Заполнение переходных отверстий

В данной статье мы рассмотрим два способа решения задач в случае необходимости изготовления печатных плат с размещенными переходными отверстиями непосредственно на контактных площадках поверхностно монтируемых элементов:

• полное заращивание переходных сквозных и «глухих» отверстий медью;
• заполнение переходных сквозных и «глухих» отверстий нетокопроводящей пастой с последующим закрытием переходного отверстия медной «крышкой».

Технология заращивания переходных сквозных и «глухих» отверстий медью на нашем предприятии применима при условии, что соотношение толщины заготовки к диаметру отверстия не превышает значения 1:1.

Для заращивания «глухих» отверстий, выполненных с помощью установок лазерного сверления или отверстий, полученных контактным сверлением на сверлильных станках, в процессе гальванического наращивания меди используются специализированные органические добавки в отдельных гальванических ваннах меднения, оснащенных импульсными источниками тока. Медные аноды и их расположение, системы покачивания заготовки и перемешивания раствора, плотность тока и время осаждения отличаются от привычных гальванических ванн меднения. 

Полное заращивание переходных отверстий медью также можно проводить на заготовках с толщиной до 0,5 мм в стандартных гальванических ваннах меднения, но при этом диаметр заращиваемого переходного отверстия не должен превышать 0,3 мм.

При использовании данной технологии заготовки, печатные платы два раза проходят операцию сверления и металлизации отверстий. При первом сверлении — только те отверстия, которые необходимо зарастить, сам процесс заращивания происходит на малых плотностях тока и при длительном времени электролиза (порядка 4-5 часов). После этого происходит процесс выравнивания медного осадка на поверхности заготовки при помощи специализированных планаризаторов. Во время второго сверления досверливаются и затем металлизируются оставшиеся отверстия, которые не нужно заращивать.

Данная технология достаточно трудозатратна и не универсальна, поэтому далее мы более подробно разберем технологию заполнения переходных сквозных и «глухих» отверстий нетокопроводящей пастой с последующем закрытием переходных отверстий медной «крышкой».

На нашем производстве применятся технология вакуумного заполнения переходных отверстий нетокопроводящей пастой на специализированном оборудовании. Имеющийся комплект оборудования позволяет производить заполнение переходных отверстий различного диаметра — от 0,1 до 2,5 мм при толщине печатной платы более 0,5 мм.

Процесс производства печатных плат условно можно разделить на два этапа:

— На первом этапе изготавливается полуфабрикат печатной платы, в котором сверлятся только те переходные сквозные и «глухие» отверстия, которые необходимо заполнить. Затем выполняется процесс предварительной металлизации отверстий для заполнения (это может быть как процесс химического меднения, так и процесс активации диэлектрика на основе углерода BlackHole компании MacDermid). Когда токопроводящий слой на диэлектрике получен, выполняется электрохимическое осаждение гальванической меди: не менее 25 мкм в отверстиях для многослойных печатных плат и не менее 20 мкм для двусторонних печатных плат. Для этого на поверхности полуфабриката первоначально получается рисунок, выполненный сухим пленочным фоторезистом, на котором открываются контактные площадки переходных отверстий для заполнения, для последующего осаждения гальванической меди. 

Непосредственно заполнение сквозных и «глухих» переходных отверстий производится в вакуумной камере, при этом заготовка закрепляется в вертикальном положении внутри вакуумной камеры, происходит герметизация камеры и создание вакуума. На заготовку, расположенную между двух заполняющих ножей, через сопла под высоким давлением одновременно с двух сторон подается специализированная паста, которая запрессовывается в объем заполняемых отверстий. Благодаря вакууму, высокому давлению и полужидкому состоянию пасты обеспечивается хорошее заполнение отверстий пастой.

Удаление излишков специализированной пасты с поверхности заготовки производится в дополнительном модуле установки при помощи ракелей, заточенных под определённый угол. 

В дальнейшем заполненные заготовки помещаются в конвекционную печь, где происходит термоотверждение пасты. Материал, используемый для заполнения отверстий, имеет очень малый процент усадки после термоотверждения благодаря высокой плотности и низкому содержанию летучих компонентов. Это позволяет качественно заполнять сквозные и «глухие» переходные отверстия в печатных платах толщиной до 4 мм, не опасаясь риска образования трещин и пустот в отверстиях.

После термоотверждения пасты производится механическая очистка поверхности заготовки от остатков пасты при помощи специализированных планаризаторов. Данная процедура обеспечивает не только удаление излишков пасты, но и ровность поверхности контактных площадок переходных отверстий. 

— Второй этап включает в себя повторное сверление, во время которого досверливаются оставшиеся металлизированные отверстия, которые не нужно было заполнять, повторное проведение предварительной активации диэлектрика, основное формирование рисунка схемы и основной этап электрохимического осаждения гальванической меди, во время которого происходит образование дополнительного медного тента над отверстиями, заполненными нетокопроводящей пастой. Дальнейший технологический процесс изготовления печатных плат не отличается от стандартного.

Кроме своего основного назначения, процесс заполнения переходных отверстий нетокопроводящей пастой с последующим закрытием переходного отверстия медной «крышкой» или процесс полного заращивания переходных отверстий медью, позволяют «усилить» переходные отверстия и предотвращают стекание припоя в переходные отверстия в процессе проведения сборочно-монтажных работ.

Инженер-технолог ООО «ТЕХНОТЕХ»

Гусева А.О.