Друкарські плати

Системи прямої металізації

Більше 40 років у процесах наскрізний металізації отворів використовувався паладій як каталізатор для хімічного міднення, але за останні 12 років зарубіжжі перейшло до процесів прямої металізації, в яких паладій використовується для створення провідного подслоя, що не потребує в подальшому хімічному осадженні міді.

Пряма металлизация, по суті, підсумок боротьби між двома технологіями металізації - електрохімічної і хімічної, в якій остання програла. Багато хто пам'ятає, скільки спокус обіцяли адитивні процеси виробництва друкованих плат на основі толстослойной хімічної металізації. Спостерігалися окремі успіхи на цьому напрямку. Далі інших у цьому просунулася фірма Photocircuits, створивши промислову технологію масового виробництва плат для керованих снарядів. Але численні спроби подальшого поширення цієї технології, в тому числі вУкаіни (СРСР), що відносяться до 70-х років минулого століття, не увінчалися успіхом. Воно і зрозуміло, процес хімічної металізації до потрібних товщини (25 мкм) триває годинами (швидкість осадження - 1 ... 2 мкм / год); протягом усього цього часу потрібно підтримувати працездатність розчину за п'ятьма параметрами: рН, концентрації міді і відновника, редокс-потенціалу, температурі, не припустимі навіть найменші градієнти концентрацій і температур в обсязі ванни. Для компенсації тривалості процесу осадження обсяг ванн становив кубометри, щоб розмістити в них необхідну кількість плат, відповідне добовому обсягу виробництва. На відміну від цього електрохімічна (гальванічна) металлизация йде з більшою швидкістю - близько 30 мкм / год (при щільності струму 2,5 ... 3 А // дм 2).

Щоб в якійсь мірі використовувати відбулися напрацювання, були запропоновані процеси «среднетолщінной» хімічної металізації (близько 3 мкм), нібито позбавляють виробників від необхідності подальшої гальванічної затяжки. Чому «нібито»? Тому що хімічно відновлена ​​мідь - пухкий осад, не здатний протистояти швидкому окисленню. Це створює безліч проблем на наступних операціях обробки плат і не гарантує надійності внутрішніх межсоединений в МПП.

До недавнього часу у виробництві надовго втрималася тільки всім відома тонкослойная хімічна металізація в поєднанні з гальванічною затягуванням. Під неї будувалися технологічні лінії, створювалися хімічні системи, накопичилася значна база знань. Що ж спонукає тепер відмовлятися від цього процесу на користь маловідомого поки вУкаіни процесу прямої металізації? Що хорошого обіцяє ця заміна?

Порівняння хімічної і прямий металізації

Як відомо, процес хімічної металізації складається з двох стадій: активація і хімічне відновлення міді на центрах активації. На першій стадії створюються закріплені на поверхні діелектрика окремі вкраплення паладію - каталізатора початкового процесу хімічного відновлення металу. Оскільки процес хімічного міднення - автокаталитический процес, подальше розростання металу по поверхні діелектрика йде без участі паладію. Зони осадження змикаються, за рахунок чого утворюється суцільна провідна плівка з міді (рис.1).

Ідея прямої металізації полягає в тому, що на поверхні діелектрика створюється суцільна провідна плівка без хімічного відновлення міді. Іншими словами, ми маємо можливість виключити процес хімічного міднення за рахунок того, що вже на першій стадії паладій настільки диспергирован по поверхні, що утворює суцільну провідну плівку без наступної стадії хімічного відновлення міді і без необхідності гальванічної затяжки. Поверхневої провідності цієї плівки досить, щоб якісно провести наступну повну електрохімічний металлизацию до стандартних товщин.

Процеси прямої металізації відносяться до так званим «зеленим» технологіям через відсутність в них комплексообразующих речовин і формальдегідів, хелатов, важких металів, що зменшує проблеми, пов'язані з очищенням стічних вод і робить ці процеси екологічно безпечними. І це перша перевага прямої металізації.

Друга перевага ряду процесів прмой металізації полягає у відсутності необхідності гальванічної затяжки, властивої процесу хімічної металізації. Гальванічна затягування ускладнює апаратну реалізацію безперервності процесу в лінії хімічного міднення: після операцій хімічного міднення доводиться перезавантажувати плати на катодні підвіски або спочатку вести весь процес на катодних підвісках, в яких немає необхідності на хімічних операціях.

Третя перевага прямої металізації проявляється в обробці отворів малого діаметра. При хімічної металізації, крім осадження міді, неминуче виділяється водень:

Cu2 + + 2HCHO + 4OH ® Cu + 2HCOO - ++ 2 H 2 O + H 2 ^

Вирізняється водень закупорює отвори, заважаючи завершення процесу. Для дегазації отворів доводиться вживати спеціальні заходи: накладення ультразвуку, вібрацію підвісок, примусове прокачування отворів робочими розчинами, що не завжди вдається. У прямій металізації цей шкідливий процес виділення водню відсутня.

Наявність формаліну і великої кількості лугу робить розчин хімічної металізації в'язким, з великим поверхневий натяг, що ускладнює його обмін на стінках отворів. Через це реакція відновлення металу в вузьких отворах сповільнюється, нерівномірність осадження позначається на якості і стійкості процесу. Укривістость поверхні при хімічної металізації досягається збільшенням тривалості процесу, а значить, і збільшенням товщини покриття. З огляду на відносну рихлість хімічних опадів, це завжди погано, особливо для багатошарових друкованих плат. Розчини прямий металізації мають меншу в'язкість і поверхневий натяг. І хоча прийоми перемішування розчинів в процесах прямої металізації використовуються в тій же мірі, як і для хімічної металізації, пряма металлизация проходить стійкіше хімічної. І це четверте перевага.

Оскільки хімічне міднення - процес автокаталитический, неминуче металлизируются і вся поверхня фольги зовнішнього шару, і торці контактних майданчиків внутрішніх шарів. Це призводить до небажаного витраті реагентів, а для багатошарових плат - до наявності нетривкого бар'єрного шару з хімічної міді між металізацією отворів і торцями внутрішніх шарів (рис.2).

Велика частина відмов межсоединений в МПП зосереджена саме тут. У проти воположность цього процеси прямої металізації організовані так, що провідна плівка створюється тільки там, де потрібно - на діелектріке.Ето п'ятого перевага.

Ряд процесів прямої металізації більш стійкий у виробництві при неминучих коливаннях режимів (як тепер висловлюються - «має широкі операційні вікна»). І це не останнє їхня перевага.

Перехід від хімічної до прямої металізації не обов'язково пов'язаний з придбанням нової лінії. Оскільки процес прямої металізації має меншу кількість операцій, традиційні лінії хімічної металізації з надлишком вистачає організації цього процесу. Необхідно тільки мати на увазі, що для реалізації переваг прямої металізації потрібно більш ретельне очищення отворів зі створенням розвиненої поверхні.

Ряд процесів прямої металізації успішно проводиться не тільки в вертикальних, але і в горизонтальних лініях. Це важливо, оскільки в горизонтальних лініях створюються кращі можливості автоматизації процесів, використовуються менші обсяги розчинів і промивних вод.

Нарешті, використання процесів прямої металізації скорочує кількість операцій і, отже, зменшує час технологічного циклу і обсяг обладнання (табл.1 і 2).

Таблиця 1. Порівняння якісних характеристик хімічної і прямий металізації

Системи прямої металізації

Як стало зрозуміло, власне паладієва система прямої металізації народилася з процесу активації поверхні діелектрика для хімічної металізації. Основна ідея використання паладієвих систем була сформульована в патенті Радовська (Radovsky) в 1963 році [1], по якому було заявлено метод, який використовує плівку паладію в полуколлоідальной формі для прямої металізації наскрізних отворів друкованих плат. Винахід Радовська не знайшло тоді застосування. Ідея використання графито-вуглецевих систем відноситься до ще більш ранніх часів стосовно гальванопластике.

В даний час найбільш відомі 4 основні системи прямої металізації [2]:
  1. Колоїдні системи, що містять паладій.
  2. Вуглецева або графітовий системи.
  3. Процес, заснований на осадженні струмопровідних полімерів.
  4. Інші методи.

Паладій-олов'яний активатор з гальванічною затягуванням

ЇЇ-1 - перша знайшла промислове застосування система прямої металізації. Система була заявлена ​​в 1982 році фірмою Photocircuits. У ній використовувався активатор паладій-олово з подальшою гальванічною затягуванням. Ванна затяжки містила поліоксиетилен для запобігання осадження міді на поверхню фольги, що не заважає осадження паладію на непровідні поверхні. Осадження починалося від мідної фольги і епітаксійних росло по активованої поверхні отвору. Покриття завершувалося за 5 -6 хв. Ця затягування передує загальному гальванічного осадження міді до повної товщини. Подальше мікротравленіе видаляє накиди паладію і усуває цвяховий ефект на торцях внутрішніх шарів. Використовується спеціальний очищувач і відновник.

Паладієвий / олов'яний активатор з Блискоутворювачі

У цьому процесі використовується паладієвий / олов'яний активатор з подальшим Блискоутворювачі. Ванна для блескообразованія містить поліоксіетіленовой з'єднання для уповільнення осадження міді на поверхні фольги, при цьому уповільнення осадження паладію на непровідних поверхнях не відбувається. Покриття наростає на активованої поверхні отворів. Процес займає від 5 до 6 хвилин. Згодом блиск досягається в повному обсязі, як при комбінованому позитивному методі, так і при тентінг-процесі в будь-який гальванічної ванні. Мікротравленіе в комбінації з прискорювачем видаляє паладій і «капелюшки цвяхів» з поверхні торців внутрішніх шарів. Використовується спеціальний очищувач-кондиціонер.

Олов'яно-паладієвий активатор з ваніліном

Ця система прямої металізації була винайдена в Японії в кінці 80-х років. У ній використовується олов'яно-паладієвий активатор з ваніліном, з подальшим гальванопокриттям тентінг-методом або комбінованим позитивним способом. Задіяний спеціальний очищувач-кондиціонер і карбонатний прискорювач. Всі три ключових розчину - очищувач-кондиціонер, активатор і прискорювач - діють при підвищених температурах. На завершальній стадії в отворах виходить міцна сіра проводить паладієва плівка. Відомо, що очищувач-кондиціонер частково розбавляє активатор, притягаючи його до непроводящей поверхні. Ванілін вибудовує в ланцюжок молекули паладію, орієнтуючи їх уздовж поверхні, за рахунок чого зменшується електричний опір і поліпшується адгезія. Невелика частина паладію і олова залишається на мідній фользі, для позбавлення від цього справляють слабке подтравливания.

Переклад паладію в сульфід

Crimson-процес фірми Shipley використовує переклад паладію в сульфід паладію, який повинен володіти найкращою провідність для подальшого гальванічного нанесення міді. Підсилює агент стабілізує провідну плівку для того, щоб вона була хімічно стійкою при подальших операціях фотолітографії. Стабілізатор нейтралізує залишки підсилює агента, запобігаючи забрудненню розчинів на наступних стадіях обробки. При селективному мікротравленіі активатор видаляється з мідних поверхонь, чим досягається міцний зв'язок і епітаксіальний зростання металізації отворів від торців контактних майданчиків внутрішніх шарів.

Варіювання паладієвих процесів

Технологія АВС запропонована в Ізраїлі, вона схожа з процесом ЇЇ-1. Технологія Conductron від LeaRonal подібна до системою прямої металізації, але з додаванням стадії очищувача-кондиціонера і травлення склотекстоліти.

Технологія Envision від Enthone-OMI і технологія Connect від Atotech досить подібні, хоча в обох технологіях використовуються специфічний очищувач-кондиціонер і модифікований прискорювач.

В технології Neopact від Atotech використовується паладієвий активатор в колоїдному стані, який не містить олова. Подальший процес POSTDIP видаляє захисну полімерну плівку з палладиевой поверхні, звільняючи її для контакту з розчинами. При цьому підвищується провідність.

Пряма металлизация System-S від J-KEM International застосовує для активації - ключовий стадії обробки - трехметальную колоїдну систему замість типової олов'яно-палладиевой. Третім металом обраний амфотерний метал з III або IV групи таблиці Менделєєва. У лужному розчині постактіватора або интенсификатора (J-KEM) цей метал здатний утворювати з'єднання з Pd і (або) Sn, значно підвищуючи провідність в отворах (рис.3).

System-S від J-KEM - відносно нова система, розроблена в технологічних університетах Швеції та Італії з урахуванням потреб сучасного виробництва друкованих плат. Це забезпечило їй переваги, які відрізняють System-S від інших систем:
  • кращу селективність осадження, що особливо важливо для МПП;
  • можливість металізації практично будь-яких діелектриків, в тому числі полиимида, поліефірів, фторопласта;
  • рівномірний покриття тонких отворів (відсутність ефекту «собачої кістки»);
  • можливість металізації глухих отворів;
  • керованість процесом в «широких вікнах»;
  • стабільність розчинів;
  • висока прохідність;
  • відсутність необхідності в гальванічної затягуванні;
  • можливість використання в горизонтальних і вертикальних лініях.

2. Система на основі графіту

Використовуються суспензії графіту, що володіє середньої провідністю. Послідовність процесу дуже проста і включає в себе трохи стадій. Electrochemicals і Eidschun Engineering зробили цей процес дешевим і компактним.

3.Системи провідних полімерів

DMS-E - це друге покоління процесу DMS-2 від Blasberg. DMS-1 був схожий на EE-1. Після мікротравленія і кондиціонування в розчині перманганату калію в отворах утворюється покриття з діоксиду марганцю, який діє як окислювач протягом наступної реакції синтезу. У каталітичної стадії мономер EDT (етілендіоксітіо-фен) змочує поверхні діоксидом марганцю. В стадії фіксації сірчаної кислоти відбувається мимовільна окислювальна поляризація. На непроводящих поверхнях друкованої плати утворюється чорна провідна плівка полімеру EDT.

Compact CP був запропонований фірмою Atotech в 1987 році. По суті, даний метод схожий з DMS-E. Але в ньому комбінуються стадії фіксації і каталізу, використовується кислий перманганат, а провідна плівка складається з поліпіррола.

Для повноти списку потрібно згадати інші можливі варіанти металізації отворів друкованих плат, такі, як Phoenix і EBP від ​​MacDermid, Schlotoposit від Schlotter. У цих технологіях застосовуються проводить фарба, лазерна сублімація металу в поєднанні зі свердлінням отворів, вакуумне напилення і магнетрон металлизация. Але вони не набули такого широкого поширення як перераховані вище.

Пряма металлизация - прямий шлях до позбавлення від примхливих процесів хімічної металізації зі скороченням обсягів прямих і капітальних витрат.

Вона набагато полегшує вирішення екологічних проблем, стійкіше в управлінні, забезпечує хорошу адгезію металізації до всіх відомих діелектриків і ряд систем прямої металізації не вимагає гальванічної затяжки.

Паладієві системи прямої металізації дають більш стійкі і якісні результати і особливо необхідні для МПП. рафітовие системи дешевше, але їх використання не може виходити за рамки двосторонніх друкованих плат.

Використання готових фірмових концентратів, виготовлених в професійних умовах фірм-виробників, гарантує якісний результат прямої металізації в запропонованих режимах використання.