатных плат.
Изготовление микрошлифов связано с разрушением образцов, что
исключает применение этого метода для контроля металлизации от-
верстий на рабочем поле платы, а результаты измерений толщины ме-
ди по микрошлифам отверстий, расположенных на технологических
слоях, могут дать ошибочные результаты: при недостаточной рассей-
FashvelcS/
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации
Рис. 5.44. Зависимость пластичнос-
ти медного гальванопокрытия от
времени работы ванны после очист-
ки: I — сразу после очистки; 2 — по-
сле недели работы; 3 — после месяца
работы; 4 — после двух месяцев ра-
боты.
вающей способности электроли-
тов вследствие краевого эффекта
толшина металлизации на краях
платы может оказаться неопреде-
ленно больше, чем на рабочем
поле платы. Однако при отработ-
ке методов контроля выбор кри-
териев годности по толщине и ка-
честву металлизации отверстий
может быть осуществлен только
по сечению микрошлифов.
На первых этапах отработки
новых технологических процес-
сов металлографический кон-
троль печатных плат по микро-
шлифам тест-элементов технологического поля является обязатель-
ным для каждой платы. По мере отработки процесса контроль по
микрошлифам становится выборочным и служит лишь для проверки
стабильности технологического процесса.
Для получения плоской поверхности среза образец устанавлива-
ется в фторопластовую форму и заливается компаундом, например
эпоксидным компаундом холодного отверждения Д-9 или Д-9а,
или акрилатными составами (такими, как бутакрил технический
и т. п.). Может успешно применяться опрессовка образна пластмас-
сами горячего отверждения. Заливочный состав должен иметь хоро-
шую адгезию с поверхностью образца. При механической обработке
шлифа должны быть предусмотрены меры, исключающие нагрев
образца. Срез следует отшлифовать и отполировать известными
способами, применяя все более и более тонкие абразивы. Шлифова-
ние производят на ткани, закрепленной на вращающемся круге,
от самой грубой до самой тонкой зернистости абразива. При перехо-
де на более мелкозернистый абразив необходимо соблюдать особую
осторожность и чистоту, чтобы не перенести частицы более крупно-
го абразива на операцию более тонкой обработки. Во избежание
смазывания металлов следует обработку шлифа вести под углом 45°
к образцу, а не вдоль или поперек образца. Переходить к следующей
стадий шлифовки можно только тогда, когда следы предыдущей
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
FastwelC/^5
268 Глава 5. Элементы электрических соединений
окончательно стерлись. Окончательная отделка микрошлифа —
полирование производится на биллиардном сукне или авиационном
войлоке (кордном фетре), натянутом на диски. Частота вращения
диска 50...500 об/мин.
При шлифовании среза необходимо выдерживать перпендику-
лярность плоскости образца к плоскости шлифования, а срез выпол-
нять точно по оси отверстия (рис. 5.45), иначе неизбежно возникают
ошибки в оценке толщины металлизации.
Полирование нужно производить алмазными пастами или на
пастах ГОИ, состав которых приведен в табл. 5.4.
Таблица 5.4. Состав паст ГОИ
Компоненты посты	Грубая паста	Содержание, % Средняя паста	Тонкая паста
Окись хрома	81	76	74
Силикагель	2	2	1,8
Стеарин	10	10	10
Расщепленный жир	5	10	10
Олеиновая кислота	-	-	2
Сода двууглекислая	-	-	0,2
Керосин	2	2	2
Продолжительность обработки микрошлифа на пастах ГОИ
не должна превышать: на грубой 3...5 мин на средней 2...3 мин,
на тонкой 1...2 мин. Большая продолжительность полировки при-
водит к заваливанию краев покрытий разной твердости и вследст-
вие этого к потере четкости границ раздела при наблюдении под
микроскопом. Для выявления кристаллической структуры по-
крытия и получения контраста между покрытиями применяется
химическое травление микрошлифа. Ниже приводятся два соста-
ва травящих растворов, применяемых в технологии печатного
монтажа.
Раствор № J
Бихромат калия, г	2
Вода, мл	100
Хлористый натрий, мл
насыщенный раствор водный, мл 4
Серная кислота, мл	8
FastwelcS
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5.5. Качество металлизации
Раствор № 2
3%-ный водный раствор перекиси водорода, мл 50
25%-ный водный раствор аммиака, мл	50
Перед травлением микрошлифы необходимо промывать в спир-
тобензиновой смеси для удаления остатков жиров от операции поли-
рования пастой ГОИ, затем обмывать водой и высушивать спиртом.
Толщину и качество покрытий контролируют с помощью
обычных или металлографических микроскопов при увеличении
50...200 крат. При тщательном изготовлении микрошлифа можно
достичь точности измерения толщины покрытия ±0,7 мкм.
Требования, предъявляемые к качеству металлизации и обработ-
ки отверстий печатных плат, состоят в следующем:
•	толщина медного гальванопокрытия в отверстии должна
быть не менее 25 мкм;
•	глубина подтравливания диэлектрика должна находиться
в пределах 10...30 мкм;
•	медное гальванопокрытие не должно иметь грубой границы
с торцами контактных площадок на внутренних слоях;
•	поверхность меди в отверстиях должна иметь защитное покры-
тие заданной толшины;
•	не допускаются металли-
ческие вкрапления в объе-
ме диэлектрика и инород-
ные включения в металли-
ческих покрытиях;
•	металлизация отверстий
должна быть сплошной,
плотной, мелкозернистой
с минимальными межкрис-
таллитными прослойками.
Для изготовления микро-
шлифов давно практикуется ис-
пользование комплекта лабора-
торного оборудования: штамп
для вырубки образцов, ручного
пресса для опрессовки образцов
в пресс-форме (рис. 5.46); пила
Рис. 5.45. Размер ошибок, вызван-
ных отклонением от перпендику-
лярности сечения микрошлифа
и несоосностью реза.
FastwelcSl’
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 5. Элементы электрических соединений
Рис. 5.47. Отрезная пила для разре-
за опрессованного образца по осям
отверстий.
Рис. 5.46. Пресс для опрессовки об-
разцов для металлографического
анализа.
Рис. 5.48. Полировочная машина.
для точного разреза образца по осям отверстий (рис. 5.47); полировоч-
ная машина для доводки поверхности микрошлифа (рис. 5.48); метал-
лографический микроскоп с видеокамерой и компьютерной обработ-
кой информации (рис. 5.49). На рис. 5.50 и 5.51 показаны примеры
микрошлифов, выполненные с использованием этой техники.
5.5.9. Контроль качества
контактных гальванопокрытий
Основным показателем коррозионной стойкости покрытий является
отсутствие в них пор и трещин. Поры в покрытиях могут быть сквозны-
ми, т. е. доходящими до меди или другого подслоя, или замкнутыми.
Обычно размеры пор невелики, и поэтому они не могут быть различи-
мы невооруженным глазом. В технике печатного монтажа выявление
пористости покрытий производится только на печатных ламелях, так
как они в течение всего периода эксплуатации печатного узла остаются
без лаковых покрытий и должны при этом сохранять чистоту поверхно-
сти для обеспечения надежного контактирования с розеткой.
Основанием для выбора метода контроля пористости является
соотношение электрохимических потенциалов покрытия и под-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
FastwelC/??
5.5. Качество металлизации
слоя. Если анодом является
подслой, поры выявляются об-
работкой поверхности специ-
альным раствором, который, не
действуя на металл покрытия,
реагирует через поры с метал-
лом подслоя, образуя хорошо
видимые продукты коррозии.
Если анодом является покры-
тие, то поры выявляются путем
наложения тока в направлении
от подслоя к покрытию. В этом
случае коррозия краев печатных
элементов не является призна-
ком дефекта.
Испытания обработкой по-
верхности раствором проводят
в следующем порядке. На подго-
товленную и высушенную по-
верхность печатных ламелей на-
кладывают фильтровальную бу-
магу, пропитанную раствором,
выбранным по табл. 5.5. После
выдержки в течение 10 мин бума-
гу снимают с платы, промывают
струей воды и оставляют сохнуть
на чистом стекле. В местах пор на
бумаге отпечатываются красно-
бурые (следы меди) и желтые
(следы никеля) пятна. Для выяв-
ления глубинных пор многослой-
ного покрытия печатных ламелей
палладий (золото)—подслой ни-
келя—медь после снятия с образ-
ца фильтровальную бумагу обра-
батывают растворами, выбран-
ными по табл. 5.6.
Рис. 5.49. Металлографический ми
кроскоп с видеокамерой и компью
терной обработкой.
Рис. 5.50. Микрошлиф металлизи
рованного отверстия после компью
терной обработки.
Рис. 5.51. Микрошлиф стыка метал
лизации отверстия с торцами внут-
ренних слоев.
Fas+welC?i?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 5. Элементы электрических соединений
Таблица 5.5. Растворы для определения пористости покрытий
Контактное покрытие	Основной металл или подслой	Компоненты рествора	Содержание в растворе, г/л
Золото, палладий, родий	Медь	Калий железосинеродистый K3Fe(CH)g Натрий хлористый NaCl Аммоний хлористый NH4CI	10 60 30
Серебро	Медь	Калий железосинеродистый K3Fe(CH)g Натрий хлористый NaCl	10 20
Золото, палладий, родий, серебро	Никель	Калий железосинеродистый K3Fe(CH)6 Натрий хлористый NaCl	10 20
Проведение обработки для выявления пор до меди
После промывания фильтровальную бумагу с отпечатками пор
кладут на чистое стекло и равномерно смачивают раствором № 1.
При этой обработке желтые пятна (следы никеля) исчезают, а крас-
но-бурые пятна (следы пор по меди) остаются.
Проведение обработки для выявления пор до никеля
Фильтровальную бумагу, как и в предыдущем случае, обрабаты-
вают раствором № 2. После превращения следов никеля в ярко-ро-
зовые пятна бумагу промывают струей воды и оставляют сохнуть на
чистом стекле. При этой обработке следы пор до меди бледнеют и не
мешают анализу пористости до никеля.
Таблица 5.6. Растворы для последующей обработкаи фильтровальной
бумаги
Номер раствора	Основной металл или подслой	Компоненты раствора	Содержание в растворе, г/л
№ 1	Медь	Калий железистосинеродистый	40
№2	Никель	Диметил глиоксим Аммиак водный 25%-ный	2 500 мл/л
Проведение испытании в среде промышленных газов
Методика МЭК рекомендует определение пористости контакт-
ных покрытий печатных ламелей производить выдержкой в среде аг-
рессивных газов или электрографическим методом.
Fastwelf^l^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
5 5. Качество металлизации
В первом случае образец выдерживается во влажной атмосфере,
содержащей сернистый ангидрид и сернистый водород, которые вы-
зывают появление продуктов коррозии в нарушениях сплошности
контактного покрытия (золота, палладия, родия на меди или под-
слое никеля). Испытания проводятся в эксикаторе объемом 10 л.
На дно эксикатора наливают 0,5 мл дистиллированной воды, затем
в него укладывают перфорированную керамическую пластинку, ко-
торая служит подставкой для испытуемых образцов.
После размещения образцов испытуемой стороной вверх экси-
катор наполняют 100 мл газа сернистого ангидрида, плотно закры-
вают крышкой и оставляют закрытым не менее чем на 24 ч. В конце
этого периода эксикатор открывают и оставляют открытым на 1 ч.
Точно таким же образом второй эксикатор наполняют сернистым
водородом и выдерживают 24 ч. После поочередного воздействия
указанных газов контролируется состояние контактного покрытия
по наличию пятен коррозии и значению переходного сопротивле-
ния сочленения с контактами розетки.
Электрографические методы
Электрографические методы испытания пригодны для золота,
палладия и родия, покрывающих медь. Для этого фильтровальная бу-
мага пропитывается 10%-ным подкисленным раствором хлористого
кадмия и высушивается. Затем ее помешают в 5%-ный раствор серно-
кислого натрия до образования равномерного желтого цвета. Обрабо-
танная реактивная бумага промывается в проточной воде приблизи-
тельно в течение одного часа, после чего тщательно высушивается.
В качестве абсорбирующей прокладки рекомендуется использовать
специальную плотную бумагу, пропитанную дистиллированной во-
дой и затем слегка подсушенную. Для этой же цели можно использо-
вать фотобумагу, обработанную в фиксаже и тщательно промытую.
На очищенную поверхность образца накладывают реактивную бума-
гу, увлажненную абсорбирующую прокладку и свежеочищенную алю-
миниевую пластину из материала высокой чистоты. Этот комплект
зажимают так, чтобы давление составляло примерно 14...17 кгс/см2.
Между образцом и алюминиевой пластиной подают постоянный ток
плотностью 7,5 мА/см2 в течение 30 с. Полярность тока должна быть
такова, чтобы образец служил анодом, а алюминиевая пластина — ка-
тодом. В этих условиях ионы меди через поры покрытия переносятся
Е J-*. I	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
3STW '	компоненты, ПП, сборка, тест
274 Глава 5. Элементы электрических соединений
Рис. 5.52. Электрографический ме-
тод контроля пористости покрытий:
1 — алюминиевая пластина (катод);
2 — абсорбирующая прокладка; 3 —
реактивная бумага; 4 — пора в покры-
тии; 5 — прореагировавший химичес-
кий индикатор; 6 —контролируемое
покрытие; 7 — медный подслой.
на реактивную бумагу и образуют
сульфид меди (рис. 5.52), имею-
щий темно-коричневую или чер-
ную окраску, выделяющуюся на
желтом фоне непрореагировав-
шего сульфида кадмия. Поверх-
ность сульфида меди покрывает
выходную площадь поры и таким
образом обрисовывает размер
и форму поры.
Электрографический метод
является простым надежным ви-
дом неразрушаюших испыта-
ний. Получаемое этим методом
электрографическое изображение пористости покрытий сохраняет-
ся долгое время и может служить документом.
5.6. Контроль параметров линий связи
При распространении сигнала по линиям связи могут изменяться
его форма и фаза, возникать всевозможные отражения, способные
вызвать ложные срабатывания логических элементов или изменить
параметры аналогового устройства. Причинами этого могут быть
такие дефекты, как неоднородность диэлектрической проницаемо-
сти среды, в которой проложена линия связи, неоднородность гео-
метрических размеров проводников, а также различия в конструк-
тивном исполнении соединений участков линии (печатный про-
водник, витая пара, соединитель и т. п.), ответвления линии и т. д.
Взаимосвязь между параметрами линий связи и их конструкцией
достаточно полно изложена в литературе [18]. С точки зрения тех-
нологического обеспечения надежности функционирования линии
достаточно выдержать геометрические характеристики и физичес-
кие параметры среды (диэлектрика), чтобы с уверенностью гаран-
тировать однородность линии. Для конструкторских исследований
часто возникает необходимость убедиться в достоверности выбран-
ных решений по геометрическим параметрам линий в сочетании
с конкретными конструкциями экранов. В этих случаях возникает
j www.fastwel.ru
rQSTWei	тел.: (095) 234-06-39
5.6. Контроль параметров линий связи
потребность в измерениях пара-
метров линий связи.
Измерение емкости С (при
разомкнутом конце линий)
и индуктивности L (при замкну-
том конце линии) производится
любыми доступными средства-
ми. Следует лишь учитывать за-
Рис. 5.53. Элементарный участок
линии связи с равномерно распре-
деленными параметрами.
висимость диэлектрической проницаемости полярных, слабополяр-
ных и композиционных диэлектриков от частоты, сказывающуюся
на результате измерения емкости линии, и влияние поверхностного
эффекта на высоких частотах.
Более сложная задача — измерение волнового сопротивления ре-
альной линии Zo, связанное с распределенными параметрами линии
(рис. 5.53) соотношением
IR + JcoL
у G + jcoC
В линии без потерь, когда А = О, G = 0, или на высоких частотах,
когда со -» оо,
В установившемся режиме или при постоянном токе (со = 0).
Качественная зависимость Zo от частоты показана на рис. 5.54.
Исходя из этих соотношений достаточно измерить параметры ли-
нии L,C,Rm G, чтобы найти ее волновое сопротивление. Или, зная, что
значение ег известно и постоянно, можно измерять только емкость
С линии и волновое сопротивление находить из соотношения
2’о=33,3^.
Однако такие измерения дают только усредненный результат и не
позволяют судить о наличии неоднородностей в линии.
I	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
I	компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 5. Элементы электрических соединений
Рис. 5.54. Характер зависимости
волнового сопротивления линии от
частоты.
Рис. 5.55. Импульсный «эхо-тестер»
для контроля неоднородностей ли-
нии: а — схема установки; б — ре-
зультат контроля (большой выброс
волнового сопротивления обуслов-
лен наличием неоднородности —
элемента соединения кабеля с кон-
тролируемой линией).
Один из методов, широко ис-
пользуемых для опенки устройств
с линиями передачи, метод ре-
флектометрии. При этом методе
в линию связи подается импульс
с крутыми фронтами. Когда этот
импульс встречает неоднород-
ность, возникает отраженная
волна, которая распространяется
в обратном направлении, к ис-
точнику сигнала, где и произво-
дятся измерения ее амплитуды
и момента прихода. Если ско-
рость распространения сигнала
известна, можно определить уча-
сток изменения волнового со-
противления. Кроме того,
по амплитуде отраженной волны
можно найти значение волново-
го сопротивления.
В измерительной установ-
ке (импульсный «эхо-тестер»)
(рис. 5.55) импульсы следуют по
кабелю с известным волновым
сопротивлением Zo. Любой от-
раженный сигнал свидетельст-
вует о наличии неоднородности.
Для обеспечения хорошей достоверности результатов исследова-
ний измерения волнового сопротивления линий связи следует про-
водить на соединениях больше критической длины. Например,
при задержке распространения сигнала 6 нс/м (типичное значение
для МПП с волновым сопротивлением линий 50 Ом) и времени на-
растания импульса 1 нс переходный процесс завершается на крити-
ческой длине, равной 170 мм.
FastwelcB^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
ГЛАВА 6
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
ИЗОЛЯЦИЯ ЦЕПЕЙ
ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Увеличение плотности соединений в печатных платах выдвигает
особые требования к повышению уровня электрической изоляции
разобщенных печатных цепей. Применяемые для изготовления пе-
чатных плат слоистые пластики (композиционные диэлектрики)
имеют более низкие электроизоляционные характеристики, чем
другие, применяемые обычно в качестве конструкционных изолиру-
ющих материалов: стекло, керамика, полимеры и многие пластмас-
сы. Неблагоприятны также для электроизоляционных свойств пе-
чатных плат относительно высокие влагопоглощение и пористость
базовых материалов, способствующие загрязнению диэлектрика
продуктами химической обработки на стадиях изготовления, монта-
жа и эксплуатации печатных плат.
Роль электрической изоляции в печатных платах становится
все более важной и ответственной в связи с повышением требова-
ний к надежности РЭА. Для оценки качества электроизоляцион-
ных конструкций печатных плат в первую очередь используют та-
кие параметры, как электрическое сопротивление и электрическая
прочность.
6.1.	Природа электропроводности
композиционных диэлектриков
6.1.1.	Зависимость сопротивления от температуры
Электропроводность твердых диэлектриков определяется в основ-
ном движением ионов, так как энергия освобождения иона меньше,
чем электрона. Нагревание диэлектрика уменьшает его удельное со-
противление из-за возрастания количества освобожденных ионов.
Поэтому температурная зависимость удельного сопротивления
твердых диэлектриков подчиняется закону Аррениуса:
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
278 Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
„	„ Е ! кТ
Pv ~ Р 0е ’
гдеро — предэкспоненциальный коэффициент; Е — энергия актива-
ции диэлектрика; к — постоянная Больцмана; Т — абсолютная тем-
пература.
6.1.2.	Сопротивление композиционных диэлектриков
Композиционные диэлектрики содержат, по меньшей мере, два
диэлектрика с различными значениями энергии активации и ко-
эффициента ро. Сопротивление сложного диэлектрика может быть
определено на основании уравнения Лихтенеккера, которое в об-
щем случае имеет в виду расчет самых различных свойств (напри-
мер, теплопроводности, диэлектрической проницаемости и т. п.)
смесей:
р* = 0^, + 02р?2,
где РкРирРк, ~ удельные сопротивления смеси и компонентов; 0]
и в2 — объемные концентрации компонентов, удовлетворяющие со-
отношению 0} + 02 = 1; X — константа, характеризующая распреде-
ление компонентов и принимающая значения от —1 до +1.
Частные случаи:
•	параллельные включении компонентов (закон Аррениуса):
X - — 1, имеет вид
Pv = ®|РГ] +®2Рг2>
•	последовательные (послойные) включение компонентов (на-
пример, двухслойная полимерная пленка): когда / = +1, имеем
р,+,=вд; +о2р;;.
Наконец, когда оба компонента распределены хаотически (что
имеет место в слоистых пластиках, стеклопластиках, пластмассах
и др.), уравнение Лихтенеккера приобретает вид:
lnpF =©,1прГ| +021прГ2.
j www.fastwel.ru
CISTWGI	тел.: (095) 234-06-39
6.1. Природа электропроводности композиционных диэлектриков 279
После преобразований последнего соотношения получим выра-
жение для температурной зависимости удельного сопротивления
двухкомпонентного диэлектрика:
Pv =РтР02 ехР----, 2 2 
кТ
Аналогично для многокомпонентного диэлектрика:
„	£е,Е,
1=1
Pv = \Ро, exp— —
1=1	kT
где п — число компонентов, составляющих объем диэлектрика.
6.1.3.	Сопротивление
и природа диэлектриков
Удельное сопротивление сильно полярных диэлектриков ниже, чем
у слабополярных или неполярных, так как молекулы первых в боль-
шей степени способны диссоциировать на ионы и облегчать диссо-
циацию посторонних примесей. Поэтому для изоляционных мате-
риалов с высокой диэлектрической проницаемостью следует ожи-
дать меньшее сопротивление изоляции и, как будет показано,
меньшую электрическую прочность. Мало того, полярные диэлект-
рики в процессе производства труднее освободить от побочных
продуктов реакций.
Более распространены диэлектрики, молекулы которых не об-
ладают способностью легко ионизироваться, но ионная электро-
проводность создается за счет диссоциации неизбежно присутству-
ющих в диэлектрике загрязнений, сопровождающих его на всем
протяжении жизни: от синтеза до использования. Это примеси вла-
ги, солей, кислот, щелочей и т. п. Даже весьма малые, часто с трудом
обнаруживаемые физико-химическим анализом примеси способны
заметно влиять на проводимость диэлектрика. У диэлектрика
с ионным характером электропроводности строго соблюдается за-
кон Фарадея, т. е. пропорциональная связь между количеством про-
шедшего через диэлектрик электричества и выделившимся на элек-
тродах веществом.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
6.1.4.	Сопротивление и влага
При увлажнении диэлектрика его удельное сопротивление резко
уменьшается. Это объясняется тем, что вода и имеющиеся в ней
примеси диссоциируют на ионы или же сама вода способствует дис-
социации молекул вещества.
Большое практическое значение при эксплуатации имеет по-
верхностное сопротивление диэлектрика, зависящее от природы
и свойств его поверхности и в большей степени от влаги, образующей
с растворенными загрязнениями среду с низким сопротивлением.
6.2.	Сопротивления электрической
изоляции печатных плат
ГОСТ 23752 назначает сопротивление изоляции печатных плат неза-
висимо от их конструкций, хотя очевидно, что сопротивление изо-
ляции разобщенных цепей зависит от длины и ширины зазоров,
а также от природы материала диэлектрического основания.
6.2.1.	Критерии работоспособности
и качества изоляции
Изоляция в первую очередь не должна оказывать шунтирующего
действия на функционирование печатного узла или блока. Это тре-
бование формулируют кратностью превышения сопротивления изо-
ляции сопротивлению нагрузки применяемых элементов. В зависи-
мости от условий работы эта кратность должна составлять 20... 1000.
Многие технические условия на электронную аппаратуру устанав-
ливают требования к сопротивлению изоляции в нормальных усло-
виях не менее 20 МОм при максимальном рабочем напряжении до
500 В и не менее 100 МОм при максимальном рабочем напряжении
от 500 до 1000 В.
Однако для оценки качества и прогнозирования надежности
печатных плат требования к уровню изоляции должны быть соиз-
меримыми с расчетными значениями, полученными из удельных
характеристик базовых материалов, так как меньшее сопротивле-
ние изоляции относительно расчетных свидетельствует о недопус-
FastwelcS?
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
6.2. Сопротивления электрической изоляции печатных плат 281
темой, загрязненности печатных плат, что может служить причи-
ной отказа.
В ряде случаев большое сопротивление изоляции может потре-
боваться для обеспечения работоспособности элементов с больши-
ми сопротивлениями входа-выхода (например, МДП-транзисторы,
приборы с зарядовой связью и др.). При конструировании цепей,
связанных с такими элементами, на основании тех же расчетов вы-
бирается требуемое расстояние между печатными проводниками
или они по возможности укорачиваются.
Конструктивный расчет изоляции МПП требует особого подхо-
да, поскольку большая часть печатных проводников находится
в объеме слоистой конструкции, создающей заметное своеобразие
в механизме электропроводности изоляции МПП. Анализ весомос-
ти тех или других путей утечки тока между цепями МПП должен со-
здать предпосылки для уточнения требований к электроизоляцион-
ным характеристикам МПП.
Поэтому нельзя считать оправданным формулирование в норма-
тивных документах требования к сопротивлению изоляции незави-
симо от конструкционных характеристик печатных плат: размеров,
плотности проводящего рисунка, длины цепей, расстояния между
печатными проводниками. Такое положение порождено недоверием
к возможности определения требований к изоляции расчетным пу-
тем, поскольку имеющиеся методы расчета не дают хорошего совпа-
дения с практическими результатами.
6.2.2.	Расчет сопротивления изоляции
печатных плат
Сопротивление изоляции печатных цепей Rs, Ом, вычисляется
по известной формуле:
Rs=p£A
где Rs — удельное поверхностное сопротивление материала, Ом; С —
расстояние между проводниками, см; I—длина проводников, см. Ес-
ли расстояния между проводниками непостоянны по длине близле-
жащих проводников, отношение С/1 можно вычислять исходя из вы-
ражения
Fas+welC?^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
1 _ 1 1 1
С/Г CJI* Сг11г + "+ С„П„’
где индексы обозначают части отрезков с различными рас-
стояниями между проводниками С[...Сп.
Если требования к материалу предусматривают оценку качества
изоляции по величине сопротивления между специальными элект-
родами, так называемыми «гребенками» (рис. 6.1), расчет поверх-
ностного сопротивления печатных плат получается более достовер-
ным: в этом случае учитывается особенность конструкций печат-
ных плат. Сопротивление изоляции электрически разобщенных
цепей (в омах) находят из соотношения
I С
р — р гр
‘'из ~ г'гр , >
где Ipp, СГр — соответственно длина и ширина изоляционного зазо-
ра электрода-«гребенки» (по ГОСТ 10316 1ГР = 600 мм, СГР =
= 1 мм); I и С — соответственно длина и ширина изоляционного рас-
стояния разобщенных цепей.
Рис. 6.1. Электроды для измерения
поверхностного сопротивления
«гребенка»
Сопротивление между про-
водниками, расположенными
в объеме МПП на разных внут-
ренних слоях или на противо-
положных сторонах печатных
плат, определяется объемным
сопротивлением материала:
Ry=р у E/S,
где Ry— сопротивление изоля-
ции электрически разобщен-
ных цепей по объему диэлект-
рика, Ом; ру — удельное объ-
емное сопротивление диэлект-
рика, Ом-см; Е — толщина
межслойной изоляции или
толщина печатной платы, см;
S — площадь проекции печат-
Fastweld?/
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
ных элементов одной стороны на плоскость элементов другой
стороны, см.
6.2.3.	Сопротивление изоляции МПП
Одна из особенностей конструкций МПП состоит в том, что они
содержат проводящие плоскости слоев питания, пронизанных
многочисленными металлизированными отверстиями. В зоне от-
верстия тем самым образуется участок изоляции в виде двух коак-
сиальных цилиндров (рис. 6.2). Сопротивление изоляции одного
такого участка в обычных конструкциях печатных плат достаточно
велико и учитывать его, как правило, нет необходимости. Но, ког-
да МПП содержит тысячи сквозных отверстий, а значит, тысячи
таких участков, их влияние на величину сопротивления изоляции
цепей питания становится существенным. Сопротивление изоля-
ции между коаксиальными цилиндрами Рц рассчитывается по
формуле:
= ^1п-^,
2лД dl
где Д — длина меньшего цилиндра, в данном случае толщина фоль-
ги внутреннего слоя, см; d2 — диаметр внешнего электрода — окна
перфорации слоя питания; dx —
диаметр внутреннего электрода
— отверстия сверления под ме-
таллизациюю.
Для слоистых пластиков со-
противление вдоль слоев суще-
ственно меньше объемного со-
противления поперек слоев. По-
мимо обычных причин такого
явления, связанных с неплотно-
стями адгезионной связи смолы
с нитями стеклоткани, ухудшен-
ные диэлектрические свойства
вдоль слоев вызываются разру-
шением стеклянной пряжи при
Рис. 6.2. К расчету сопротивления
изоляции МПП: а — сквозное ме-
таллизированное отверстие, прони-
зывающее слои питания; б — пути
токов утечек по внутренним слоям
МПП: 1 — металлизированное от-
верстие; 2 — слой земли; 3 — слой
питания.
FastwelfJ>
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
сверлении, однонаправленным загрязнением объема МПП продук-
тами химической обработки.
Отсутствие в нормативной документации удельных характерис-
тик изоляции вдоль слоев заставляет воспользоваться специально
проведенными исследованиями изоляции вдоль слоев МПП. Так
как для МПП утечки вдоль слоев наиболее заметно сказываются на
участках между металлизированными отверстиями и перфорациями
слоев питания, были проведены измерения сопротивления между
слоями земли и основного питания МПП с металлизированными
отверстиями и без них. Разница в результатах измерений определи-
ла суммарный эффект утечки токов вдоль слоев МПП. Исследова-
ния показали удельное значение внутреннего сопротивления поряд-
ка 1О10 Ом-см, что совпадает со значениями этого параметра для
электротехнических стеклопластиков.
6.3.	Общая модель отказов изоляции
слаботочной аппаратуры
6.3.1.	Электрохимическая форма отказов
Распространенной причиной отказов изоляции печатных плат, ис-
пользуемых в микроэлектронной аппаратуре, является электрохи-
мический процесс в условиях одновременного воздействия напря-
жения и влаги. Этот процесс протекает в поверхностной пленке
конденсата или влаги, заполняющих участок между печатными
проводниками. Источником увлажнения может служить конденсат
паров воды из воздуха (роса) или повышенная влажность воздуха.
В реальных условиях даже при полной стерильности поверхнос-
ти печатных плат конденсированная пленка воды содержит раство-
ренные газы: двуокись углерода, в промышленной зоне — двуокись
серы, в помещениях, где обитают люди, — сероводород и аммиак.
Образующиеся угольная, серная и другие кислоты в сотни и даже
тысячи раз увеличивают электропроводность воды. Кроме того, во-
да на свету частично диссоциируется, поэтому она всегда является
электролитом.
Отказы электрохимического происхождения являются формой
отказов, характерной для слаботочной микроминиатюрной аппара-
Fastwel ^5?^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
6.3. Общая модель отказов изоляции слаботочной аппаратуры 285
туры, тепловыделения в которой
недостаточны для самоподсуши-
вания, а незначительный уро-
вень напряжений не вызывает
испарения заполняющей изоля-
ционные промежутки поверхно-
стной пленки влаги. Одновреме-
нное присутствие в изоляцион-
ном зазоре влаги, растворимых
загрязнений и электрического
напряжения создает условия для
протекания электролиза, являю-
щегося основой электрохимиче-
ского процесса отказа изоляции.
В результате электролиза про-
водник-анод растворяется, отда-
вая воде положительно заряжен-
ные ионы металла, которые, на-
правляясь к проводнику-катоду,
Рис. 6.3. Схема прорастания изоля-
ционного зазора проводящим мос-
тиком («дендрит»).
а
Рис. 6.4. Фотографии токопроводя-
щих мостиков из меди (а) и олова
(б), образовавшиеся в результате
электрохимического процесса отка-
за изоляции.
восстанавливаются на нем до металлического состояния, образуя
в изоляционном зазоре проводящие перемычки дендритоподобной
рыхлой структуры
В результате этих процессов за несколько минут в водной среде
могут образоваться нитевидные кристаллы толщиной 2...20 мкм
и длиной до 12 мм. После образования перемычки кристаллы посте-
пенно утолщаются до 0,1 мм, приобретая отчетливый металличес-
кий блеск. Сопротивление таких кристаллов может доходить до 1 Ом
(рис.6.4).
6.3.2.	Схема электрохимического процесса
отказа изоляции
Быстрый процесс прорастания металлической перемычки через за-
зор стимулируют три фактора: градиент концентрации раствора
у фронта кристаллизации, разогрев раствора в этой области (плот-
ность тока здесь достигает 1 А/мм, а выделяемая близ вершины рас-
тущего кристалла мощность 10 Вт/мм3) и импульс, передаваемый
FastwerfSl"
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
286 Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
Рис. 6.5. Схема процесса дендрито-
образования.
водной среде движущейся вер-
шиной кристалла (рис. 6.5). Рас-
тущий кристалл, как насос, вы-
качивает ионы металла из
цилиндрической области элект-
ролита, диаметр которой при-
мерно в 5 раз больше диаметра
кристалла. Причем на субми-
кронном расстоянии от поверх-
ности растущего кристалла кон-
центрация раствора падает поч-
ти до нуля, и именно на этот
слой приходится почти все паде-
ние напряжения электрохими-
ческой цепи. В этом случае про-
странство между проводниками
как бы пронизывается разрозненными иглами, вытягивающимися
в направлении доставки, питающей среды. В дальнейшем кристалл
растет по градиенту концентрации с такой скоростью, с какой к не-
му успевают поступать ионы металла. Процесс развития единичных
кристаллов в дендрит связан с обеднением концентрации в направ-
лении роста кристалла, приводящим к росту зародышей на боковых
гранях кристаллов в сторону большего градиента концентраций.
В результате кристаллы начинают ветвиться, образуя древоподоб-
ную структуру («дентрит», как показано на рис. 6.5).
Скорость образования проводящих перемычек определяется ма-
териалом проводников, относительной влажностью среды, смачива-
емостью, водо- и влагостойкостью изоляции, величиной напряже-
ния. Если изоляционный зазор загрязнен водорастворимыми или
слаборастворимыми примесями, часть ионов металла, не достигнув
катода, восстанавливается анионами диссоциированных примесей
до металлического состояния, образуя беспорядочное заполнение
зазора металлом.
При напряжении более 25 В растущие проводящие перемычки
разрушаются мощными газовыделениями на электродах, при этом
изоляционный промежуток заполняется высокодисперсным по-
рошком.
FastwelcS^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
6.4. Частная модель отказов изоляции МПП 287
При переменном напряжении отказ изоляции электрохимичес-
кого происхождения хотя и затруднен, но процесс протекает и в этом
случае. Это явление можно объяснить, если учесть наличие вентиль-
ного эффекта при электролизе ряда металлов, в том числе серебра,
меди, никеля и др. Вентильный эффект возникает, когда катодная
и анодная поляризации неодинаковы, и поэтому сопротивления на
границе фаз металл—электролит при прохождении электрического
тока в прямом и обратном направлениях будут различны.
6.3.3.	Имитация электрохимического процесса
отказа
Анализ практических данных показывает, что отказ из-за наруше-
ния изоляции наиболее быстро возникает при относительной
влажности среды более 95%. Поэтому для аппаратуры, предназна-
ченной для работы в условиях повышенной влажности, необходи-
мо принимать специальные меры обеспечения влагоустойчивости.
Условия образования проводящей перемычки можно имитиро-
вать смачиванием изоляционного промежутка между печатными
проводниками каплей дистиллированной воды при подаче на них
напряжения 3...5 В.
Имитация условий возникновения отказов печатных плат из-за
электрохимических процессов убеждает, что они возможны при ис-
пользовании любых металлических покрытий. Однако наибольшую
способность вызывать отказы такого рода имеют серебро и медь, на-
именьшую — золото и палладий. Пассивация поверхности печатных
проводников существенно снижает интенсивность электрохимичес-
кого процесса.
6.4.	Частная модель отказов изоляции МПП
6.4.1.	Дефекты электроизоляционной конструкции
МПП
В производстве МПП нельзя ограничиваться визуальным контро-
лем внутренних и наружных слоев, поскольку основная масса де-
фектов изоляции создается в объеме МПП, не доступном для визу-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel=d§^
Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
ального осмотра. Анализ отказов изоляции МПП показывает, что их
основными источниками являются локальные дефекты диэлектрика
(особенно опасны участки, не заполненные смолой и различимые
при осмотре вытравленного слоя на просвет), местные расслоения
или слабое сцепление слоев МПП, инородные включения и загряз-
нения между слоями МПП Указанные дефекты так или иначе при-
водят к образованию продольных микрополостей вдоль слоев МПП
(рис. 6.6). Операция подтравливания диэлектрика несколько увели-
чивает размеры внутренних полостей и оставляет в них продукты
травления. Геометрия межслоевых микрополостей такова, что обмен
жидкости в них при отмывке почти не происходит, поэтому они
практически не освобождаются от загрязнений. Последующие про-
цессы химического меднения усугубляют загрязнение микрополос-
тей, а гальваническая металлизация отверстий закрывает их от сто-
роны отверстий, закупоривая в объеме дефекта электролит медне-
ния и предыдущие загрязнения.
Может показаться, что в процессе химического и гальваничес-
кого меднения происходит обычная металлизация микрополости.
На самом деле это может иметь место, когда межслоевые полости
достигают такого размера, что в них становится возможным обмен
растворов, необходимый для нормального обеспечения процесса
осаждения. Однако такие дефекты легко распознаются при визу-
альном контроле или при контроле сопротивления изоляции, по-
этому для их обнаружения нет
Рис. 6.6. Микрополость в диэлект-
рике (1) между металлизацией от-
верстия (2) и краем перфорации
слоя питания (3).
необходимости принимать осо-
бые меры.
Труднее выявить дефекты
расслоений, если их размер не
превышает 100 мкм. Такие мик-
рополости заполняются водой
на первой же операции отмыв-
ки, а растворы химического
меднения попадают в них толь-
ко в результате диффузионных
процессов в ограниченном ко-
личестве. Гальваническая ме-
таллизация тонких расслоений
FastwelCS'
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
тоже затруднена из-за ограниченной рассеивающей способности
электролитов. Этим можно объяснить достаточно высокий уровень
сопротивления изоляции МПП с дефектами в виде межслоевых
микрополостей. Тем не менее уже в процессе наладки аппаратуры
многослойные платы с такими дефектами проявляют склонность
к отказам, выражающимся в постепенном снижении сопротивле-
ния изоляции до значений, вызывающих сбои в работе функцио-
нальных узлов и блоков. Если такие дефекты были заложены меж-
ду цепями питания МПП, сопротивление изоляции постепенно
снижается до значений, вызывающих возгорание МПП в работаю-
щем устройстве.
6.4.2.	Микрополости — основной источник
отказов изоляции МПП
Наличие в межслоевых микрополостях МПП водорастворимых
химических загрязнений способствует образованию в них элект-
ролитов даже в условиях нормальной влажности, так как молеку-
лы воды, диффундируя через толшу МПП, задерживаются у час-
тиц солей, стремясь растворить их. В связи с тем, что упругость
паров воды, насыщенной солью, меньше упругости паров чистой
воды, внутрь локального дефекта, содержащего водораствори-
мые загрязнения, диффундирует вода. При этом стенки межсло-
евой полости растягиваются, что приводит или к дальнейшему
расслоению МПП, или благодаря упругому натяжению стенок
микрополости создается противодействие дальнейшему погло-
щению воды. Интенсивному поглощению влаги способствует
также повышенная пористость (водопоглощение) тонких фоль-
гированных материалов. Заполнение межслоевых микрополос-
тей влагой создает условия для протекания электролиза, в ре-
зультате которого на изоляционном участке образуются проводя-
щие перемычки.
Плотность современного печатного монтажа настолько велика,
что даже незначительное число дефектов диэлектрика, наличие
между слоями гигроскопических или жировых загрязнений (в част-
ности, с поверхности кожи) создают достаточно ощутимую вероят-
ность ослабления изоляции.
Гт f ^л.п.1	КОНТРАКТНОЕ производство
ГС1оТчЛге1 v компоненты, ПП, сборка, тест
290 Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
6.4.3.	Ускоренные испытания изоляции
Деградация диэлектрика МПП проходит две стадии. На первой стадии
пребывания в условиях большой относительной влажности происхо-
дят расщепление слоев МПП и отделение эпоксидной смолы от стек-
лянных волокон вследствие осмотических процессов и гидролиза. По-
сле смыкания полости между разнопотенциальными цепями начина-
ется электрохимический процесс роста токопроводящих перемычек
вдоль стенок полости, который завершается отказом. Скорость про-
цессов первого этапа зависит от влажности и температуры, но не зави-
сит от напряжения и расстояний между проводниками. Исследования
показали, что время т завершения первого этапа, регистрируемое как
излом временной зависимости сопротивления изоляции, можно при-
ближенно оценить, модернизировав уравнение Аррениуса:
_ ^Ь„Е1кТ
т = а<р е ,
где <р — относительная влажность, %; а, b и Е— константы, характе-
ризующие свойства материала.
Характер этого уравнения указывает на возможность проведения
ускоренных испытаний изоляции, используя как фактор ускорения
повышение температуры. Трудности в поддержании необходимого
уровня относительной влажности преодолеваются, если использовать
атмосферу над поверхностью насыщенных водных растворов солей
K2S04, КС1, NaCl, NaNO3 — с относительной влажностью над раство-
ром каждой из них соответствен-
но 95, 80, 75 и 60%.
Результаты таких ускорен-
ных испытаний на примере ма-
териалов ФТС и СТФ показаны
на рис. 6.7. Приведение резуль-
татов ускоренных испытаний
к нормальным показывает, что
работоспособность внутренней
изоляции МПП можно гаранти-
ровать для материала ФТС в те-
Рис. 6.7. Результаты ускоренных ис- чение 3-103ч и для материала
пытаний изоляции МПП.	СТФ — 18-103 ч. Отличия этих
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel^s?4’
материалов по составу и наносу
смолы приводят к заметным
различиям в константах а, b и Е,
характеризующих их работоспо-
собность в условиях повышен-
ной влажности.
Семейство кривых, характе-
ризующих работоспособность
внутренней изоляции МПП из
материала ФТС, показано на
рис. 6.8.
Электрохимические процес-
сы и миграция продуктов корро-
зии (второй этап деградации),
зависящие от напряжения и рас-
стояния, температуры и влажно-
сти, труднопредсказуемы.
Аналогичные отказы изоля-
ции могут происходить и в дву-
хсторонних печатных плат, если
основание имеет дефекты в виде
нитевидных посветлений, со-
единяющих своими каналами
соседние отверстия. Возмож-
ность капиллярного проникно-
вения влаги с образованием во-
дяных каналов под печатными
проводниками и сквозь стенки
между металлизированными от-
верстиями неизбежно приводит
к электролизу и последующему
отказу электрохимического про-
исхождения (рис. 6.9). Пример
конструкции тест-платы для
подтверждения возможности та-
ких отказов изоляции дан на
рис. 6.10.
Рис. 6.8. Характеристики работо-
способности изоляции МПП из ма-
териала ФТС.
Рис. 6.9. Прорастание токопроводя-
щих перемычек электрохимическо-
го происхождения по нитям, не за-
полненным смолой (нитевидные
просветления).
Рис. 6.10. Тест-плата испытания ма-
териала на прорастание токопрово-
дящих перемычек по нитевым про-
светлениям.
FastwelC??
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 6 Электрическая изоляция цепей печатных плат
6.5.	Электрическая прочность изоляции
6.5.1.	Дефекты изоляции
Практика производства МПП показывает, что в процессе контроля
примерно у 7% МПП средних габаритов (160x230 мм) и у 20% круп-
ногабаритных (460x540 мм) МПП обнаруживаются короткие замы-
кания или низкий уровень изоляции в одной-двух (реже — в трех
и более) точках. Причем почти всегда их источником являются ло-
кальные дефекты диэлектрика вдоль слоев: микрополости, гигро-
скопические включения и т. д. Иногда причиной коротких замыка-
ний являются тонкие металлические перемычки между печатными
элементами наружных слоев МПП, которые после обнаружения
легко удаляются.
Ряд дефектов изоляции обнаруживается только при воздействии
испытательного напряжения. Отсутствие такого испытания или
низкий уровень испытательного напряжения приводит к пропуску
некоторой части дефектов изоляции, что влечет за собой отказы
МПП при наладке и эксплуатации электронных устройств. Напри-
мер, использование испытательного напряжения 300 В с временем
воздействия 1 с оставляет невыявленными примерно 1% дефектов
на МПП средних габаритов и около 3% на МПП больших габаритов.
Поэтому контроль изоляции МПП по сопротивлению является хотя
и необходимым, но недостаточным. Для полноты контроля требует-
ся проверка устойчивости изоляции МПП к воздействию испыта-
тельного напряжения такого уровня, который позволил бы выявить
дефекты без разрушения диэлектрика качественной МПП.
6.5.2.	Формы электрического пробоя изоляции
При контроле электрической прочности различают пробой сквозь
толщу изоляции и поверхностный разряд в прилегающем к поверх-
ности платы слое воздуха. По физической сущности развития разли-
чают тепловой и электрический пробои.
Поверхностное пробивное напряжение диэлектрика печатных
плат U[jp, кВ, в нормальных условиях подчиняется соотношению:
иПр=3,1 CW
FastwelcSv
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
6.5. Электрическая прочность изоляции
где С — расстояние между проводниками, мм. Лаковое покрытие пе-
чатных плат увеличивает электрическую прочность изоляции при-
мерно на 40%.
На величину пробивного напряжения влияет также состояние по-
верхности диэлектрика. Например, повышение относительной влаж-
ности воздуха выше 50% сопровождается резким снижением и боль-
шим разбросом значений пробивного поверхностного напряжения.
Поверхностный пробой формируется за очень короткое время —
несколько микросекунд, поэтому при испытаниях переменным про-
бивное напряжение воздушного промежутка выражается в ампли-
тудных значениях.
Тепловой пробой возникает, когда диэлектрик имеет участки,
обладающие повышенной проводимостью при нарушении теплово-
го равновесия, т. е. когда генерируемое ими тепло больше отводимо-
го, вследствие чего в канале проводимости происходит прогрессиру-
ющий рост температуры. Потери на электропроводимость в диэлек-
трике и пропорциональное им количество тепла увеличиваются
с ростом температуры:
иг
р—_ СЕ!КГ
Ро
Мощность рассеивания Рр пропорциональна лишь разнице тем-
ператур Д Г = Т - Гокр, т. е. РР =
= ДТ SPp, где Г()Кр — температура
окружающей дефект среды; SP —
площадь рассеивания тепла; fl —
коэффициент теплоотдачи.
На рис. 6.11 представлены
графики температурных зависи-
мостей генерируемой в дефекте
тепловой мощности Рр Р2 и Р3
при разных напряжениях Up U2
и U3 и рассеиваемой дефектом
мощности Рр. Тепловое равнове-
сие возможно лишь в точках пе-
ресечения зависимостей Р(Т)
и Рр(Т). Если проанализировать
т
Рис. 6.11. Температурная зависи-
мость генерируемой в диэлектрике
мощности Р(Т) и рассеиваемой
мощности Рр(Т) при разных уров-
нях напряжений U.
FastwelCSl^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 6 Электрическая изоляция цепей печатных плат
тепловое состояние в точках Аи В пересечения кривых Ру (Т) и Рр (Т),
нетрудно показать, что точка А соответствует условию устойчивого
теплового равновесия, так как при случайном повышении температу-
ры количество тепла, которое может быть рассеяно, больше, чем ко-
личество генерируемого тепла, и диэлектрик вернется в тепловое со-
стояние, характеризуемое точкой А. При случайном понижении тем-
пературы количество генерируемого тепла больше рассеиваемого,
и диэлектрик нагреется до температуры, соответствующей точке Л.
Точка В соответствует неустойчивому тепловому состоянию, так
как случайное повышение температуры ведет к нарушению теплово-
го равновесия и прогрессирующему нагреву диэлектрика.
Очевидно, что предельный случай теплового равновесия при
разных напряжениях соответствует точке касания прямой Рр(Т)
кривой Р(Т), т. е. точке С, для которой справедливы условия тепло-
вого равновесия: Рс= Рри
дРс _ дРР
дт ~ дт
Поскольку тепловой пробой связан с нагревом дефектного уча-
стка, для его развития требуется определенное время.
Каналами для развития теплового пробоя изоляции печатных
плат являются, в частности, упомянутые межслоевые микрополос-
ти, где в. процессе химической обработки накапливаются загрязне-
ния, создаются условия повышенной проводимости. Когда такие
микрополости представляют собой узкие каналы, они могут не при-
водить к существенному снижению общего сопротивления изоля-
ции печатных плат, поэтому их можно выявить только при испыта-
нии на электрическую прочность.
6.5.3.	Тепловая форма пробоя изоляции МПП
В отличие от других видов пробоя, тепловой пробой развивается за
время, измеряемое секундами, а значение пробивного напряжения
пробоя существенно зависит от характера дефекта диэлектрика
и условий теплоотдачи из проводящего канала во внешнюю среду
Для расчета электрического сопротивления дефекта в качестве
исходной информации будем считать, что объектом расчета являет-
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel
6.5. Электрическая прочность изоляции 295
ся МПП и дефект материала МПП представляет собой узкий канал,
ориентированный вдоль слоев. Размер канала в поперечнике равен
20 мкм — это один из часто встречающихся дефектов тонкого фоль-
гированного диэлектрика. Предположим, что при химической ме-
таллизации этот канал частично заполнился раствором и на его
стенках произошло химическое осаждение меди, не получившей
полного восстановления при осаждении, или на последующих эта-
пах обработки медь окислилась с образованием закиси меди. Зная
примерное содержание меди в растворе меднения, заполнившем
микрополость (примерно 10 г/л), можно определить толщину осад-
ка (0,005 мкм) и эффективное сечение проводящего канала
S = 40 - Ю-10 см2. Длина канала, соединяющего металлизацию отвер-
стия с ближайшим проводником внутреннего слоя, I = 0,03 см.
Удельное сопротивление закиси меди, полученной в присутствии
водной среды, составляетро = 102 Ом  см. Сопротивление такого де-
фекта составляет сотни мегаом, что делает его неразличимым при
контроле сопротивления изоляции. Такой локальный дефект выяв-
ляется при определенном уровне испытательного напряжения, ко-
торое должно вызвать электрический тепловой пробой вдоль канала
проводимости.
Это происходит в результате разрушающего разогрева канала,
проводимость которого больше, чем у окружающего объема диэлек-
трика. Если межслоевую микрополость или локальный дефект диэ-
лектрика МПП представить в виде узкого проводящего канала сече-
нием S и длиной I с проводимостью канала дефекта МПП, заполнен-
ного продуктами химического меднения, определяемой
соотношением
У = УоеаТ,
то будем иметь

PsPi
Saey0
где Sp — площадь теплоотдачи через боковые поверхности канала
(площадь рассеивания тепла); Т - средняя температура канала; (5 —
коэффициент теплоотдачи; у — проводимость канала при температу-
FastwelfS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
296 Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
ре окружающей среды; а — температурный коэффициент сопротив-
ления канала проводимости.
Значения величин S, I, у0 = 1/р0 те же, что и при расчете со-
противления канала дефекта МПП. Коэффициент теплоотдачи Р
канала можно определить по температуре перегрева печатного
проводника на внутреннем слое МПП, нагружаемого током. Ко-
эффициент теплоотдачи, определенный из этих условий, состав-
ляет/? = 0,13 Вт/(с- К-см2). Температурный коэффициент сопро-
тивления продуктов химического меднения а = 0,016 К-1. Ис-
пользуя эти данные, получаем значение пробивного напряжения
UПр = 280 В.
6.5.4.	Волып-секундная характеристика
электрической прочности
дефектной изоляции МПП
Полученное значение напряжения теплового пробоя диэлектрика
МПП по локальному дефекту справедливо только при условии,
что испытательное напряжение приложено неограниченно долгое
время. В случае кратковременного воздействия испытательного
напряжения пробой должен наступать при повышенных напряже-
ниях.
Представляя разогрев диэлектрика как динамический процесс,
описывающий нагрев объема канала с содержащимися в нем про-
дуктами загрязнений, получаем
= (3 A TSP + k	V,
Ro	Р dr
где АТ — разность между температурой канала и температурой сре-
ды; к — коэффициент, характеризующий объемную теплоемкость
нагреваемого объема И; т — время от начала приложения напряже-
ния до пробоя. Решение предыдущего уравнения относительно вре-
мени т имеет вид:
	АТ,
i	psP
kVR0	kV
Fastwel^S^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
6.5. Электрическая прочность изоляции
если считать, что верхний предел интегрирования — температура ка-
нала в момент пробоя — равен бесконечности.
Подынтегральную функцию можно разложить в ряд и проинтег-
рировать почленно. При этом величина tflSp/kV, характеризующая
динамику процесса разогрева канала до пробоя, оказывается выра-
женной в виде функции отношения U(r)/U^, где иж — пробивное
напряжение при бесконечной выдержке, a U(r) — напряжение про-
боя, соответствующее времени выдержки т под испытательным на-
пряжением. Если fl и к не зависят от времени, величина flSp/kVяв-
ляется мерой времени выдержки. Для решения этой задачи необхо-
димо вычислить значения tflSp /kV для различных значений
отношения U(r)/Ua. и найти масштаб времени, вычислив значение
flSp/kV. Для этого выразим значения теплоотдачи из канала в среду
через ДЕ Значение кVопределяется из условия, что удельная тепло-
емкость содержимого канала и его стенок равна С = 0,4 Вт-с(г-К),
объем дефекта V= 1 • 10-5 см3 и плотность ~2 г/см3.
Используя эти исходные данные, получаем масштаб времени
flSp/kV, равный 1,1. В табл. 6.1 приведены значения rflSp/kV, вы-
численные для разных значений отношения U(t)/U^, и значения
времени пробоя т для разных значений испытательного напряжения
^Исп применительно к рассматриваемому случаю обнаружения ло-
кальных дефектов диэлектрика МПП.
Таблица 6.1. Вольт-секундные характеристики изоляции МПП
U(r)/UTO	tflSp/kV	иисп, в	Т, с	и(т)/ите	T/3SP/kV	иисп, в	Т, с
1,00	00	280	00	1,78	1,05	500	1,3
1,12	4,2	312	13	2,00	0,83	560	0,92
1,25	3,1	350	5,6	2,5	0,49	700	0,52
1,43	2,05	400	2,8	3,6	0,20	1000	0,22
1,67	1,3	470	1,6	5,35	0,09	1500	0,10
Испытания на электрическую прочность образцов МПП с зара-
нее воспроизведенными дефектами показали, что они выдерживают
в течение нескольких минут напряжение 250 В, а при напряжении
300 В пробой наступает примерно через 10 с. При напряжении 500
В время пробоя составляет 1...1,5 с.
Исходя из представлений о тепловой форме электрического
пробоя дефектов изоляции МПП, можно сделать вывод о незави-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
298 Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
симости результатов контроля от формы испытательного напря-
жения: постоянного или переменного, в то время, как для ис-
пользуемых в автоматизированных стендах контроля коммутаци-
онных элементов это не безразлично: при постоянном напряже-
нии меньше вероятность нарушения их работоспособности.
6.6.	Влияние климатических факторов
на уровень изоляции
6.6.1.	Сопротивление изоляции при нагреве
В пределах эксплуатационно допустимых температур зависимость
удельного объемного сопротивления от температуры достаточно
хорошо выражается законом Аррениуса. При работе в реальных
условиях повышение температуры внутри аппаратуры приводит
к снижению относительной влажности воздуха (табл. 6.2) и подсу-
шиванию внутренних узлов и блоков. Такое же явление наблюда-
ется и при испытании печатных плат на нагревостойкость.
Таблица 6.2. Подсушивание аппаратуры в процессе работы за счет
рассеивания мощности
Температура перегрева при исходной температуре 25"С	Результирующая влажность внутри аппарата при первоначальной влажности, %						
	65	80	90	93	95	98	100
3	55	68	77	78	80	83	85
5	51	64	68	69	70	72	73
10	38	48	54	55	56	57	58
15	28	37	43	45	47	48	50
20	15	28	32	33	34	35	36
При нагреве печатных плат влага из нее испаряется и сопротив-
ление изоляции растет. Поэтому при повышении температуры сна-
чала сопротивление изоляции может расти, и только затем по мере
удаления влаги из объема платы может начаться его снижение в ре-
зультате термодеструкции. При испытании на нагревостойкость сле-
дует предусматривать этот процесс и давать время выдержки в каме-
ре тепла перед измерениями не менее 2 ч.
www.fastwel.ru
тел.:(095) 234-06-39
FastwelS;
6.6.2.	Сопротивление изоляции
при увлажнении
Увлажнение среды особенно опасно для печатных плат. Влага уско-
ряет коррозию металлических элементов, ухудшает изоляционные
характеристики, способствует тепловому распаду и гидролизу мате-
риала основания и остатков флюсов. Диэлектрики в условиях повы-
шенной влажности воздуха адсорбируют пары воды своей поверхно-
стью за счет большой сети субмикроскопических капилляров и от-
крытых пор. Вот некоторые ориентировочные размеры пор
в различных элекроизоляционных материалах в сравнении с разме-
ром молекулы воды (нм):
Размер молекулы воды	0,27;
Макропоры в керамике	102...	105;
Капилляры в волокнах целлюлозы	100;
Поры в стенках волокна целлюлозы	1...10;
Межмолекулярная пористость
различных материалов	1...5;
Внутримолекулярная пористость	до 1.
Из приведенных данных видно, что меньшая по размерам моле-
кула воды может проникать даже во внутримолекулярную порис-
тость изоляционных материалов. Межмолекулярные промежутки
являются такими видами нарушения структуры, которые присущи
органическим диэлектрикам и представляют собой неустранимые
причины их влагопроницаемости. Вещества с упорядоченным рас-
положением молекул обладают меньшей влагопроницаемостью (по-
лиэтилентерефталатные пленки и др.).
Адсорбция паров воды различна для различных материалов. Она
велика, если материал имеет ионное строение (например, стекло)
или дипольную структуру (фенольные и эпоксидные смолы, целлю-
лоза). Сила притяжения полярной молекулы воды к иону значитель-
но больше, чем к нейтральной молекуле Эти силы притяжения мо-
лекул воды к поверхности материала могут быть больше, чем силы
притяжения молекул воды друг к другу, и тогда вода смачивает по-
верхность материала. При низкой относительной влажности на по-
верхности такого материала образуется мономолекулярный слой во-
ды, при более высокой влажности начинает формироваться полимо-
FastwelCS
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
пекулярный слой, толщина которого резко возрастает с приближе-
нием относительной влажности к 90%.
В отличие от большинства материалов, стеклопластики — капил-
лярно-пористые тела, для которых характерна преимущественно
физико-механическая связь влаги в микро- и макрокапиллярах.
В силу этого влагопоглощение стеклотекстолита в большей мере
обусловлено адсорбцией влаги поверхностью стеклянных волокон
и капиллярной конденсацией влаги на границе связующее—стекло.
Поэтому чем лучше связующее обеспечивает соединение с ним стек-
лоткани, тем меньше капиллярная пористость стеклотекстолита и
выше влагостойкость диэлектрика печатных плат.
В тонких капиллярах наблюдается капиллярная полимолекуляр-
ная конденсация влаги. Размеры, количество и характер пор в мате-
риалах печатных плат не зависят от температуры в той мере, в кото-
рой можно пренебречь зависимостью размеров пор и капилляров от
теплового расширения, поэтому для этих материалов характерна не-
активированная сорбция влаги. В узких капиллярах (гетинакс)
и в субмикроскопических порах (по границам стекловолокно—смо-
ла) влага конденсируется при влажности, соответствующей нор-
мальным условиям.
Влагопоглощение стеклотекстолитов особенно велико при на-
личии в их объеме стеклянной пряжи, не полностью пропитанной
смолой связующего. Это создает благоприятные условия для транс-
портировки воды. Наличие на стеклянных волокнах замасливателя,
создающего разделительный слой между смолой и стеклом, создает
еще один канал для миграции влаги в объеме основания печатной
платы.
Однако при любых условиях проникновение молекул воды в
толщу материала обусловлено процессами диффузии вследствие
разницы парциальных давлений паров вне и внутри печатных плат.
В результате диффузии происходит выравнивание парциального
давления по толщине печатной платы. Содержание влаги в объеме
диэлектрика в зависимости от температуры влажной среды и време-
ни пребывания в ней показано на рис. 6.12.
Свойство материала поглощать влагу еще не полностью отража-
ет степень изменения диэлектрических свойств печатных плат при
увлажнении. Если поглощенная влага способна образовывать нити
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel
6.6. Влияние климатических факторов на уровень изоляции
и пленки на участке между про-
водниками печатных плат, уже
весьма малые ее количества
приводят к чрезвычайно резко-
му ухудшению диэлектрических
свойств. При этом сопротивле-
ние увлажненного диэлектрика
целиком зависит только от со-
держания в его объеме влаги
и не зависит от температуры,
хотя само содержание влаги
связано с температурой влаж-
ной среды (рис. 6.12). Когда
изоляционные зазоры велики,
а поверхность их гидрофобна,
влага распределяется в них в ви-
де отдельных включений и ка-
пель, ее влияние на диэлектри-
ческие свойства менее сущест-
венно.
Даже совершенно чистая во-
да имеет проводимость за счет
собственной диссоциации. При
помещении печатных плат в ат-
мосферу повышенной влажнос-
ти на ее поверхности в течение
нескольких секунд образуется
ионизированная проводящая
пленка. Содержащиеся в атмо-
сфере воздуха и на поверхности
печатных плат загрязнения,
растворяясь в пленке воды, зна-
чительно увеличивают ее прово-
димость. В силу этого в течение
приблизительно 1...5 мин ув-
лажнения поверхностное со-
противление основания резко
Рис. 6.12. Содержание влаги в осно-
вании печатной платы в зависимос-
ти от температуры насыщения сре-
ды влагой и времени выдержки t.
Рис. 6.13. Зависимость сопротивле-
ния изоляции от содержания влаги.
Рис. 6.14. Изменение поверхност-
ного сопротивления изоляции по
мере увлажнения для материала ти-
па СФ.
Е г h	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
FWei	компоненты, ПП, сборка, тест
302 Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
падает, как показано для примера на рис. 6.14. При переносе печат-
ных плат в сухую атмосферу поверхностное сопротивление восста-
навливается почти также быстро.
6.6.3.	Цикличность увлажнения
В реальных условиях печатные платы не подвергаются непрерывно-
му увлажнению. Процессы увлажнения прерываются, печатный
монтаж подвергается нагреву, под влиянием которого влага испаря-
ется. Последующий процесс снова несколько увлажняет печатные
платы. Периодические изменения влажности воздуха вызывают та-
кие же изменения сопротивления диэлектрика. В печатных платах
при этом наблюдается остаточный эффект из-за того, что скорость
поглощения влаги слоистым пластиком больше скорости потери
влаги композиционным диэлектриком при прочих равных условиях.
В конечном счете после серии периодических увлажнений и высы-
ханий можно ожидать снижения сопротивления диэлектрика из-за
необратимых изменений в материале.
В результате изменения влажности влага проникает на различ-
ную глубину или происходят попеременное увлажнение и высыха-
ние материала, при этом поверхностные слои на разной глубине ув-
лажняются в разной степени и неодновременно и, следовательно,
в разной степени набухают. Поэтому поверхностные слои диэлект-
рика теряют механическую прочность, разрыхляются. Высокое со-
держание влаги приводит к гидролизу связующего. Совокупность
этих факторов может привести к размягчению поверхности диэлек-
трика печатных плат, а продукты гидролиза будут способствовать ус-
корению коррозии элементов соединений, загрязнению и появле-
нию отказа.
6.7.	Защита поверхности печатных плат
6.7.1.	Механизмы влагозащиты
Лаковое покрытие платы часто называют влагозащитным покрыти-
ем. Действительно, в зависимости от химического состава и физиче-
ских свойств лаковое покрытие выполняет функции диффузионно-
Fastwel<S^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
6.7. Защита поверхности печатных плат 303
го барьера для проникновения влаги к поверхности печатных плат.
Однако необходимость применения лаковых покрытий состоит
прежде всего в защите поверхности печатных плат от загрязнений
в процессе эксплуатации печатного узла или блока. Покрытие лака-
ми позволяет достигнуть лучших диэлектрических свойств и элект-
рической прочности.
Сравнительные испытания на влагостойкость печатных плат
с лаком и без него показывают, что в стерильных условиях (в первую
очередь при защите поверхностей от прикосновений руками) откры-
тые печатные платы имеют того же порядка электроизоляционные
характеристики, что и лакированные. Однако, если испытания про-
водятся при воздействии постоянного напряжения, нелакированные
печатные платы более подвержены отказам электрохимического ха-
рактера. Это объясняется легкой смачиваемостью материалов осно-
вания печатных плат в силу того, что они являются гидрофильными
диэлектриками с низким поверхностным сопротивлением при увлаж-
нении. Таким образом, еще одно назначение лаковых покрытий —
увеличить сопротивление диэлектрика печатных плат и сделать их
поверхность гидрофобной (несмачиваемой).
6.7.2.	Защита электроизоляционными лаками
Для лаковых покрытий печатных плат желательно иметь коэффици-
ент влагопроницаемости не более 10~7 г/(см3 • ч • Па). Было установ-
лено, что при этих условиях изоляция печатных плат не снижает со-
противления диэлектрика во влажной среде в течение 6...8 ч
(рис. 6.15). Дальнейшее ухудшение электроизоляционных свойств
также замедленно из-за ограничения доступа влаги к поверхности
печатных плат через лаковое покрытие.
6.7.3.	Осмотические явления
Перед лакировкой поверхность печатных плат необходимо подвер-
гать тщательной очистке, иначе во влажных условиях под лаковым
покрытием образуется концентрированный раствор различных со-
лей из-за загрязнений и тем самым создаются условия для осмоса,
т. е. начинается интенсивное перемещение влаги под лаковое по-
Fastwelf?>*
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
Рис. 6.15. Зависимость сопротивления изоляции печатных плат от вре-
мени выдержки в условиях повышенной влажности 98% при
40°С: 1 — печатная плата покрыта двумя слоями лака УР-231;
2 — нелакированная печатная плата.
Рис. 6.16. Осмотический механизм проникновения влаги под лако-
вую пленку: 1 — пленка влаги на поверхности печатного уз-
ла; 2 — лаковая пленка; 3 — поверхность печатных плат; 4 —
ионогенные загрязнения поверхности; Р— результирующее
осмотическое давление.
крытие (рис. 6.16). Скорость такого перемещения прямо пропорци-
ональна разности концентрации раствора под лаком и раствора в на-
ружной пленке влаги. В результате под лаковым покрытием возни-
кает значительное давление, приводящее к его отслаиванию и вспу-
чиванию. Осмотическое накопление влаги под лаковым покрытием
при функционировании аппаратуры неизбежно приводит к образо-
ванию токопроводящих мостиков, т. е. к отказу печатных плат.
В меньшей мере, но аналогичные явления происходят, если с по-
верхности печатных плат перед лакировкой неполностью были уда-
лены остатки флюса, антиадгезионные пасты, следы загрязнений
руками и другие загрязнения, ухудшающие адгезию лака к поверх-
ности печатных плат.
Проникновение химических загрязнений под лаковое покрытие
снаружи менее вероятно, но возможно. Такие ионы, как Cl-, S042-,
Fastwel<j>V
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
6.7. Защита поверхности печатных плат
перемещаются через микропоры пленки примерно в 100 раз медлен-
нее воды из-за своих больших размеров. Для ограничения ионопро-
ницаемости в лак вводят пигменты, придающие лаку способность
приобретать заряд, создающий электрический барьер для проник-
новения загрязняющих ионов. Для электронной аппаратуры в тро-
пическом исполнении пигмент должен обладать токсичностью для
обеспечения грибостойкости. Таковыми являются сернистая ртуть,
окислы мышьяка и меди.
6.7.4.	Общие требования к лаковой защите
Лаковое покрытие печатных плат должно быть плотным, однород-
ным, без значительных посторонних включений. Особенно опасны
включения гигроскопического характера: волокна, хлопчатобумаж-
ный ворс и т. д., образующие во влажных условиях водяные каналы,
по которым формируются проводящие перемычки, различимые за-
частую только при осмотре под большим (50-кратным) увеличени-
ем. Поэтому все работы с печатными платами и узлами должны про-
изводиться в чистых производственных помещениях с зашитой ра-
бочих мест от источников загрязнений. Операторы и монтажники
должны работать в чистых перчатках для предотвращения загрязне-
ний руками. Но, если загрязнение руками произошло, его удаление
с поверхности печатных плат должно производиться в самый корот-
кий промежуток времени. Так как наиболее опасные компоненты
пота представляют собой водорастворимые соли, органические рас-
творители для его удаления мало пригодны. Остатки загрязнений
руками становятся визуально различимыми на металлических эле-
ментах печатных плат спустя первую неделю и проявляют себя как
следы коррозии, повторяющие характерные капиллярные линии ко-
жи пальцев.
Загрязнение поверхности лакового покрытия при неполной
защите кромок печатных проводников лаком может служить при-
чиной отказов изоляции. Особое внимание следует уделять одно-
родности лакового покрытия в местах, доступных для загрязне-
ний руками. Накапливающиеся загрязнения (потоотделения ко-
жи рук) лишают лаковое покрытие гидрофобных свойств,
а выступающие из-под лака края печатных проводников в услови-
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel^S'
Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
ях повышенной влажности могут стать источниками развития
электролиза.
6.7.5.	Долговременность лаковой защиты
Лаковая защита печатных плат от воздействия повышенной влажно-
сти эффективна только при отсутствии загрязнений поверхности
печатных плат и промежуточных слоев лака. При отсутствии полной
укрывистости лакового покрытия следует принимать меры по пре-
дотвращению загрязнений поверхности печатных узлов в процессе
эксплуатации Когда требуется более эффективная защита печатных
узлов, должны быть приняты конструктивные меры, можно, напри-
мер, заключать печатные платы в полугерметичные конструкции —
капсулы и т. п. Эффективность лаковой защиты во многом опреде-
ляется влагостойкостью самих лаковых пленок. Процесс разруше-
ния защитных свойств покровных пленок состоит из двух стадий.
Первая начинается с увлажнения (смачивания), набухания и диффу-
зии молекул воды в микропорах. Этот относительно медленный
процесс обеспечивает развитие второй стадии — быстрое перемеще-
ние гидратированных ионов сквозь набухшее покрытие, как по вод-
ному раствору. Механизм гидролиза может быть представлен как от-
щепление радикалов от общей молекулярной цепи с образованием
органических кислот и спиртов:
— R—C—O—R’ + HP^ — R—C—OH + H—O—R'
II	II
О	О
Двухстадийность процесса разрушения защитных свойств лаковых
пленок подтверждается характером временных зависимостей их со-
противления, показанных на рис. 6.17. На первом этапе электрическое
сопротивление пленок большое и мало меняется во времени. Вторая
стадия проявляет себя как быстрое уменьшение сопротивления, за-
канчивающееся отказом. Действительно, диссоциация продуктов раз-
ложения (гидролиза) приводит к уменьшению сопротивления изоля-
ции. В свою очередь, увеличение проводимости изоляционных зазо-
ров способствует переносу в зазор металла печатных проводников.
Диффузия влаги в лаковую пленку и последующий гидролиз
тем легче, чем выше температура: больше амплитуда конформаци-
гг.гц..т1 j www.fastwel.ru
rQSTWei	тел.: (095) 234-06-39
6.7. Защита поверхности печатных плат
Рис. 6.17. Временные зависимости сопротивления изоляции лаковых
пленок в средах с высокой влажностью.
Рис. 6.18. Определение «времени жизни» лаковой защиты печатных
плат по результатам ускоренных испытаний (см. рис. 6.17),
лак УР.231, два слоя.
онных колебаний, раскрывающих межмолекулярные полости, ни-
же полярность звеньев макромолекул, меньше межмолекулярное
взаимодействие. Вместе с тем механизм диффузии, набухания
и гидратации при повышении температуры не меняется. В связи
с этим процесс деградации лаковых пленок подчиняется закону
Аррениуса, что позволяет аппроксимировать результаты ускорен-
ных испытаний при повышенных температурах на реальные усло-
вия эксплуатации (рис. 6.18).
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fas+welcS?’
308 Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
6.8.	Измерения электроизоляционных
характеристик
Сопротивление диэлектрика должно измеряться при постоянном
напряжении. Характер и форма испытательного напряжения при
определении электрической прочности должны соответствовать ха-
рактеру рабочего напряжения. Если рабочее напряжение имеет им-
пульсный характер, как правило, используют испытательное на-
пряжение переменного тока промышленной частоты. Для печатных
плат следует считать рабочим напряжение питания, т. е. постоянное
напряжение. Устойчивость печатных плат к постоянному напряже-
нию является более критичной, так как характерные для них отка-
зы более интенсивны при постоянном напряжении, когда создают-
ся благоприятные условия для электрохимических процессов.
Измерение сопротивления диэлектрика должно производиться
при определенном напряжении, так как до определенного уровня
сопротивление может уменьшаться с повышением напряжения. По-
этому, если измерять сопротивление диэлектрика печатных плат при
напряжении ниже установленного, можно получить завышенное
значение сопротивления. Зависимость сопротивления от напряже-
ния объясняется рядом причин, основные из которых — образование
в диэлектрике объемных зарядов и различие в условиях их рассасы-
вания при различных напряжениях.
Сопротивление диэлектрика при постоянном напряжении зави-
сит от времени действия напряжения. Это явление характерно для
печатных плат с основанием на основе композиционных материа-
лов, имеющих неоднородность структуры (эпоксидная смола и стек-
ло, фенолоформальлегидная смола и бумага). Накопление свобод-
ных объемных зарядов на неоднородностях структуры внутри диэле-
ктрика сопровождается изменением начальной картины
электрического поля и может вызвать повышение напряженности
поля в отдельных областях.
Для однозначности результатов измерений условились отсчет
сопротивления диэлектрика производить через 1 мин после подачи
на образец испытательного напряжения.
На рис. 6.19 показана типичная температурная зависимость
удельного объемного сопротивления эпоксидных стеклопластиков.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
FastwelC:
6.8. Измерения электроизоляционных характеристик
Можно видеть, что для значений ру< 1013 Ом-см измеренные зна-
чения сопротивления совпадают с расчетными. В области низких
температур результаты измерения сопротивления отличаются от
расчетных, когда его величина становится больше 1013 Ом-см.
Теоретически этого отклонения не должно быть, если не изме-
няются структура материала или механизм проводимости. Нет по-
вода быть убежденным в том, что это изменение связано с перехо-
дом температуры стеклования эпоксидной смолы, так как при этом
количество носителей электричества и их подвижность уменьша-
ются. Поэтому следовало бы скорее ожидать отклонения значений
сопротивлений в другую сторону, тем более что для всех измерений
отклонение происходит, когда сопротивление достигает 1013 Ом-см
независимо от температуры. Очевидно, это отклонение — результат
несовершенства средств измерений. Главным источником погреш-
Рис. 6.19. Температурная зависимость сопротивления изоляции.
FastwelcS/
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
310 Глава 6. Электрическая изоляция цепей печатных плат
ностей является отождествление блуждающих зарядов с токами
утечки через контролируемый диэлектрик. При измерении малых
токов (больших сопротивлений) становятся заметными паразитные
утечки по электрической изоляции измерительных электродов
и подсоединительных проводов, по загрязнениям изолирующих
креплений, по слою проводящей пыли и по пленке поверхностной
влаги. Сказываются также на результатах измерений поляризаци-
онные эффекты в изоляционной конструкции электродов.
FastwelCS?'
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
ГЛАВА 7
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ
ТЕСТИРОВАНИЕ
ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
Повышение плотности размещения элементов соединений на
единицу площади печатных плат, увеличение их абсолютного чис-
ла и уменьшение размеров усложняют задачу обеспечения надеж-
ности, требуют дальнейшего совершенствования методов
и средств автоматического контроля печатных плат. Необходи-
мость использования контроля диктуется и ростом числа неизбеж-
ных дефектов по мере увеличения плотности компоновки ИС на
печатных платах. Даже при повышении технического уровня про-
изводства по мере увеличения числа электронных компонентов на
печатных платах наблюдается увеличение числа дефектов, кото-
рые нужно обнаружить, локализовать и устранить известными ме-
тодами ремонта:
Число компонентов но плоте	Число отверстий	Среднее число дефектов но печатных платах
100	500	0,02
300	1500	0,6
1000	4000	2,1
Отсутствие контроля существенно снижает информативность
состояния производства и надежности монтажа.
Возрастание стоимости печатных плат, связанное с их усложне-
нием, приводит к поиску неразрушающих диагностических спосо-
бов контроля.
7.1.	Критерии качества печатных плат
для электрического тестирования
Различают функциональные, параметрические и диагностические
критерии оценки качества при электрическом тестировании мон-
тажных оснований, будь то печатные платы, проводной или другой
FastwelcS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
312 Глава 7. Электрическое тестирование печатных плат
монтаж. При функциональном контроле проверяется только пра-
вильность соединений и разобщения цепей, т. е. наличие нужных
соединений и отсутствие коротких замыканий (КЗ). Значительная
часть печатных плат, прошедших функциональный контроль элект-
рическими методами, имеет скрытые дефекты, которые впоследст-
вии могут привести к отказам. Однако простота и высокая произво-
дительность средств функционального контроля дают ему известное
преимущество перед другими видами электрического контроля.
В отличие от функционального контроля, параметрический
контроль печатных плат позволяет не только выявить значительную
часть дефектов, но и идентифицировать нарушения технологичес-
ких режимов и своевременно их устранить. Дефекты, вызванные
низкой культурой производства, обнаруживаются параметрическим
контролем. Вероятность их появления должна постоянно снижаться
в результате выполнения организационно-технических мероприя-
тий. Однако остается еще значительная группа так называемых
скрытых дефектов, например в виде локальных ослаблений изоля-
ции и соединений. Они в основном и определяют эксплуатацион-
ную надежность электронного оборудования, в котором использу-
ются печатные платы.
Локальные ослабления элементов конструкций печатных
плат, как правило, не выявляются обычными методами и средст-
вами параметрического контроля. Ослабления соединений и изо-
ляции проявляют себя преимущественно при неординарных воз-
действиях внешних факторов. Реакция на них контролируемого
элемента анализируется диагностическими методами. Такой кон-
троль позволяет прогнозировать стойкость печатных плат к экс-
тремальным воздействиям или к условиям длительной эксплуата-
ции, сопровождающейся глубокими процессами старения мате-
риалов. Последующий ремонт печатных плат с повторением
диагностического контроля позволяет уменьшить долю брака без
потери надежности.
Физическую основу диагностических методов контроля состав-
ляют исследования физических характеристик объекта и обнаруже-
ние таким образом несовершенств его структуры. Эти методы бази-
руются на результатах исследований и анализа физики процессов,
приводящих к отказам.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
FastwelC
7.1. Критерии качества печатных плат
Разработка практических методов диагностического контроля со-
единений и изоляции печатных плат связана в первую очередь с реше-
нием проблемы электрической коммутации многих цепей по специ-
альной программе, разработанной с использованием средств вычис-
лительной техники. Большое число контролируемых цепей в МПП
вызывает необходимость использования высокопроизводительных
методов теплового возбуждения и выявления реакции элементов со-
единений на это возбуждение. Требования к высокой достоверности
контроля печатных плат и настоятельная необходимость автоматиза-
ции операций контроля служат основанием для преимущественного
использования электрических методов проверки.
7.1.1.	Критерии качества соединений
Одним из факторов, сказывающимся на надежности отдельных
элементов соединений, является объективность оценки качества.
Печатные проводники, например, легко поддаются визуальному
контролю. Отдельные точечные сужения проводников или попе-
речные царапины, которые могут привести к нарушению проводя-
щей структуры, всегда можно обнаружить с достаточной степенью
надежности контроля при соответствующей организации визуаль-
ного контроля внешнего вида. В свою очередь, внутренние соеди-
нения МПП и отчасти металлизация отверстий не поддаются визу-
альному контролю, поэтому оценку их качества вынуждены выпол-
нять другими способами. Простейшим видом контроля является
электрическая прозвонка соединений. Но этот вид контроля явно
недостаточен для выявления дефектов или ослаблений элементов
соединений (например, активное сопротивление отверстий, метал-
лизированных только свежеосажденной химической медью под
гальваническую металлизацию, составляет десятки миллиом и не
различается при проверке цепи, имеющей сопротивление, состав-
ляющее даже доли ома).
Известны методы контроля по напряжению радиочастотных шу-
мов, выделяемых дефектными соединениями, и методы, основан-
ные на использовании инфракрасной техники. Но применение этих
методов представляет известные трудности, связанные с неустойчи-
востью результатов измерений, с использованием сложной аппара-
Fas+welcS’
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
314 Глава 7. Электрическое тестирование печатных плат
туры и с малой производительностью операций контроля, плохо
поддающихся автоматизации.
При изготовлении печатных плат повсеместно используется ме-
тод контроля, основанный на измерении сопротивления элементов
соединений. Распространению этого метода мешают трудности реа-
лизации высокопроизводительных средств измерения малых сопро-
тивлений с четырехзондовым контактированием, исключающим
влияние на результат измерения сопротивления проводов и кон-
тактных переходов.
В соответствии с известными теоретическими представлениями
электрически «надежный» контакт создается не только при полном
соприкосновении контактируемых поверхностей, но и в случае их
частичного соприкосновения, квазиметаллических соприкасаю-
щихся поверхностей, покрытых адсорбированной газовой пленкой
толщиной в несколько молекул, несущих поверхностные пленки
с высоким переходным сопротивлением. Даже при малых значениях
переходного сопротивления получить достоверную информацию
о состоянии элемента соединения практически невозможно. Методы
нелинейных искажений и сигнатурного анализа тоже не позволяют
решить эту проблему, так как при большом числе зон туннелирова-
ния искажение сигнала столь мало, что не может быть обнаружено
самыми чувствительными приборами. Ослабления соединений в ви-
де зон локальных утончений печатных проводников и кольцевых
трешин в металлизации отверстий, дефекты внутренних соединений
не могут быть обнаружены при контроле цепей печатных плат по
электрическому сопротивлению, так как изменения, вносимые ос-
лаблениями в общее сопротивление цепи, во много раз меньше раз-
бросов значений сопротивления контролируемых цепей, вызванных
неизбежными изменениями геометрии печатных элементов в преде-
лах допустимых отклонений.
Недостатки существующих методов контроля соединений мож-
но обойти, используя проверку устойчивости цепей к токовой на-
грузке. Сущность метода состоит в нагружении контролируемого со-
единения током, регистрации температуры нагрева по приращению
падения напряжения и оценке его качества по характеру развития
термодинамического процесса разогрева. Этот метод имеет диагно-
стический характер и высокую достоверность.
л www.fastwel.ru
rCISTWGI	тел.: (095) 234-06-39
7.1. Критерии качества печатных плат
Предельная величина тока, которую выдерживает печатный
проводник без разрушения, зависит от многих факторов, включая
теплопроводность диэлектрика, размер, форму и пространствен-
ное положение проводников в МПП. Учесть влияние совокупнос-
ти этих факторов очень трудно. Поэтому выбор тока для контроля
соединений определяется предельной температурой перегрева,
которую выдерживает диэлектрик. Это ограничение снижает эф-
фективность контроля соединений печатных плат. Влияние на ре-
зультаты контроля теплопроводности основания, элементов про-
водящего рисунка и контактирующих щупов, подгар диэлектрика
в месте сужения проводника, неопределенное влияние времени
воздействия на проводящую цепь — все это не позволяет устано-
вить однозначные критерии по току перегрузки. Поэтому пред-
ставляет интерес неразрушающий диагностический способ на-
грузки электрических соединений печатных плат с отключением
тока при достижении проводником определенной температуры
(см. гл. 5).
7.1.2.	Критерии качества изоляции
Применяемые для изготовления печатных плат слоистые пластики
имеют сравнительно низкие электроизоляционные характеристики.
Неблагоприятны также для изоляции печатных плат относительно
высокое влагопоглошение и пористость базовых материалов, спо-
собствующие поглощению диэлектриком печатных плат продуктов
химической обработки на стадиях изготовления, монтажа и эксплуа-
тации печатных плат. Роль электрической изоляции в печатных
платах становится все более важной и ответственной в связи с повы-
шением требований к надежности электронной аппаратуры.
Для оценки качества электрической изоляции печатных плат
в первую очередь используют такие параметры, как электрическое
сопротивление и электрическая прочность.
Контроль сопротивления изоляции электрически разобщенных
цепей с использованием специальных коммутационных стендов,
пультов и автоматизированных средств обычно производится меж-
ду отдельной цепью и всеми остальными цепями, замкнутыми меж-
ду собой. В этом случае число проверок равно числу цепей. Нормы
Fastwel<3^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
на допустимый уровень сопротивления изоляции при такой мето-
дике контроля создаются из расчета возможности неблагоприятно-
го сочетания условий окружения контролируемых цепей, когда то-
ки утечек по изоляции цепей складываются. Например, сопротив-
ление изоляции цепи основного питания при автоматическом
контроле определяется сопротивлением изоляции с цепью земли,
с цепью вспомогательного питания, с многочисленными цепями
линий связи.
Поскольку в процессе испытаний на электрическую прочность
разрушение изоляции печатных плат может начаться, но не завер-
шиться за время приложения испытательного напряжения, кон-
троль изоляции должен проводиться в следующем порядке: кон-
троль по сопротивлению изоляции, контроль по электрической
прочности, повторный контроль по сопротивлению изоляции.
Такая последовательность контроля предотвращает возмож-
ность пропуска разрушения изоляции при использовании для кон-
троля испытательных напряжений в режимах теплового электричес-
кого пробоя. Для повышения надежности контроля изоляции его
предваряют контролем соединений. Если аппаратура контроля по-
казывает наличие соединений, можно быть уверенным, что контакт-
ные штыри присоединены к контролируемым цепям и проверяется
изоляция цепей печатных плат, а не «пустой» штырь.
7.1.3.	Критерии автоматического контроля
электрических параметров печатных плат
На основании приведенного анализа можно определить критерии
электрического контроля печатных плат в сопоставлении с возмож-
ностями аппаратных средств.
Методами функционального контроля осуществляется проверка
правильности монтажа, т. е. наличие соединений между указанными
адресами, отсутствие коротких замыканий между разобщенными
цепями печатных плат.
Параметрическим контролем осуществляется проверка качества
печатных плат по сопротивлению изоляции электрически разоб-
щенных цепей, которое должно быть не менее заданного, и по со-
противлению цепи, которое должно быть не более заданного.
Fastwel=d§^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
7.2. Электрическое тестирование 317
Диагностический контроль — это параметрический контроль,
к которому добавляются проверка изоляции разобщенных цепей ис-
пытательным напряжением в течение определенного времени
и проверка устойчивости соединений к воздействию импульса тока,
регламентированного по амплитуде и длительности.
7.2.	Электрическое тестирование
Создание средств автоматизированного контроля печатных плат за-
висит от задач, которые предполагается решать с их помощью. Кри-
терии отбраковки могут быть различными по своей глубине, но в ос-
новном их можно разделить на три категории: соответствие или не-
соответствие монтажных соединений заданной электрической схеме
(функциональный контроль); соответствие или несоответствие па-
раметров монтажа установленным для них нормам (параметричес-
кий контроль); достаточна или недостаточна надежность печатных
плат (диагностический контроль).
Следует иметь в виду, что визуальный контроль по внешнему ви-
ду обладает свойствами диагностического контроля, так как позво-
ляет обнаружить дефекты основания, ослабления проводников,
кольцевые трещины в отверстиях и др., что часто трудно выявить
средствами электрического контроля. Недостатки визуального кон-
троля: субъективность восприятия человеком тех или иных внешних
признаков проявления дефектов, большая вероятность ошибок
и пропусков дефектов, недоступность для наблюдения соединений
в структурах МПП — обусловили внедрение автоматических средств
контроля.
7.2.1.	Принципы контактирования
с тестируемыми платами
«•
Электрическое тестирование печатных плат является важным про-
изводственным этапом и включает в себя два типа тестов:
1)	тест на целостность;
2)	тест на разобщенность.
Эти тесты позволяют провести проверку печатных плат на обрыв
цепи, короткое замыкание и правильность топологии.
FastwelfjS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 7. Электрическое тестирование печатных плат
Рис. 7.1. Ячейка с контактными щу-
пами «Скорпион», опрашивающая
со своей позиции определенную зо-
ну печатной платы.
Самым технически слож-
ным элементом электрического
тестирования является система
контакта с тестируемой платой.
Существует несколько методов
электрического контактирова-
ния: ручной, «ложе гвоздей»,
«летающие щупы», «летающие
матрицы».
При ручном методе человек
щупами последовательно про-
водит тест всех цепей, однако
по реальной статистике чет-
верть из всех дефектов пропускается оператором (сказывается че-
ловеческий фактор).
Контактирование плат с матрицей контактов (часто такое контакт-
ное устройство называют «ложем гвоздей») предполагает наличие
соединительного устройства с подпружиненными контактами во всех
узлах координатной сетки. Индивидуальность платы учитывают изго-
товлением маски с перфорациями в местах необходимого контактиро-
вания или специального тестового адаптера с размещенными на нем
зондами. Во время тестирования все зонды находятся в контакте с тес-
товыми точками, и скорость тестирования определяется скоростью пе-
реключения ключей. Этот метод обеспечивает высокую производи-
тельность, однако требует значительных затрат при переналадке (при
переходе от одного типа платы к другому).
Оборудование для метода «летающих зондов» имеет несколько
головок с приводами по трем осям, на каждой их которых установ-
лен зонд. Головки по программе осуществляют контактирование
с платой, во время которого происходит подача сигнала или измере-
ние. Этот метод обеспечивает простоту переналадки (данные для те-
стирования получаются из CAD-CAM данных), однако производи-
тельность его не высока.
Компромиссом между универсальностью и производительно-
стью является метод «летающих матриц». В этом случае на каж-
дой каретке размещается матрица щупов, при этом каждый щуп
имеет независимый привод по оси Z. Матрицы перемещаются на
FastwelcW
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
7.2. Электрическое тестирование
короткие расстояния с высокой скоростью, при этом наиболее
близко расположенный зонд активируется и производит подачу
сигнала или измерение. Эта технология позволяет увеличить
производительность в 10 раз (по сравнению с методом «летаю-
щих щупов»).
Некоторую разновидность метода «летающих матриц» пред-
ставляет метод с условным названием «Скорпион», по которому не-
сколько контактных щупов сосредоточены в нескольких модулях
с двух сторон платы, и из этих модулей прыгающие щупы «обстре-
ливают» одну зону платы за другой (рис. 7.1). Поскольку щупы
«Скорпион» имеют большой ход, с их помощью можно контактиро-
вать с трехмерными платами. Собственно говоря, метод «Скорпи-
он» незаменим в тестировании неплоских плат и электронных мо-
дулей с высокими компонентами. Длинные щупы «Скорпион» име-
ют три степени свободы, что позволяет использовать их для этих
целей.
7.2.2.	Матричные тестеры
7.2.2.1.	Матричная система контактирования
Если проверка печатных плат осуществляется поочередным подсо-
единением к каждому контакту для контроля его разобщения с каж-
дым из оставшихся, такой способ называют максимальным, так как
он требует максимального числа кон трольных операций. Действи-
тельно, для проверки разобщений п цепей нужно последователь-
ным перебором обойти все пары контролируемых точек:
первый обход: 1—2, 1—3, 1—4, ..., 1— (п— 1), 1—л;
второй обход: 2—3, 2—4, 2—5, ..., 2—(л—1), 2—п;
последний обход: (л—1)—л.
Можно увидеть, что при таком последовательном обходе коли-
чество операций для контроля разобщений цепей равно числу соче-
таний по два:
л(л —1) л2
2!	~ 2 ’
FastwelCS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 7. Электрическое тестирование печатных плат
где NP — количество контрольных операций при контроле разоб-
щений.
Например, если плата содержит п = 1000 разобщенных цепей,
проверка их разобшений состоит из 500 тыс. операций.
При контроле целостности цепей количество операций кон-
троля совпадает с количеством монтажных точек — точек присое-
динения выводов компонентов:
Nc = kn,
где Nc — количество контрольных операций при контроле соедине-
ний; к — количество звеньев цепи; п — количество цепей.
Для уменьшения количества контрольных операций для проверки
разобщения цепей используется другой способ коммутации точек кон-
тактирования на матрице контактов («ложе гвоздей»). Этот способ
проверки печатных плат называется инверсным или обратным. По не-
му все контролируемые точки соединяются с массой, и для проверки
отдельных цепей их отрывают от массы и соединяют с шиной измере-
ний (рис. 7.2). Таким образом, изоляция разобщенных цепей проверя-
ется между отдельно взятой цепью и всеми остальными цепями, замк-
нутыми между собою. Каждая цепь подвергается контролю на разоб-
щение один раз, поэтому количество проверок равно числу цепей:
NPI = n,
где NPj — количество контрольных операций при инверсном спосо-
Шина измерений
Рис. 7.2. Принцип коммутации це-
пей в тестерах с матрицей контактов:
все контакты, кроме четвертого, за-
мкнуты на массу. На схеме в данный
момент четвертый контакт присое-
динен к шине измерений.
бе коммутации цепей для про-
верки разобщения цепей.
Для реализации всех прове-
рок монтажных соединений пе-
чатных плат с помощью тесте-
ров с матричной системой кон-
тактирования используют
следующий порядок процедур:
проверяют целостность со-
единений, этим одновременно
проверяется качество контакти-
рования соединительного уст-
ройства с печатной платой;
FastwelcSv’
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
присоединяют все цепи к общей шине. Для этого используют по
одному контакту от каждой цепи (как правило, первый контакт в ад-
ресе цепи);
поочередно отключают контакты, принадлежащие контролируе-
мым цепям, от общей шины и подключают их к измерительной ши-
не (рис. 7.2);
измеряют характеристики разобщения очередной контролируе-
мой цепи относительно массы всех остальных: наличие—отсутствие
КЗ, сопротивление изоляции и (или) электрическую прочность диэ-
лектрика;
отключают проверенную цепь от измерительной шины и возвра-
щают ее к общей шине.
Проделывают эту процедуру последовательно со всеми цепями —
проверяют разобщенность всех цепей.
Общее количество проверок при использовании матричной сис-
темы контактирования:
N = кп + NPI.
7.2.2.2.	Контактное поле матричных тестеров
(«ложе гвоздей»)
Проверка плат матричными тестерами по технологии «ложе гвоз-
дей» (bed-of-nails) заключается в их установке на тестовые адаптеры
с последующей проверкой связности (т. е. обнаружении коротких
замыканий/обрывов низким напряжением, около 10 В) и контроле
изоляции на утечку и пробой высоким напряжением (до 500 В). На-
личие тестовых зондов в переходных отверстиях, физически распо-
ложенных на одной дорожке печатной платы, позволяет достаточно
точно локализовать обрывы. Проверка даже самой сложной платы
данным методом занимает всего несколько секунд.
Узким местом с точки зрения универсальности в матричных тес-
терах является соединительное устройство, т.е. само «ложе гвоздей»
— адаптерная часть. Самой дешевой (но и наименее универсальной)
является такая конструкция адаптера, в которой провода идут непо-
средственно от патронов зондов к измерительной части. В этом слу-
чае переход от проверки одной платы к другой является длительным
и трудоемким процессом. Более дорогим и универсальным является
Fastwel d?"
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 7. Электрическое тестирование печатных плат
|	Я— Прессовая плата
---Печатная плата
i----Зонды
3	Адаптер
Мульти------Анализатор
плексор----- контроля
|	Я— Прессовая плата
ц mi |||j	"™™ая плата
j | jj ill" j||| ii I Г-Адаптер
J) {(ОС со
I------------------------ Базовая сетка с
I-----------------1-----J мультиплексорами
Анализатор!
контроля |1	б
-----------------------Прессовая плата
----------------------Печатная плата
-----Зонды
j L _ МН!!!!!Н!!!!!!! 1 Сменная плита
--------------------------Адаптер
..............   '	-| Базовая сетка с
-----------------1-----3 мультиплексорами
Анализатор^
контроля [I	в
решение, когда база адаптерной
части имеет разъем, через кото-
рый к измерительному модулю
подключается сменный элемент.
Такая конструкция пользуется
наибольшим спросом у россий-
ских производителей в связи
с большой номенклатурой и ма-
лой серийностью изделий.
Для решения проблемы пе-
реналадки используют стандар-
тизованные адаптеры. В этих
адаптерах зонды расположены
с определенным шагом (обычно
2,5 мм, очень редко 1,25 мм).
Для конкретного изделия изго-
тавливаются шаблоны с про-
сверленными отверстиями, че-
Рис. 7.3. Схемы контактирования
в матричных тестерах: а — система
со стандартным адаптером; б — сис-
тема с быстросъемным адаптером;
в — система с универсальным адап-
тером.
|	~Я— Прессовая плата
Печатная плата
Зонды
Адаптер
Мульти------Анализатор
плексор----- контроля
Рис. 7.4. Внешний вид соединитель-
ного устройства (контактного поля)
матричного тестера АСПК ПП.
рез которые проходят зонды
в точках тестирования. Однако
применение таких адаптеров
затруднено из-за двух факто-
ров; даже при небольшом дав-
лении на один зонд (500...800 Н)
суммарное давление на адаптер
может достигать нескольких
тонн. Из-за этого очень сложно
изготовить адаптеры с шагом
1,25 мм. Вторым фактором яв-
ляется распространение плат
с планарными контактными
площадками высокой плотнос-

ти. Как правило, в этом случае шаг зачастую не равен стандартно-
му, и применение таких адаптеров становится затруднительным.
Для таких плат обычно применяются дополнительно переходные
адаптеры (с одного шага на другой), изготавливаемые индивиду-
ально под каждое изделие.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
FastwelC?^
7.2. Электрическое тестирование 313
Матричные средства электрического тестирования содержат
контактные устройства (контактор, адаптер), через которые тести-
руемые цепи плат соединяются электрическими связями с комму-
татором, управляемым устройством формирования адреса через со-
гласующее устройство (рис. 7.4). В коммутаторе размещается набор
ячеек, через которые контакты соединяются с контрольно-измери-
тельными приборами. Программа контроля считывается с програм-
мы носителя устройством ввода, которое управляет работой устрой-
ства формирования адреса. Информация об обнаруженных дефек-
тах печатного монтажа выводится на устройство регистрации
результатов контроля, состоящее из цифропечатающей машинки
и блока управления цифровой печатью.
Вводимая в устройство программа задает последовательность
контрольных операций. Каждый цикл включает операции подсое-
динения ряда указанных в программе точек к надлежащим измери-
тельным шинам путем включения соответствующих коммутацион-
ных ячеек в коммутаторе, выполнения заданной операции контроля
и последующего сброса реле, не используемых в следующем цикле
контроля. Алгоритмом контроля предусматривается первоочеред-
ность контроля соединений, тогда можно удостовериться в подсое-
динении к контролируемым точкам. После этого можно контроли-
ровать изоляцию, будучи уверенным, что испытательное напряже-
ние будет подключено к контролируемой цепи.
1.2.2.3.	Коммутаторы
С точки зрения быстродействия, габаритов и надежности наиболее
подходящими для применения в коммутаторе являются транзистор-
ные ключи. Однако порог различения сопротивления контролируе-
мой цепи позволяет использовать их только в устройствах для функ-
ционального контроля.
Электрические требования, предъявляемые к ключевым эле-
ментам средств параметрического контроля печатных плат, такие
как малое сопротивление изоляции замкнутых и высокое сопро-
тивление изоляции разомкнутых цепей, высокое пробивное на-
пряжение, двухполярная проводимость, не позволяют использо-
вать бесконтактные полупроводниковые элементы. Единственным
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel;
Глава 7. Электрическое тестирование печатных плат
выходом является применение электромеханических переключате-
лей типа реле.
Для диагностического контроля печатного монтажа требуется от-
браковывать печатные платы, в которых порог допустимого сопротив-
ления печатных цепей составляет доли ома. Снизить порог отбраковки
и повысить точность измерений можно с помошью четырехзондового
измерения сопротивлений. В этом случае для каждой контролируемой
точки в коммутационной ячейке нужно иметь два переключающих
контакта. Такая возможность имеется только у многоконтактных реле.
Устройство управления обмотками реле ячеек коммутатора, как
правило, выполняется в виде матрицы. Обмотки каждого реле рас-
положены на перекрестии координатных шин X-Y, возбуждаемых
усилителями.
Скорость коммутации цепей при использовании бесконтактных
полупроводниковых элементов составляет несколько тысяч пере-
ключений в секунду. Порог отбраковки соединение—изоляция (при
функциональном контроле) — несколько килоом. Как правило,
стенды контроля содержат аппаратные средства и тесты для обнару-
жения неисправностей коммутатора.
Практически все современные автоматические средства контро-
ля печатных плат снабжены мини-ЭВМ для управления коммутато-
ром и измерительными ячейками, а также для работы в режиме са-
мопрограммирования, когда программа контроля задается опросом
соединений в платах, выбранных в качестве эталонных.
7.2.2.4.	Средства измерения
Контроль параметров производится по пороговому принципу. Ом-
метр служит для контроля сопротивления печатных проводников,
мегамометр или терраомметр — для контроля сопротивления изоля-
ции и пробойная установка — для определения электрической проч-
ности изоляции. Конечно, в высокопроизводительных автоматичес-
ких тестерах эти средства измерений встроены в систему контроля
и отбраковки. Но принципы их построения остаются теми же, что
и в отдельно выполненных приборах.
При измерении сопротивления изоляции разобщенных цепей
необходимо учитывать, что чем больший порог отбраковки задает-
FastwelcS
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
7.2. Электрическое тестирование 325
ся, тем медленнее работает тестер. Здесь вступает в силу постоян-
ная времени RC-цепи измерения. Например, для разветвленных
цепей, имеющих электрическую емкость порядка 100 пФ при от-
браковке плат по порогу сопротивления изоляции в 100 МОм, по-
стоянная времени выхода измерительной ячейки на это значение
составляет 10 мс. Если групповая заготовка содержит 10 тыс. тести-
руемых цепей, суммарное время тестирования плат только по сопро-
тивлению изоляции составит 100 с. Отбраковка по уровню 1 кОм
при тех же условиях составит всего лишь 0,1 с. Поэтому для повыше-
ния производительности тестеры всегда огрубляют по пороговым
значениям параметров отбраковки до приемлемого уровня: по со-
противлению изоляции — 1 МОм, электрической прочности — 100 В,
сопротивлению цепи — 5 Ом, току нагрузки при тестировании со-
единений — 100 мА.
Чтобы не подвергать накапливаемым разрушениям систему
коммутации и контакты, используют бестоковый алгоритм последо-
вательности тестирования, так, чтобы переходные процессы сосре-
доточивались не на контактах, а в коммутирующем устройстве:
вхождение в контакт — включение тестовой нагрузки (измерение) —
выключение тестовой нагрузки — выход из контактирования.
Следует обращать внимание на ограничение тока при испыта-
нии изоляции на электрическую прочность, чтобы предотвратить
дугообразование и, как следствие, полное разрушение печатных
плат, после чего они уже не подлежат ремонту.
Плотность тока в реальных диэлектриках распределена неравно-
мерно из-за присутствия неизбежных дефектов. С повышением эле-
ктрического напряжения в предпробойном состоянии в диэлектри-
ке появляются один или несколько нитевидных каналов с макси-
мальным значением тока утечки, в которых с течением времени
возрастает локальная энтальпия, так как местного переноса тепла
недостаточно для поддержания теплового равновесия. Температура
каналов повышенной проводимости не меняется до тех пор, пока
общая плотность мощности за счет токов утечки остается ниже ниж-
него практического значения, которое для наиболее распространен-
ных эпоксидных стеклопластиков составляет в среднем 10-8 Вт/мм3.
Между нижним критическим значением и верхним, составляющим
в среднем 10~5 Вт/мм3, теплообмен нестабилен.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
326 Глава 7. Электрическое тестирование печатных плат
При значении мощности выше критического неизбежно наступа-
ет тепловой пробой диэлектрика. Если в аппаратуре контроля исполь-
зуется устройство отключения напряжения в момент, предшествую-
щий дугообразованию при пробое, следует помнить, что деструкция
стенок каналов пробоя наступает при мощности, равной 2 Вт/мм3. Та-
ким образом, если канал пробоя имеет объем (1...3) х 10-3 мм3, ток,
предшествующий пробою, не должен превышать 10 мкА.
7.2.3.	Последовательная система контактирования
Средства контроля с последовательным контактированием (мани-
пуляторы) лишены многих недостатков матричных тестеров. Они
позволяют контролировать с большой точностью практически все
электрические параметры печатных плат. Контакт в таких манипу-
ляторных устройствах осуществляется перемещающимися по полю
платы парами зондов, совмещенных с измерительными головками.
Зонды перемещаются своими индивидуальными координатными
системами с приводами, управляемыми программными средствами.
Число контролируемых точек и их местоположение практически не
ограничены. Последовательность проверки определяется програм-
мой контроля, учитывающей топологию связей в печатных платах.
Тестирование перемещающимися зондами дало распространен-
ное название их аппаратной реализации — «тестеры с летающими
щупами» (Flay Probes Testing System).
Расстояние между точками контактирования эти тестеры могут
обеспечить до расстояния сближения зондов и составлять вплоть до
0,3 мм. Размеры печатных плат ограничены: сверху — полем переме-
щения зондов, снизу — элементами крепления плат в поле рамы тес-
тера, практически, они могут быть любыми. Поэтому системы тести-
рования с летающими щупами пригодны для контроля МПП разме-
ром 610 х 914 мм, внутренних слоев МПП любого класса плотности,
керамических модулей, керамических МПП, гибридных ИС. По-
грешность позиционирования контактных зондов — не ниже 0,05 мм.
Конструкция зондов, изготовленных из бериллиевой бронзы, обес-
печивает надежный электрический контакт с контрольными точками
печатных плат без применения каких-либо пружин, так необходи-
мых для контактных штырей соединительных устройств средств кон-
www.fastwel.ru
raSTWei	тел.: (095) 234-06-39
7.2.
троля с одновременным контак-
тированием.
Средства контроля с «летаю-
щими щупами» могут осуществ-
лять диагностирование соедине-
ний и изоляции, измерять любое
сопротивление изоляции, со-
противление цепей, индуктив-
ность, емкость и т. д.
Современные установки это-
го типа имеют несколько зондо-
Рис. 7.5. Схема метода тестирования
печатных плат «летающими щупа-
ми».
вых головок с приводами по
осям X, Y, Z, на каждой из которых установлена тестирующая голо-
вка. Головки поочередно, по заранее разработанной программе осу-
ществляют контактирование с платой. Во время контактирования
происходят подача и измерение сигнала. Для контроля этим мето-
дом не требуется дополнительных адаптеров, а для перехода от од-
ной платы к другой достаточно лишь изменить программу тестиро-
вания. Отсутствие необходимости в изготовлении матричных кон-
тактных устройств, разработка программы перемещения зондов
методом трансляции из систем CAD-CAM значительно сокращают
время подготовки тестовой программы и перехода от одной платы
к другой. Вместе с тем данный метод не обеспечивает высокой про-
изводительности тестирования.
Для увеличения производительности тестеров с «летающими
щупами» применяют емкостный метод опроса тестируемых цепей.
Для этого первоначально из партии однотипных плат отбирают
и тестируют эталонную плату, измеряют и фиксируют в памяти те-
стера электрические емкости каждой цепи и устанавливают допу-
стимый диапазон отклонений емкости цепей. При тестировании
плат этой партии зонды контактируют только с одной точкой каж-
дой из цепей для измерения их емкости. При отклонении емкости
тестируемой цепи за пределы установленного допуска тестер про-
веряет эту цепь и окружающие ее цепи в нормальном режиме тес-
тирования. Поскольку «летающие зонды» касаются каждой цепи
только в одной точке и измеряют только один параметр (емкость
цепи), производительность тестеров с «летающими щупами» воз-
Fas+welc?
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
растает по крайней мере во столько раз, сколькими щупами воору-
жен тестер.
7.2.4.	«Летающие матрицы»
Метод «летающих матриц» является относительно новым. При со-
здании этого метода предполагалось решить основные проблемы
существующих систем тестирования: сложность переналадки (тес-
товые системы с адаптером) и низкая производительность (тесто-
вые системы с «летающими щупами»). В этом методе на каждой ка-
ретке размещается матрица щупов, каждый щуп которой может не-
зависимо перемещаться по оси Z (рис. 7.6). Каждая матрица
состоит из зондов, расположенных с определенным шагом (обыч-
но 25 мм). Как правило, установки, использующие этот метод,
имеют четыре матрицы, по две на каждую сторону, между которы-
ми располагается тестируемая печатная плата. Матрицы переме-
щаются на короткие расстояния с высокой скоростью по осям X
и У, а ближе всего расположенный к точке тестирования зонд про-
изводит подачу сигнала или измерение. Таким образом, среднее
расстояние перемещениями очень мало (обычно около 1 мм), что
дает огромное преимущество в скорости тестирования. Для реали-
зации метода достаточно иметь две «большие» матрицы и две ма-
ленькие (по одной с каждой стороны). Например, в установке New
System S24-25 [2] каждая большая матрица имеет 285 зондов (19 ко-
лонок, 15 рядов), а каждая маленькая — 75 зондов (5 колонок, 15 ря-
дов). Таким образом суммарное количество зондов для каждой сто-
роны — 360, а их общее количество — 720. Имеется возможность
увеличить количество зондов за счет уменьшения расстояния меж-
ду ними, следовательно, создавать более быстрые тестирующие си-
стемы. Это является важным отличием от установок с «летающими
Рис. 7.6. Схема тестирования «лета-
ющими матрицами».
щупами», где увеличение коли-
чества зондов затруднено, так
как каждый щуп необходимо
обеспечить собственной коор-
динатной системой для переме-
щения по трем осям и следует
усложнить систему управления
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel
установки, чтобы щупы не мешали друг другу. Другими словами,
добавление новых зондов в матрицу не увеличивает сложность ме-
ханизма, но, делая то же самое с независимыми зондами, мы стал-
киваемся с более высокими затратами.
Для привода зондов по оси Z, как правило, используются про-
стые соленоиды небольшой стоимости. Важно, чтобы зонды имели
обратную связь с возможностью контроля давления подачи зонда
(как правило, это давление составляет от 10 до 150 г). Таким обра-
зом, настроив давление подачи зонда, возможно протестировать пе-
чатную плату с защитной маской, не оставив следов от зондов на по-
верхности.
Одним из основных показателей тестирующих систем является
минимальный шаг, с которым установка может тестировать. Чтобы
решить эту задачу, крайний ряд зондов расположен на небольшом
расстоянии от границы матрицы, что позволяет тестировать цепи
с близко расположенными контактными площадками. В этом случае
матрицы сходятся близко друг к другу. Использование четырех мат-
риц, по две на каждой стороне, с независимыми перемещениями да-
ет возможность провести 100-ное тестирование для любого вариан-
та размещения тестируемых контактных площадок (на верхней сто-
роне, на нижней стороне, на разных сторонах печатной платы).
Важным достоинством систем, использующих метод «летающих ма-
триц», является возможность одновременного тестирования не-
скольких цепей на плате (для несложных плат). Таким образом, тес-
тирование выполняется параллельно с использованием двух изме-
рительных систем. Все это позволяет выполнять до 70 тестов
в секунду, что в 10 раз превышает аналогичные характеристики сис-
тем с «летающими щупами». А применение автоматических загруз-
чиков позволяет использовать установки этого типа в три смены,
обеспечивая требуемую производительность и быстрый возврат
средств.
7.2.5.	Контактирующие зонды
Основу надежности электрического тестирования обеспечивают си-
стемы контактирующих зондов. Поэтому наиболее ответственной
частью установок контроля является сам тестовый зонд, так как
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
330 Глава 7. Электрическое тестирование печатных плат
именно от качества контактирования зависит достоверность инфор-
мации, получаемой в результате тестирования.
Соединительные устройства состоят из контактных элементов,
предназначенных для создания разъемного соединения с печатной пла-
той, и элементов, обеспечивающих установку и крепление контактов.
По принципу создания контактных усилий контакты подразде-
ляются на штырьковые с пружиной растяжения, штырьковые с пру-
жиной сжатия, пластинчатые (для шага присоединительных элемен-
тов 2,5 мм) и струнные (для шагов 2,5 и 1,25 мм). Хвостовая часть
контакта выполняется применительно к монтажу накруткой, обжи-
мом или пайкой.
Так как контактные элементы являются относительно дорогими
компонентами (свыше 5 долларов за 1 шт.), разработчики ищут пути
повышения их долговечности.
Зонды изготовляются с пружинами разной силы сжатия и имеют
различные типы наконечников: плоский для соединения с контакт-
ной площадкой металлизированного отверстия; конический для ме-
таллизированного отверстия; с контактной площадкой под планар-
ный вывод ИС; со штырем под накрутку — контактная головка с ко-
ническим углублением.
Для компенсации неровностей и коробления печатных плат
контакты должны иметь увеличенный ход подпружинивания.
Для увеличения надежности контакта с ПП контактное поле
подвергают вибрационным колебаниям.
Зарубежная и отечественная промышленность выпускает соеди-
нительные устройства с шагом контактирования 2,54 и 2,5 мм. Более
сложные устройства предприятия изготавливают сами или заказы-
вают специализированным предприятиям.
Самые распространенные тестовые зонды для метода «ложе
гвоздей» состоят из подпружиненной контактирующей части и па-
трона (рис. 7.7). Контактирующая часть предназначена для обеспе-
чения качественного контакта с печатной платой и различается по
форме (коронка, игла, воронка и др.). Форма контактирующей час-
ти определяется типом контактируемого объекта — переходного от-
верстия, вывода штырьковых компонентов и специально подготов-
ленными тестовыми площадками и т.д. Патроны предназначены для
проводного соединения с измерительной частью системы и отлича-
www.fastwel.ru
rCSTWGl	тел.: (095) 234-06-39
7.2. Электрическое тестирование
ются -по способу соединения
с проводом: монтаж накруткой,
обжим, пайка.
Перемещающиеся зонды си-
стем «летающая матрица» или
«летающие щупы», как правило,
изготавливаются с универсаль-
ным коническим наконечником.
Корпус
Плунжер
Пружина
Наконечник
Рис. 7.7. Конструкция контактного
щупа.
Важно, чтобы давление зонда на
плату было регулируемым (для тестирования плат различной толщи-
ны и жесткости, как правило, это давление лежит в диапазоне от 10
до 150 г). Для снижения вероятности «ложных тревог» необходимо,
чтобы привод по оси Z зондов имел обратную связь.
7.2.6.	Базирование тестируемых заготовок
Важной частью установок электрического контроля печатных плат
является система базирования и установки, так как в случае возник-
новения рассовмешений между координатными системами тестиру-
емой платы и щупов будут возникать ложные ошибки. В системах,
использующих метод «ложе гвоздей», как правило, используется ба-
зирование по штифтам или по упору (по углу). Такой способ базиро-
вания обеспечивает необходимую точность, так как все зонды непо-
движны. В случае использования методов с подвижными зондами
(или матрицами зондов), такой метод базирования неприменим, так
как добавляется погрешность позиционирования каретки. В этом
случае применяется автоматическое базирование по тестовым купо-
нам или реперным знакам. При использовании тестовых купонов
электрическим способом производится измерение координат купо-
нов, по этим координатам рассчитывается базовая точка отсчета.
Для более точного и быстрого нахождения начала координат ис-
пользуется метод оптического измерения с помощью камер. В этом
случае по изображению реперного знака программное обеспечение
находит его центр и вычисляет координаты. Это позволяет компен-
сировать угловой поворот и смещение заготовки относительно базы
станка, а так же снизить накапливаемую погрешность в случае груп-
повой заготовки (при распознании реперных знаков на каждой тес-
тируемой плате в групповой заготовке).
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
FastwelC?^
332 Глава 7. Электрическое тестирование печатных плат
7.2.7.	Программное обеспечение
Известно, что для электрического контроля печатной платы необходи-
мо провести два типа тестов: тест на целостность и тест на разобщен-
ность цепей. При этом количество тестирований в общем случае равно:
для теста на целостность — N(k+\),
для теста на разобщенность — N(N—1)/2,
где N— число тестируемых цепей; к — число звеньев цепей (разветв-
лений).
Как видно из выкладок, в общем случае для теста на разобщен-
ность требуется значительно большее время тестирования. Поэтому
важной частью систем тестирования является программное обеспе-
чение, позволяющее оптимизировать тестовую программу.
7.2.7.1.	Исходные данные
Чтобы протестировать печатную плату, необходимо иметь информа-
цию, которая показывает, как печатная плата разведена (список це-
пей, информация о близко расположенных цепях и т.д.). Возможно
три пути создания списка цепей:
1.	Список цепей выбирается с использованием эталонной платы;
2.	Список цепей генерируется исходя из данных Gerber формата;
3.	Список цепей заимствуется из CAD данных.
Рассмотрим эти пути подробнее.
7.2.7.2.	Использование эталонной платы
В этом случае список цепей и программа создаются с методом само-
обучения по эталонной плате. Данный метод применим только для
методов «летающих матриц» и «летающих зондов».
Преимущества:
—	время для подготовки тестирования очень мало, так как не
требуется анализ платы.
Недостатки:
—	сложно получить эталонную плату;
—	если в эталонной плате будет дефект (дефект на пленке, ошиб-
ки Gerber файла), то в процессе производства невозможно об-
наружить это.
www.fastwel.ru
rQSTWGl	тел.: (095) 234-06-39
7.2. Электрическое тестирование
Этот метод достаточно сложный и в сильной большой завися-
щий чот возможности получения эталонной платы.
7.2.7.3.	Использование Gerber данных
В этом случае с помощью программных средств по Gerber файлам
слоев воссоздается список цепей.
Преимущество: нет необходимости в эталонной плате;
—	возможно обнаружение систематических дефектов в печатных
платах, что очень важно в производстве печатных плат.
Недостатки:
—	время, необходимое для анализа Gerber данных, составляет от
одной до нескольких десятков минут;
—	невозможно определить дефекты, внесенные на этапе подго-
товки информации к производству (ошибка оператора САМ
станции).
Данный метод значительно проще предыдущего, но он не позво-
ляет выявлять все возможные ошибки.
7.2.7.4.	Использование CAD-CAM данных
Использование CAD-CAM данных является наиболее оптимальным
методом получения списка цепей.
Преимущества:
—	нет необходимости в эталонной плате;
—	возможность обнаружения всех видов дефектов, возникающих
как в процессе изготовления платы, так и на этапе подготовки
информации.
Недостатки:
—	значительное время подготовки списка цепей из CAD-CAM
данных (до десятков минут);
—	каждая CAD-CAM система имеет собственный формат дан-
ных, зачастую не позволяя при наличии полной информации
провести 100%-ное тестирование.
Этот метод самый надежный, насколько это необходимо, однако
требуется описание формата, используемого в САПР, так как стан-
дартные форматы, содержащие всю необходимую информацию для
тестирования, только начинают внедряться в производство (ODB++).
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
FastwelcS^
Глава 7. Электрическое тестирование печатных плат
Как правило, для получения списка цепей используют Gerber
данные. Это связано со следующим.
1.	Обычно данные САПР (CAD) дорабатываются в САМ про-
граммах (корректируются ошибки, формируется групповая заготов-
ка, добавляются реперные и другие знаки), а затем по этим данным
генерируется таблица цепей. В этом случае ошибки на этапе подго-
товки информации не выявляются при тестировании.
2.	Сложно или невозможно найти формат списка цепей, соот-
ветствующий нужному электрическому тестеру.
3.	Данные формата Gerber используются на установках ремонта.
Для подготовки данных из Gerber файла возможны два пути:
I)	косвенное сравнение, используя только данные в формате
Gerber, переданные заказчиком. При этом печатные платы и список
цепей имеют общие только начальные оригинальные данные, что
дает возможность при САМ обработке легко обнаружить ошибки;
2)	использование в дополнение к Gerber файлу таблицы цепей
в стандарте IPC-D-356, переданной заказчиком. В этом случае вы-
полняется сравнение списка цепей, переданного заказчиком, с ге-
нерированными данными из Gerber файла. При сравнении двух
таблиц цепей можно обнаружить все ошибки при работе на САМ
станции.
7.2.8. Сопоставление средств
электрического тестирования
Предпосылками для выбора оборудования электрического тестиро-
вания должны быть следующие факторы:
•	требуемая производительность;
•	номенклатура выпускаемой продукции:
•	класс сложности платы.
Применение самого дешевого (с позиций капитальных затрат)
ручного метода оправдано лишь в лабораторном и прототипном
производстве. Однако достоверность результатов ручного контроля
невысокая.
Для оборудования с подвижными зондами характерна простота
переналадки, что делает его приемлемым для мелкосерийного про-
изводства с большой номенклатурой плат. Но производительность
www.fastwel.ru
rUSTWei	тел.: (095) 234-06-39
7.2. Электрическое тестирование 335
л max - 6,35 мм
Верхняя плита
адаптера


Средняя плита
адаптера


Мультиплексорные карты
Imwi
Нижняя плита
адаптера
Подпружиненные щупы
Материнская плата
адаптера
Рис. 7.8. Схема сменной части адаптера для перехода с одного шага кон-
тактирования на другой.
тестеров с «летающими щупами» недостаточна для больших объемов
производства.
Матричные системы тестирования обеспечивают максимальную
производительность, зависящую в основном от скорости установки
плат на контактное поле и от порогов отбраковки, связанных с по-
стоянной времени RC-цепей измерительных устройств. В качестве
переключателей тестируемых цепей используются коммутаторы на
транзисторных ключах. Если для диагностического контроля ис-
пользовать релейную систему коммутации, производительность ма-
тричных тестеров падает на порядок. Поэтому применение их ушло
в прошлое.
Однако использование матричных тестеров сопряжено с боль-
шими издержками на переналадку при смене типа печатной платы,
а также на изготовление сменных адаптеров, если шаги контактиро-
вания отличаются от шага матричного поля контактов (рис. 7.8). По-
этому матричные тестеры выгодно использовать в серийном и мас-
совом производстве плат с малой номенклатурой.
Компромисс между универсальностью и производительностью
обеспечивает метод «летающих матриц», обеспечивающий произво-
дительность применительно к мелкосерийному и серийному произ-
водству независимо от номенклатуры производства.
—	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
rCIST\A/el ' компоненты, ПП, сборка, тест
336 Глава 7. Электрическое тестирование печатных плат
Рис. 7.9. Сопоставление различных систем тестирования применитель-
но к разным масштабам производства.
Выбирая между «ложем гвоздей» и «летающими матрицами»
следует учитывать также, что при шаге сетки меньше 1,25 (1,27) мм
или использовании компонентов с высокой плотностью контактов
следует предпочесть метод «летающих матриц», так как для исполь-
зования матричного метода может не хватить контактов для накры-
тия всех монтажных точек тестируемой платы. В этом случае воз-
можно использование комбинации тестеров: матричных — для боль-
шинства цепей и «летающих» — для монтажных точек с высокой
плотностью размещения, как, например, для монтажного поля
BGA-компонентов.
Также при выборе оборудования кроме производительности
и стоимости тестеров следует учитывать тип и долговечность кон-
тактных зондов, точность системы базирования и на поставляемое
в комплекте программное обеспечение, так как оно тоже определя-
ет скорость работы установки и время ее переналадки.
Обобщенная оценка эффективности электрического тестирова-
ния для различных видов производств показана на рис. 7.9.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwelu
ГЛАВА 8
КОНТРОЛЬ
ПО ПРИЗНАКАМ
ВНЕШНЕГО ВИДА
8.1.	Критерии контроля
по признаком внешнего вида
Основную информацию о состоянии объекта контроля человек по-
лучает непосредственно зрительным осмотром или путем визуализа-
ции различных физических эффектов, выявляющих неоднороднос-
ти поверхности и объема объекта наблюдения. Большая часть при-
знаков внешнего вида является основополагающей при оценке
качества печатных плат. Более того, любой другой вид контроля
в случае обнаружения дефекта подтверждается внешним осмотром
поверхности или вскрытием печатных плат, позволяющим зритель-
но убедиться во внешних проявлениях дефектов.
8.1.1.	Фотошаблоны
Требования к качеству изображения на фотошаблонах состоят в том,
что на прозрачных и непрозрачных элементах изображения в зонах
недопустимости дефектов не должно быть пятен, разрывов, проко-
лов и других дефектов, как показано на рис. 8.1.
Размеры элементов изображения на фотошаблонах должны со-
ответствовать требованиям рабочего чертежа с учетом технологиче-
ских припусков, которые определяются методом изготовления пе-
чатных плат, технологическим режимом и применяемым оборудова-
нием. Они не могут быть общими, а устанавливаются в каждом
конкретном производстве в виде стандарта предприятия.
Измеренная денситометром оптическая плотность пробельных
мест должна быть не более 0,2 ..., непрозрачных — не менее 4,5 ...
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
FastwelC?/
338 Глава 8. Контроль по признакам внешнего вида
8.1.2.	Трафаретная печать
Трафаретную печать широко используют в массовом производстве
простых печатных плат, не требующих высокой степени разреше-
ния. Она выгодна лишь при тиражах плат более 100 шт. В случаях,
когда партия имеет меньший объем, стоимость изготовления сетча-
того трафарета окажется настолько высокой, что целесообразнее ис-
пользовать способ фотолитографии на фоторезистах.
Качество трафаретной печати характеризуется разрешающей спо-
собностью, точностью и тиражеустойчивостью. Разрешающую спо-
собность печати оценивают по минимально воспроизводимой шири-
не штрихов и зазоров между ними в оттиске. Точность в данном слу-
чае оценивается позиционными погрешностями элементов оттиска.
Тиражеустойчивость определяется числом оттисков, которые можно
Рис. 8.1. Характерные дефекты фо-
тошаблонов: 1 — номинальный
и минимальный размеры контакт-
ной площадки; 2 — граница зоны
недопустимости дефектов про-
бельных мест; 3 — зона недопусти-
мости дефектов соединений; 4 —
непрозрачные включения; 5 —
прокол; 6 — выступ; 7 — впадина;
8— непрозрачное пятно; 9 — пятно
от остатков раствора; 10 — следы
пылинки; 11 — пузырь в стекле;
12 — разрыв; 13 — след от удара по
стеклу; 14 — дефекты в зоне допус-
тимости.
сделать с помощью трафарета до
падения точности вдвое.
Обеспечение этих критери-
ев качества во многом зависит
от свойств трафаретной краски
или эмали. Особые требования
предъявляются к вязкости и тик-
сотропности красок. Менее вяз-
кие краски образуют размазан-
ные и тонкие изображения,
у них выше тенденция к образо-
ванию проколов, чем у более
вязких красок. Тиксотропность
красок, т. е. свойство фиксиро-
вать край «толстого» слоя без
растекания, очень важна для по-
лучения высокого разрешения.
Позиционная точность от-
тиска в значительной степени
зависит от пружинящих свойств
сетки, натянутой на рамку и на-
ходящейся в напряженно-де-
формированном состоянии.
Fastwel ’ jB,"
www.fastwel.ru
тел.:(095) 234-06-39
8.1. Критерии контроля по признакам внешнего вида 339
Типичные дефекты, характерные для процесса трафаретной пе-
чати, и их возможные причины:
•	смазанные контуры (нерезкость края) и неровность краев эле-
ментов изображения являются следствием применения слиш-
ком жидкой краски;
•	плохое разрешение, слабый и размазанный оттиск при высокой
вязкости говорят о слабой тиксотропности краски (или эмали);
•	многочисленные поры и проколы в краске возникают либо
при сильном разбавлении растворителями отверждающейся
краски, либо из-за забивания пылью или высохшей краской
открытых ячеек сетчатого трафарета;
•	неравномерное распределение краски по подложке возникает
по причине завышения расстояния между платой и трафаре-
том, недостаточного давления ракеля, перекоса ракеля, неров-
ности и неоднородной жесткости ракеля, неравномерности
напряжения сетки, неоднородной вязкости краски;
•	неудовлетворительная печать после серии хороших оттисков ча-
ще всего является результатом засыхания краски на трафарете;
•	волосовидные линии в оттиске краски возникают из-за оседа-
ния пыли и инородных частиц из воздуха, которые работают
как трафаретный экран;
•	волосовидные линии на чистых полях рисунка вызываются ца-
рапанием трафаретной пленки посторонними твердыми части-
цами из воздуха или с поверхности (чаще с торцов) заготовок;
•	несовмещение элементов заготовки (например, отверстий)
с элементами оттиска может являться следствием потери уп-
ругих свойств сетки из-за износа трафарета, повышенной вяз-
кости краски, из-за чего возникают большие усилия деформа-
ции сетки, неравномерного натяжения сетки, поверхностного
коробления заготовки, когда ее трудно удержать на фиксиру-
ющих штырях, вследствие ослабления вакуумного присоса.
Процесс трафаретной печати особенно восприимчив к чистоте
производственных помещений. Поэтому на участки трафаретной
печати, так же как и на участки фотолитографии, распространяются
особые требования: стабильность температуры — 21±1°С, влажнос-
ти — 50±5%, класс чистоты (обеспыливания) — 10 000, персонал дол-
жен быть обеспечен безворсовой одеждой.
»		контрактное производство
I CIST\Al I Скомпоненты, ПП, сборка, тест
Гз40
Глава 8. Контроль по признакам внешнего вида
8.1.3.	Фотолитография
Фотолитография — фотографический процесс на фоторезистах, от-
личающийся высокой разрешающей способностью. Цель фотолито-
графии — создать из фоторезиста защитное рельефное покрытие за-
данной конфигурации для доступа технологических растворов к об-
рабатываемому основанию. Для образования рельефа используют
свойство фоторезиста при освещении в результате фотополимериза-
ции терять (негативный фоторезист) или в результате фотолиза при-
обретать (позитивный фоторезист) способность к растворению.
Позитивные фоторезисты обладают более высокой разрешающей
способностью в силу известных особенностей дифракции и отражения
на границе подложка—фоторезист и процессов проявления.
Повсеместное применение негативных фоторезистов в производст-
ве печатных плат обусловлено их лучшей стойкостью к воздействию аг-
рессивных сред в процессах формирования токопроводящего рисунка.
Качество фоторельефа в значительной мере зависит от возмож-
ности формирования бездефектных пленок контролируемой и вос-
производимой толщины. Дефекты рельефа имеют разнообразный
характер и причины. Наиболее часто они появляются, когда уровень
качества материалов (в первую очередь фоторезистов) соответствует
нижнему уровню. Тогда фоторезист может иметь неравномерную
толщину, низкую светочувствительность, многочисленные проко-
лы, недостаточную пластичность, плохую адгезию и т. д., что приво-
дит к потере точности воспроизведения рисунка, шелушению и от-
слоению пленки фоторезиста и т. п. Нередко плохое качество фото-
резиста связано с нарушением сроков и условий хранения.
Вторая группа дефектов связана с неправильно подобранными
режимами экспозиции и проявления фоторезиста (скорость конвей-
ера, давление струй и тепература проявляющего раствора, темпера-
тура и давление воды в магистралях отмывочного модуля). Для под-
бора этих режимов и текущего контроля геометрической точности
воспроизведения рисунка служит тест-элемент, содержащий 12 зон
различной плотности рисунка переплетения. При контроле режи-
мов проявления и экспозиции полученное изображение тест-эле-
мента сравнивают с утвержденным образом, чтобы принять реше-
ние о направленности корректировки параметров процесса фотоли-
Fastwel'CSSv’
www.fastwel.ru
тел.:(095) 234-06-39
8.1. Критерии контроля по признакам внешнего вида 341
тографии. Тест-элемент размещается на технологическом поле каж-
дого фотошаблона, чтобы иметь возможность контролировать каж-
дую плату или слой МПП.
Третья группа дефектов связана с недостатками фотошаблонов,
показанными на рис. 8.1, запыленностью рамы экспонирования
и рабочих помещений. Фоторезисты с той или другой точностью вос-
производят эти дефекты и тени от пылинок и загрязнений. Рассеяние
света и переэкспонирование уменьшают размер дефектов в негативах
фоторезистах, но расширяет их в позитивных пленках. В этом отно-
шении негативные фоторезисты более предпочтительны.
8.1.4.	Травление рисунка
Травление печатного рисунка представляет собой процесс удаления
незащищенных фоторезистом участков металлической пленки
(фольги, гальванопокрытия) путем химического или электрохими-
ческого растворения.
Если химический состав и физические свойства вытравливае-
мых пленок однородны, что относится, например, к случаю травле-
ния фольги, то действие травителей должно быть изотропным.
Травление рисунка по фольге с металлизацией всей поверхности
близко к изотропному, если пренебречь несколько большей скоро-
стью травления гальванических слоев.
Если гальваническое наращивание идет по рельефу, сформирован-
ному из сухого пленочного фоторезиста так, что гальванопокрытия на-
ращиваются не выше фоторельефа, геометрия печатных элементов
воспроизводится особенно точно. При использовании в этом процес-
се диэлектриков с ультратонкой (5... 10 мкм) фольгой удается достичь
точности воспроизведения токопроводящего рисунка ±5... 10 мкм.
Металлизация рисунка по трафаретной печати приводит к защем-
лению краев краски разрастающимся в стороны гальванопокрытием
и искажению токопроводящего рисунка. При удалении защемленно-
го резиста образуются пазухи, в которых мотут сосредоточиваться все-
возможные загрязнения. Процесс травления расширяет эти пазухи за
счет подтравливания меди под фоторезистом и создает источник пер-
вых накоплений загрязнений. Степень искажения печатных элемен-
тов на операции травления оценивается через отношение толщины
FastwelCS^
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
342 Глава 8. Контроль по признакам внешнего вида
Рис. 8.2. Сечение пробельного места
с проводниками с большим под-
травливанием меди под металлоре-
зистом.
Рис. 8.3. Учет неровности края про-
водника при измерении его шири-
ны: А — линия выступов; В — линия
усреднения;С — линия впадин; D —
размер неровности края; Е — учас-
ток усреднения.
Рис. 8.4. Оптические клинья для
грубого определения завершеннос-
ти процесса травления рисунка.
кой ленты с вытравленного рису
вытравленного слоя к глубине
подтравливания — коэффициен-
том подтравливания. Однако
профиль проводников можно
увидеть и измерить коэффици-
ент подтравливания только по
микрошлифам при металлогра-
фическом анализе качества пла-
ты. Поэтому этот параметр каче-
ства используется в основном
при отработке процесса травле-
ния и анализе отказов.
Для оперативного контроля
качества травления используют
тест-элементы травления, кото-
рые позволяют без измерений
геометрии проводников оценить
состояние процесса травления
(рис. 8.4). При глубоком под-
травливании на кромках про-
водников нависают края метал-
лорезиста (рис. 8.2), которые
могут обламываться, образуя
многочисленные тонкие заусен-
цы, способные вызвать корот-
кие замыкания. Заусенцы имеют
толщину всего 10... 15 мкм, и их
трудно обнаружить невооружен-
ным глазом. Возможность ко-
ротких замыканий из-за заусен-
цев проверяется наклеиванием
и быстрым сдергиванием лип-
а. Оторвавшиеся заусенцы обна-
руживают себя в виде приклеившихся металлических частичек.
При оплавлении металлорезиста за счет поверхностного натяже-
ния расплавленного припоя медные торцы проводников облужива-
ются, выравнивая боковой профиль и закрывая пазухи. Однако
FastwelCB<
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
слишком большое подтравливание уменьшает возможности затека-
ния расплавленного припоя на боковые торцы проводников, что
может помешать сглаживанию рельефа проводника.
Требования к печатному рисунку обычно формулируются по ми-
нимуму ширины печатного проводника и минимуму ширины изоля-
ционного зазора между краями элементов. Ограничение максималь-
ной ширины печатного проводника в этом случае определяется ми-
нимальным изоляционным зазором.
Размеры печатных проводников, используемых в качестве поло-
сковых линий связи, должны укладываться в определенные допус-
ки, так как изменение ширины печатного проводника приводит
к изменению волнового сопротивления линии в точке неоднородно-
сти. Однако, если по длине линии имеются чередующиеся измене-
ния ширины, находящиеся друг от друга надлине, достаточно малой
по сравнению с критической длиной, такая линия может рассматри-
ваться однородной, с волновым сопротивлением, соответствующим
средней ширине. Длину линии считают критической, если задержка
в ней равна половине нарастания импульса сигнала. Если иметь
в виду, что, например, время распространения сигнала по печатному
проводнику МПП составляет около 7 нс/м, а время нарастания им-
пульса сигнала принять равным 0,1 нс, длина критической линии ~
15 мм. Это значит, что усреднение ширины проводника можно осу-
ществлять на длинах, равных или менее 15 мм.
Измерение ширины проводников производится, как правило,
с помощью обычных микроскопов, поле зрения которых едва ли пре-
вышает 10 мм при измерении размеров проводников шириной
0.1...0,5 мм. В связи с этим измерение их ширины осуществляется
между средними линиями неровности края, как показано на рис. 8.3.
Минимальные и максимальные значения размеров, соответствую-
щие впадинам и выступам неровностей края, в допуск на ширину
проводников для обеспечения заданного волнового сопротивления
не входят и ограничиваются только заданными чертежом минималь-
ными значениями ширины проводников и изоляционных зазоров.
В соответствии с ГОСТ 23752 проводящий рисунок должен быть
четким, без вздутий, отслоений, разрывов, темных пятен и окислов.
Не допускаются неровности по краям проводящего рисунка (высту-
пы и впадины), уменьшающие минимально допустимые размеры
контрактное производство
I QSTWei	компоненты, ПП, сборка, тест
344 Глава 8 Контроль по признакам внешнего вида
Образец
Рис. 8.5. Размерности дефектов рисунка проводящих элементов: а —
протрав в проводнике по ширине не должен уменьшать остав-
шуюся ширину проводника меньше допустимой: х — е > хт|п,
d < 2е; б — расстояние между краем отверстия и краем дефекта
(е) не должно быть менее ширины гарантированного пояска,
в зоне подхода проводника к контактной площадке не должно
быть никаких дефектов; в — сужение проводника не должно
уменьшать его ширину меньше допустимой: х — е > xmin, d < 2е;
г — протрав края контактной площадки не должен уменьшать
зону протрава меньше размера гарантированного пояска, в зо-
не подхода проводника к контактной площадке не должно
быть никаких дефектов; д — вкрапления металла в изоляцион-
ных зазорах не должны уменьшать остаточную ширину изоля-
ционных зазоров меньше допустимого значения: у — с > ут-|п,
d < 2с; е — расстояния между выступами проводников в про-
бельных местах (е) не должны уменьшать изоляционный зазор
меньше допустимого.
и расстояния между элементами проводящего рисунка, указанные
в чертеже; точечные протравы, уменьшающие минимально допусти-
мую по чертежу ширину печатного проводника в месте протрава; ос-
татки трафаретной краски или фоторезиста по контуру проводящего
рисунка, если они приводят к уменьшению минимально допустимых
расстояний между элементами проводящего рисунка. ГОСТ 23752
устанавливает общие требования к рисунку готовых плат. Частные
требования к вытравленному рисунку применительно к конкретно-
му производству и конкретным видам изделий можно устанавли-
вать, воспользовавшись, например, представлениями, иллюстриро-
ванными на рис. 8.5.
Металлические вкрапления в изоляционных промежутках уда-
ляют обычно при контроле по мере обнаружения. Дефекты соедине-
FastwelCS^’
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
8.2. Оптическое тестирование
ний можно устранить приемами, описанными в ГОСТ 27200-87
«Платы печатные. Правила ремонта» и ГОСТ Р 51039-97 «Платы пе-
чатные. Требования к восстановлению и ремонту».
8.2.	Оптическое тестирование
Контроль печатных плат по признакам внешнего вида является гла-
венствующим видом тестирования, поскольку он самый информа-
тивный. Мало того, независимо от вида используемых методов кон-
троля качества печатных плат, окончательное решение о характере
и допустимости обнаруженных дефектов принимается по результа-
там визуального анализа. Для этого используются монокулярные,
бинокулярные, безокулярные микроскопы. Если же объемы произ-
водства настолько велики, что трудозатраты на визуальный контроль
становятся значительными в ценообразовании печатных плат, при-
ходится рассматривать необходимость использования автоматичес-
ких оптических тестеров. Вместе с тем при визуальном контроле зри-
тельная и психологическая утомляемость оператора приводит к про-
пуску дефектов. И чем мельче элементы печатных плат, т.е. чем они
прецизионнее, тем больше вероятность пропуска дефектов. И неза-
висимо от того, что большая часть ошибок все-таки обнаруживается
на последующих стадиях производства, вплоть до проверки функци-
онирования аппаратуры, цена ошибок возрастает по мере опоздания
в их обнаружении. Поэтому особенно актуально избегать ошибок
в фотошаблонах, поскольку они будут тиражироваться во всей пар-
тии плат, изготавливаемых с этого фотошаблона.
8.2.1.	Оптическая микроскопия
Оптический микроскоп — наиболее распространенный прибор ана-
лиза качества печатных плат.
Изображение объекта в оптическом микроскопе формируется
при помощи системы стеклянных линз, имеющих более высокий
показатель преломления, чем воздух. Упрошенная схема оптическо-
го микроскопа отраженного света приведена на рис. 8.6. Микроскоп
содержит осветительную систему, штатив с предметным столиком
и систему формирования изображения.
_ -	КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
346 Глава 8. Контроль по признакам внешнего вида
8.2.1.1. Источник света и конденсор
Осветительная система должна обеспечивать равномерное освеще-
ние поверхности платы, чтобы все детали ее структуры находились
в одинаковых условиях. Источник света должен быть достаточно яр-
ким. Обычно источником света служит лампа накаливания. В более
дорогих микроскопах используются ксеноновые разрядные трубки,
являющиеся стабильным и мощным источником белого света.
Помимо источника, важным элементом осветительной системы
является конденсор, увеличивающий яркость освещения объекта.
Для этого изображение источника фокусируют близко к задней фо-
кальной плоскости объектива, и образец оказывается освещенным
почти параллельным пучком. Апертурная диафрагма осветительной
системы ограничивает количество света, поступающего от источника
и попадающего на образец. Контраст изображения можно повысить,
закрывая апертурную диафрагму конденсора. При этом, однако, рез-
ко уменьшается яркость изображения и могут появиться артефакты,
связанные с дифракционными
явлениями. Вторая диафрагма,
называемая полевой, помещает-
ся в плоскости изображения объ-
ектива. Она расположена в осве-
тительной ветви микроскопа от-
ражающего света, снижает
отражение света и устраняет не-
желательный световой фон (так
называемую засветку) изображе-
ния. Размер диафрагмы объекти-
ва должен регулироваться в соот-
ветствии с размером рассматри-
ваемой области, зависящим от
степени увеличения микроскопа.
Апертурная и полевая диафраг-
мы обычно представляют собой
ирисовые диафрагмы, диаметр
которых можно изменять в ши-
роких пределах.
Окуляр
Задняя
фокальная
плоскость
объекта
Плоскость первого
промежуточного
-----изображение
Конденсор
Полупрозрачное I
зеркало
Апертурная
диафрагма
конденсора
Проекция
изображение
апертурной
диафрагмы
Объектив
2а Образец
Рис. 8.6. Основные узлы оптическо-
го микроскопа отраженного света.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwelt
8.2. Оптическое тестирование 347
Во многих микроскопах отраженного света положение освети-
тельной системы с лампой можно установить так, чтобы он начал
работать как микроскоп проходящего света. Это очень удобно для
исследования тонких полупрозрачных плат.
8.2.1.2.	Предметный столик
Основным требованием, предъявляемым к штативу микроскопа
и предметному столику, является их механическая устойчивость. Ес-
ли разрешающая способность равна приблизительно 1 мкм, стабиль-
ность положения образца в плоскости изображения должна быть не
хуже этого предела. Дополнительные условия связаны с установкой
образца в фокус объектива путем вертикального перемещения его по
оптической оси микроскопа. Точность регулировки фокуса должна
быть выше глубины резкости объектива для самого большого увели-
чения Поэтому стабильность положения образца по оси оптической
системы не менее важна, чем по плоскости предметного столика.
Юстировку микроскопа обычно проводят по всем трем координа-
там с помощью микрометрических винтов координатного перемеще-
ния. При этом механическая свобода системы должна быть сведена
к минимуму. «Свободой» называют разницу в положении микромет-
рического винта при помещении объекта в одну и ту же точку путем
движения из противоположных направлений.
Плоскость образца должна быть строго перпендикулярной опти-
ческой оси микроскопа. Этого обычно достигают, помещая образец
на слой пластилина и вдавливая его в пластилин специальным прес-
сом (рис. 8.7).
8.2.1.3.	Выбор объектива
Основными характеристиками объектива являются числовая апер-
тура и увеличение, которое всегда можно найти на его корпусе. Как
правило, линзы объектива ахроматизованы и могут работать в широ-
ком диапазоне длин световой волны для изучения цветных деталей
печатных плат.
Яркость изображения (количество света, приходящегося на еди-
ницу площади) уменьшается обратно пропорционально квадрату
увеличения объектива. Чем больше апертурный угол (угол конуса)
FastwelCSr
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 8 Контроль по признакам внешнего вида
Рис. 8.7. Фиксация образца в плос-
кости предметного столика.
объектива, тем большее количе-
ство света он собирает.
Для объективов с самым
большим увеличением и боль-
шим значением числовой аперту-
ры рабочее расстояние между
объективом и поверхностью об-
разца не превышает 0,1 мм. Из-за
этого объектив легко повредить
в процессе фокусировки путем
вдавливания его в покровное
стекло, а замена хорошего объектива обходится совсем не дешево.
В настоящее время производятся специально разработанные
длиннофокусные объективы с большим рабочим расстоянием. В них
обычно создается промежуточное изображение без предварительно-
го увеличения (рис. 8.8).
8.2.1.4.	Формирование и регистрация изображения
Увеличение объектива не слишком высоко, и поэтому необходимо
дальнейшее увеличение построенного им изображения. Для этого есть
три возможности. Первая состоит в использовании окуляра и допол-
нительных линз, помещаемых между объективом и окуляром. Вто-
рая — в фокусировке изображения на светочувствительную фотоплен-
ку и его последующем фотоувеличении. Третий способ — это сканиро-
вание изображения и демонстрация его на мониторе. В последние
Рис. 8.8. Схема длиннофокусного объектива.
FastwelCfj
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
годы достигнут значительный прогресс в развитии высококачествен-
ных ПЗС-матриц, называемых в оптике так же ССД-камерами, позво-
ляющих создавать цифровое изображение. При этом отпала необходи-
мость в дополнительных линзах. В настоящее время этот способ фор-
мирования изображения продолжает интенсивно развиваться.
8.2.1.5.	Монокулярное и бинокулярное наблюдение
Изображение можно рассматривать при помощи монокулярной на-
садки, увеличивающей первичное изображение в 3...15 раз. Типич-
ный объектив имеет увеличение 40х и разрешение 0,4 мкм. Чтобы
человеческий глаз с его разрешающей способностью 0,2 мм разли-
чил такие детали, требуется дальнейшее увеличение изображения
в 200/(0,4 х 40) = 12,5 раза.
Во многих микроскопах имеется дополнительная промежуточная
линза (например, 4х), позволяющая с помощью маломощного (3 х или
5х) окуляра разрешить все детали изображения Однако даже без про-
межуточной линзы не всегда нужно использовать окуляр с увеличени-
ем 15х, поскольку при большом увеличении уменьшается размер изу-
чаемой области, а предельно разрешимые детали кажутся «стертыми».
В некоторых микроскопах световой луч делят на два и использу-
ют бинокуляр. Это удобно, но следует знать, что использование би-
нокуляра может создавать некоторые проблемы. Обычно фокусное
расстояние левого и правого глаз различается, и поэтому необходи-
ма независимая фокусировка окуляров. Эту процедуру осуществля-
ют фокусировкой первого окуляра на плоскость образца. После это-
го вторым глазом регулируют фокусное расстояние второго окуляра
(не изменяя плоскость образца), пока два изображения не совпадут.
Перед этим необходимо отрегулировать расстояние между окуляра-
ми, которое должно соответствовать индивидуальному межглазному
расстоянию исследователя. Отметим, что бинокулярный микроскоп
не обеспечивает стереоскопического изображения, для создания ко-
торого нужно иметь два объектива, сфокусированных на одну об-
ласть образца. Стереомикроскопы с двумя объективами в настоящее
время производятся промышленно, но их увеличение не превышает
50 х. Это обусловлено трудностью размещения сразу двух объекти-
вов близко к поверхности образца.
Fastwel/Sf
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 8. Контроль по признакам внешнего вида
8.3.	Распознавание объектов изображения
8.3.1.	Компьютерная обработка изображений
Оператор, анализирующий качество поверхности печатной платы,
без труда выделяет и распознает на изображении ее отдельные эле-
менты (проводники, зазоры, посторонние предметы, некачественные
элементы поверхности диэлектрика и т. д.). На объекты, которые его
не интересуют в данный момент, он просто не обращает внимания
и легко исключает их из анализа. Если его спросить, каким образом
он отличает разные элементы печатной платы, он попытается назвать
некоторые формальные признаки (размер и форма проводника, цвет
и текстура диэлектрического основания), но вряд ли в процессе ре-
альной работы он измеряет или пристрастно оценивает каждый эле-
мент. Он просто исходя из своего опыта зрительно узнает дефект.
При компьютерной обработке изначально после ввода все пиксе-
ли изображения являются равноценными по возможности отнесения
их к какому-то типу объектов. Для распознавания аналогично тому,
как их узнает человек, требуется определить формальные признаки,
по которым их можно выделить из изображения в конкретные эле-
менты и затем классифицировать, т. е. определить тип объекта.
8.3.2.	Принципы работы AOI
Системы AOI используют современную оптику, аппаратное
и программное обеспечение, а также библиотеки различных алго-
ритмов нахождения дефектов. Эти алгоритмы работают на осно-
вании логических правил, влияющих на принятие окончательных
решений. Система получает изображение проверяемой печатной
платы и сравнивает его с «эталонной» панелью, хранящейся в па-
мяти AOI. В качестве эталона могут быть использованы данные
CAD, фотошаблоны и также эталонная печатная плата. Различ-
ные алгоритмы нахождения дефектов анализируют несоответст-
вия между проверяемой и эталонной панелями и принимают ре-
шения, являются ли данные различия дефектом или нет. Весь
процесс принятия решений базируется на предпочтениях и уста-
новках пользователя.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel
8.3. Распознавание объектов изображения
Ниже представлен схематический принцип работы систем AOI
(рис. 8.9).
Получение изображения — оптический блок, включающий в себя
объектив, системы освещения и сканирующую камеру, передает изо-
бражение проверяемой печатной платы для последующей обработки.
Предварительная обработка изображения — обработка и подго-
товка полученного изображения к сравнению с эталоном.
Анализ — производится проверка изображений с использовани-
ем алгоритмов нахождения дефектов, осуществляющих сравнение
подготовленного изображения с эталонным и работающих в преде-
лах разрешенных допусков.
Решение — принятие решения о соответствии или несоответст-
вии платы эталону, базирующееся на правилах и предпочтениях
пользователя.
Анализатор дефектов — маркирует местоположение дефекта,
классифицирует его на основе правил, определяемых пользовате-
лем, и передает данные для дальнейшей верификации и управления
и стабилизации производственного процесса
Современные системы AOI используют дублирующие методы
нахождения дефектов и элементы искусственного интеллекта для
обеспечения высокого уровня детектирования при нулевом количе-
стве ложных срабатываний.
Каждый пиксель изображения имеет уникальные координаты X
и Y, значение яркости и (или) цвета в соответствии с цветовой моде-
Рис. 8.9. Структурная схема распознавания дефектов.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
Глава 8 Контроль по признакам внешнего вида
Рис. 8.10. Гистограммы изображений
проводников с сужением зазоров.
лью. Пиксели, образующие объ-
екты изображения, часто отлича-
ются от фона по этим свойствам,
что позволяет выделить пиксели
изображения, обладающие оди-
наковыми значениями яркости
или цвета, т. е. соответствующие
объектам.
Выделение по яркости про-
изводится по гистограмме ярко-
сти, на которой вручную или автоматически с помощью специаль-
ного алгоритма выделяются интервалы яркости, соответствующие
объектам. Пики на гистограмме, как правило, соответствуют близ-
ким по яркости, однородным участкам изображения, т. е. объектам
и фону. Для выделения анализируемой области нужно установить
границу интервала по середине между пиками. Например, для тем-
ных объектов фотошаблона, находящихся на светлом фоне, нужно
выделять темный пик, а для светлых на темном фоне — белый пик.
Выделение объектов по цвету, как правило, является более слож-
ной задачей, так как используются различные цветовые модели,
внутри которых надо выделить область цветового пространства, со-
ответствующую объектам. Для каждой цветовой составляющей вы-
деляется свой интервал яркости, а объединение интервалов опреде-
ляет заданную область цветового пространства.
Выделение по цвету или яркости прекрасно работает для многих
конструкций печатных плат, как показано на рис. 8.10. Однако сущест-
вует много изображений, на которых элементы рисунка печатных плат
имеют схожие яркости и цвета и которые различаются только внутрен-
ней текстурой. Под текстурой понимается упорядоченный узор (рису-
нок), который образуют пиксели, формирующие изображение объекта.
Вариации этого узора могут быть связаны с разбросом яркости, харак-
тером распределения точек разной интенсивности, направленностью.
8.3.3.	Контроль печатных плат с помощью AOI
Контроль печатных плат может быть признан целесообразным на
всех операциях изготовления печатных плат, как показано на
FastwelcS^
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
8.4. Сопоставление методов тестирования 353
рис. .8.11, по результатам которых делаются выводы о дефектности
платы и принимается решение о ее отбраковке или ремонте. Исполь-
зуется специализированная сканирующая система проверки печат-
ных плат, оборудованная моторизованным предметным столом, ци-
фровой камерой и компьютером с программным обеспечением. Ра-
бота системы заключается в последовательном вводе изображений
отдельных фрагментов платы, их «сшивке» в единое изображение
и сравнении последнего с эталонным изображением платы. Эталон-
ные изображения находятся во встроенной базе данных (электрон-
ной библиотеке) и предустанавливаются перед началом работы опе-
ратора. В результате сравнения тестируемой платы с эталоном облас-
ти несовпадения выделяются цветом. Классификация дефектов
производится оператором путем выбора типа дефекта из меню. Ко-
ординаты дефекта фиксируются автоматически. Процесс тестирова-
ния заканчивается формированием протокола, куда заносится ин-
формация, включающая код оператора, код эталона, автоматически
распознанный номер платы, список дефектов, заключение операто-
ра, его комментарии и, по необходимости, изображение платы.
8.4.	Сопоставление методов тестирования
Оборудование для тестирования печатных плат настолько дорого,
что нуждается в серьезном обосновании для приобретения и в
Фотошаблоны Внутренние слои
Наружние слои Готовые ПП
Пр* сова ни*
Дополнительная металл* зачи*
Экспаиироеаные
ТрОВЛвМИ*
Удаление фоторезиста
Защитны* и паяльиы* маски
Покрытие контактных площадки
Условны* знаки и надписи
Трассировка
Царапины
Излишек /- Отсустеи*
вламекто* топологии
Нарушения правил
пре ктиро вания
проводников. эозоро*
м контактных площадок
Разрывы
Короткие замыкания
Излишек/ - Отсустеи*
вламента* топологии
Нарушения правил
пректнровонив проводников,
Разрывы
Коротки* замыкания
Излишек/- Отсуствив
вламента* топологии
Нарушения правил
првктнрояани* проводников,
ic хоров и контактных площадок
Царапины
Неоднородности
и посторонние включения
Вс* ВИДЫ дефектов
на поверхности ПП
зазоров и контактных площадок
Царапины
Забиты* отверстия
Шифт в сверлении
Неоднородности
и посторонние включения
Рис. 8.11. Использование AOI в процессе изготовления печатных плат
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
Fastwel
354 Глава 8. Контроль по признакам внешнего вида
правильной расстановке по операциям. Каждый из видов тестиро-
вания — электрическое и оптическое настолько своеобразен, что
по большей части они не конкурируют, а дополняют друг друга.
8.4.1.	Оптический метод
Современный метод автоматического оптического тестирования
(AOI — Automated Optical Inspection) позволяет очень быстро про-
извести диагностику платы независимо от ее размера. Данный ме-
тод не требует изготовления дополнительной дорогостоящей осна-
стки для каждого типа плат. Однако его существенный недостаток —
ограниченность проверки правильности взаимного расположения
проводников только в одном слое, без учета переходных отверстий
печатной платы. Метод получил наибольшее распространение для
тестирования фотошаблонов, внутренних слоев многослойных пе-
чатных плат (без глухих и скрытых отверстий).
8.4.2.	Электрический метод.
В электрических методах используют две системы тестирования (см.
главу 14).
8.4.2.1.	Матричное тестирование («ложе гвоздей»)
При использовании матричной системы тестирования для каждого ти-
па плат изготовляется специальный переходной адаптер, на который
впоследствии накладывается тестируемая плата. Достоинство метода —
высокая скорость проверки, недостаток — большая стоимость адаптера.
В итоге матричное тестирование целесообразно для тестирования боль-
ших партий печатных плат ограниченной номенклатуры.
8.4.2.2.	«Летающие шупы»
При безадаптерном тестировании изготовление дополнительных ус-
тройств не требуется. Над поверхностью платы передвигаются голо-
вки с зондами, обычно по две или четыре на каждую сторону платы,
и опускаются на контактные плошадки тестируемой печатной пла-
ты. Скорость проверки данным способом ниже, чем адаптерным.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fastwel Сзз
8.5. Примеры распознавания дефектов оптическим тестером 355
Однако данный метод тестирования выгоден при проверке неболь-
ших партий плате широкой номенклатурой.
8.4.2.3.	Сопоставительные характеристики
методов тестирования
В табл. 8.1 приведены сопоставительные характеристики методов те-
стирования печатных плат.
Таблица 8.1
Электрическое матричное тестирование	Электрический тестер с "летающими щупами"	Автоматическое оптическое тестирование
Основные достоинства		
Надежные результаты тестирования плат как электрического изделия; возможность тестирования любого типа плат; высокая производительность больших партий ограниченной номенклатуры	Надежные результаты тестирования плат как электрического изделия; возможность тестирования любого типа плат; преимущества при тестировании ограниченных объемов плат широкой номенклатуры	Возможность тестирования фотошаблонов; высокая производитель- ность процесса; отсутствие дополнитель- ных затрат на адаптер; быстрое определение местоположения дефектов
Основные недостатки		
Отсутствие возможности тестирования фотошаблонов; высокая стоимость адаптера; сложность определения точного местоположения дефектов	Отсутствие возможности тестирования фотошаблонов; большая, по сравнению с адаптерным и оптическим методами, продолжитель- ность тестирования	Анализируются не электрические соединения, а их изображения; результаты оптического тестирования могут нуждаться в проверке другими методами; отсутствует тестирование металлизации отверстий
8.5.	Примеры распознавания дефектов
оптическим тестером
Для иллюстрации работы оптических тестеров рассмотрим несколь-
ко примеров распознавания дефектов.
На рис. 8.12 показано черно-белое изображение фотошаблона.
Обнаружена перемычка, которая после воспроизведения приведет
к короткому замыканию. Ее размер составляет всего лишь несколь-
ко микрон.
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
ГQSTWei	компоненты, ПП, сборка, тест
Глава 8. Контроль по признакам внешнего вида
Рис. 8.12. Фотошаблон с дефектом.
Рис. 8.13. Печатная плата с дефек-
тами.
Рис. 8.14. Слой питания с труднои-
дентифицируемым дефектом.
На рис. 8.13 показана печат-
ная плата, на которой воспроиз-
ведены дефекты фотошаблона,
показанные на рис. 8.12. Видно,
что дефект хорошо различим.
На рис. 8.14 показан слой пи-
тания. Оператор будет в затрудне-
нии при определении, правильно
ли соединены контактные пло-
щадки с основанием и правильно
ли проложены проводники.
Здесь показаны дефекты, ко-
торые также были бы обнаруже-
ны при электрическом тестиро-
вании. Но сейчас они могут быть
легко устранены и, если бы они
не были обнаружены, и устране-
ны сейчас, большую партию
плат пришлось бы забраковать.
Следует принять во внима-
ние, что такие дефекты распоз-
наются под микроскопом с боль-
шим увеличением и с очень низкой производительностью. Мало то-
го, как показывает практический опыт, при серьезной загрузке
оператора на операциях контроля и ретуши они пропускают до 12%
дефектов. На этом основании можно подсчитать рентабельность ис-
пользования автоматического оптического тестера. Можно доба-
вить, что в производстве печатных плат на китайских фабриках, где
трудозатраты в два раза меньше, чем в России, автоматические оп-
тические тестеры активно используются именно затем, чтобы избе-
гать пропуски дефектов.
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Fas+wel
Литература
I.	ГОСТ 23661. Платы печатные многослойные. Требования к типовому
технологическому процессу прессования.
2.	Котов Е.П., Махмудов М., Жак Л.И. Автоматизация процесса прессова-
ния многослойных печатных плат. М.: Радио и связь, 1986.
3.	Технология многослойных печатных плат / А.А. Федулова, Ю.А. Усти-
нов и др. М.: Радио и связь, 1990.
4.	Новокрещенов С.В. Выбор режущего инструмента Технологии в элек-
тронной промышленности. 2005. № 1.
5.	Медведев А.М. Надежность и контроль качества печатного монтажа. —
М.: Радио и связь, 1986.
6.	Ханке Х.-И., Фабиан X. Технология производства радиоэлектронной
аппаратуры. Пер. с нем. М.: Энергия, 1980.
7.	Медведев А.М. Обновление технологий в российской электронной про-
мышленности Технологии в электронной промышленности. 2005. № 1.
8.	DR. RONALD D. SCHAEFFER, JAMES KEATING, and GABOR KAR-
DOS. Outsourcing LASER DRILLING. PCFAB, June 2004. (www.pcfab.com)
9.	Ильин B.A. Химические и электрохимические процессы в производстве
печатных плат. Приложение к журналу «Гальванотехника и обработка по-
верхности». Вып. 2. М., 1994.
10.	Lundquist J., А. Медведев, В. Салтыкова. Печатные платы. Системы
прямой металлизации Компоненты и технологии. 2003. № 4.
11.	Виноградов С.С. Оборудование и организация гальванических произ-
водств: Учебное пособие / Под ред. В.Н. Кудрявцева; РХТУ им. Д.И. Мен-
делеева. М., 2001.
12.	Медведев А.М. Надежность и контроль качества печатного монтажа.
М.: Радио и связь, 1986.
13.	Медведев А.М. Технология печатных плат // Техносфера, 2005.
14.	А.с. 563614 (СССР). Вихретоковый преобразователь/В.И. Рогачев,
В.В. Сухоруков, П.Н. Шкатов // БИ. 1977. № 24.
15.	А.с. 563615 (СССР). Токовихревой преобразователь / В.И. Рогачев,
В.В. Сухоруков и др. И БИ. 1977. № 24.
16.	Ультразвук: Маленькая энциклопедия / Под ред. И.П. Голямина. М.:
Сов. Радио, 1980.
17.	А.с. 634084 (СССР). Устройство для контроля металлизированных от-
верстий печатных плат / В.Д. Орлов, В.И. Широков, Э.П. Максаков и др.
Fas+welcb
КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
компоненты, ПП, сборка, тест
358 Литература
18.	COOMBS’ Printed Circuits Handbook, Fifth Edition.
19.	Городов B.A. Методы электрического контроля печатных плат // Техно-
логии в электронной промышленности. 2005. № 1.
20.	Карпов С. В. Проблемы контроля многослойных печатных плат // Ра-
диотехника. 2003
21.	Материалы сайта www.pcbfab.ru
22.	Приходько И. Тестирование печатных плат // Электронные компонен-
ты. 2003. № 3.
23.	Материалы сайта www.new-system.com
24.	Frisk R. Automatic Optical Testing //Board Authority. Vol. 2. No. 3.
FastwelCS^W
www.fastwel.ru
тел.: (095) 234-06-39
Серия "Мир материалов и технологий"
Д. Брандон, У. Каплан Микроструктура материалов. Методы
исследования и контроля
П. Харрис Углеродные нанотрубы и родственные структуры.
Новые материалы XXI века
Ч. Пул, Ф. Оуэнс Нанотехнологии 2-е дополненное издание
Ф. Мэтьюз, Р. Роллингс Композитные материалы.
Механика и технологии
В. Пантелеев, О. Егорова, Е. Клыкова Компьютерная микроскопия
Ю. Гамбург Гальванические покрытия. Справочник по применению
Серия "Мир электроники"
Т. Ратхор Цифровые измерения. Методы и схемотехника
К. Фрике Вводный курс цифровой электроники 2-е издание
В. Варадан, К. Виной, К. Джозе ВЧ МЭМС и их применение
О. Ермаков Прикладная оптоэлектроника
В. Немудрое, Г. Мартин Системы- на-кристалле Проектирование
и развитие
Э.	Розеншер Оптоэлектроника
А.	Медведев Печатные платы. Конструкции и материалы
В. Емельянов, М. Горлов, А. Строгонов Геронтология кремниевых
интегральных схем
В.	Федоров, Н. Сергеев, А. Кондрашин Контроль и испытания
в проектировании и производстве радиоэлектронных средств
Б. Эггинс Химические и биологические сенсоры
Дж. Фрайден Современные датчики. Справочник
В. Мелешин Транзисторная преобразовательная техника
А. Лапин Интерфейсы. Выбор и реализация
Д. Крекрафт Аналоговая электроника
С. Редди Основы силовой электроники
Р. Корис, X. Шмидт-Вальтер Справочник инженера-схемотехника
Л. Каплан, К. Уайт Практические основы аналоговых и
цифровых схем
Т. Зимина, В. Лучинин, А. Корляков Микроаналитическая
лаборатория на чипе
Р. Джексон Новейшие датчики
В. Неволин Зондовые нанотехнологии в электронике
Полная информация о всех вышедших и готовящихся к печати
книгах находится на сайте WWW.technosphera.ru
Принимаются заявки на книги с доставкой по России
наложенным платежом или с предоплатой по счету.
По почте: 125319 Москва, а/я 594, издательство "Техносфера"
По факсу: (095) 9563346
E-mail: knigi@technosphrra.ru
Заявки на книги присылайте по адресу:
125319 Москва, а/я 594
Издательство «Техносфера»
e-mail: knigi@technosphera.ru
sales@technosphera.ru
факс: (095) 956 33 46
В заявке обязательно указывайте
свой почтовый адрес!
Подробная информация о книгах на сайте
http://www.technosphera.ru
А. Медведев
Технология производства печатных плат
Компьютерная верстка — Д. Ю. Бирюков
Технический редактор — П. Г. Агафонов
Корректор — О. Ч. Кохановская
Ответственный за выпуск — Л. Ф. Соловейчик
Идея серии книг по печатным платам,
монтажу и сборке — Т Н. Палеева
Формат 60x90/16. Печать офсетная.
Гарнитура Ньютон
Печ.л. 22,5. Тираж 5000 экз. Зак. № 827.
Бумага офсет № 1, плотность 65г/м2
Издательство «Техносфера»
Москва, Лубянский проезд, дом 27/1
Диапозитивы изготовлены ООО «Европолиграфик»
Отпечатано в ОАО «Чебоксарская типография №1»,
428019 г. Чебоксары, пр. И. Яковлева, 15
lheinil
электроизоляционные
материалы
компании BERGQUIST
Надежность
Габариты ♦
ЗОЛОТОЙ ШАР '
представляет торговую марку
Стив---------
BERDIJUI5TJ
С О М Р A M V
ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ОФИС:
Москва
Лубянский пр-д, 27/1
Тел.:(095)234-0110
Факс:(095) 956-3346
E-mail: safes@zolshar.ru
http: /www.zoishar ru