Przedmiotem wynalazku jest sposób obróbki wstepnej plytek izolacyjnych do wytwarzania obwodów drukowanych.Do produkcji urzadzen oraz sprzetu telekomunikacyjnego, techniki przekazywania informacji, techniki obliczeniowej, techniki pomiarowej itp. stosuje sie obecnie duze ilosci plytek z obwodami drukowanymi. Obwo¬ dy te wytwarzane sa zasadniczo dwiema metodami rózniacymi sie od siebie zarówno pod wzgledem ich podsta¬ wowych zalozen, jak i wykonania. Tymi dwiema metodami, rózniacymi sie od siebie w sposób zasadniczy, sa: metoda tzw. substraktywna oraz metoda addytywna, stosowane w róznych odmianach.Istota metody substraktywnej jest usuniecie zbednych czesci folii miedzianej wedlug zarysu wytwarzanego obwodu z plytki izolacyjnej pokrytej folia miedziana, a pozostajacy w ten sposób zarys folii tworzy w nastepstwie obwód uprzednio zaprojektowany.Wszelkie odmiany metody substraktywnej sa nieekonomiczne, kosztowne oraz posiadaja wiele wad nieunik¬ nionych nawet z punktu widzenia teoretycznego. Przede wszystkim material wyjsciowy, tj. plytka izolacyjna pokryta folia miedziana jest stosunkowo bardzo droga. Ponadto, poniewaz warstwa ochronna, która pokrywa sie plytke pokryta folia miedziana, chroni przed trawieniem jedynie powierzchnie folii miedzianej zgodnie z zary¬ sem obwodów, wskutek czego trawienie (rozpuszczanie miedzi) rozprzestrzeniajac sie w glab warstwy miedzia¬ nej, atakuje równiez sciany boczne polaczen, czyli trawienie stopniowo przenika coraz bardziej pod warstwe ochronna, wskutek czego paski folii znajdujace sie na plytce izolacyjnej staja sie wezsze niz ochronna warstwa zewnetrzna, podpowierzchniowa, a wiec tworza sie paski folii o trapezowym przekroju poprzecznym. Zjawisko to nazywa sie podtrawieniem.Podtrawienia nie mozna uniknac, ani nim kierowac, bowiem przebiega ono nieregularnie i w sposób sponta¬ niczny. Z tego powodu zarysy wytwarzajacych sie pasków folii nie sa ostre i nie odpowiadaja dokladnie kontu¬ rom zarysów warstwy ochronnej, wskutek czego za pomoca tej metody niemozliwe jest wykonanie obwodów o delikatnych zarysach, a jeszcze mniej - elementów obwodu elektrycznego o malej tolerancji, a mianowicie indukcyjnosci lub pojemnosci o wymaganej dokladnosci. Ponadto te paski folii, których przekrój poprzeczny2 91832 wymiaruje sie stosownie do obciazenia, nalezy wykonywac szersze od obliczonej szerokosci ze wzgledu na niepewne podtrawienie zmniejszajace przekrój poprzeczny. Dalsza wada tego sposobu jest to, ze roztwór trawiacy po pewnym czasie zuzywa sie i staje sie nieprzydatny do uzycia, przy czym ze wzgledu na wlasciwosci trujace nalezy go zniszczyc, co jest zagadnieniem i zadaniem trudnym, jak równiez czynnikiem zwiekszajacym koszty ' w znacznym stopniu. Równiez woda do plukania jest intensywnie zanieczyszczona i jej oczyszczenie jest nieunik¬ nione w interesie ochrony srodowiska.Do wiekszych natezen pradu - tj. do wiekszych obciazen - lub w celu zwiekszonego wykorzystania prze¬ strzeni, wykonywane sa podobne obwody wytrawione po obu stronach plytki izolacyjnej, a te dwa obwody w sposób najprostrzy polaczone sa ze soba warstwa miedzi, naniesionej droga galwaniczna na plaszcz otworów przewierconych przez plytke w odpowiednich miejscach. To natomiast oznacza calkowita, zupelnie odzielna procedure galwanizacji.Wedlug innej glównej metody, tj. addytywnej na plytce izolacyjnej wytwarza sie bezposrednio obwody druko\yane; ^zarysy obwodów) lub elementy obwodu elektronicznego. Istnieja liczne warianty metody addytyw¬ nej rózniace sie dosc istotnie pomiedzy soba jak np. naparowanie prózniowe, rozpylanie katodowe, druk sitowy lub galwanizacja. Przy tych procesach zadaniem najtrudniejszym i nastreczajacym najwiecej problemów jest sprawa polaczenia pasków metalowych tworzacych zarysy obwodu z powierzchnia plytki izolacyjnej tak, azeby bylo spelnione wymaganie dotyczace przylegania pasków metalowych z jak najwieksza sila oraz ich nieodkleja- nia pod wplywem ciepla, np.zeby mozna bylo na nich lutowac w sposób niezawodny przynajmniej przez 5-6 sekund za pomoc^ lutowniczej kapieli cynowej lub lutownicy o temperaturze przynajmniej 250°C. Nalezy w tym miejscu zaznaczyc, ze wymaganie to wystepuje wobec wszystkich plytek z obwodami drukowanymi, niezaleznie od tego, jaka byla metoda ich wytwarzania.Plytki izolacyjne, pokryte folia miedziana wykorzystywane w metodzie substraktywnej jest stosunkowo latwo przygotowac w sposób odpowiadajacy uprzednio opisanemu wymaganiu za pomoca bedacych obecnie do dyspozycji doskonalych substancji klejacych. Przy metodzie addytywnej mechanizm laczenia jest jednak zupel¬ nie innej natury i wlasnie z tego wynikaja w nastepstwie wszystkie trudnosci, które nalezy rozwiazac. Jest to jednak o tyle oplacalne, ze kazdym z obecnie stosowanych sposobów, wykorzystujacych metode addytywna, mozna wyprodukowac plytki z obwodami drukowanymi, tak samo dobre jak za pomoca metody substraktywnej, lecz w wiekszosci przypadków w sposób bardziej ekonomiczny oraz w kazdym przypadku bardziej bezpieczny.Materialem wyjsciowym do metody addytywnej jest bowiem nie plytka izolacyjna pokryta folia miedzia¬ na, która jest stosunkowo bardzo droga, lecz po prostu plytka izolacyjna, która jest o wiele tansza oraz w doda¬ tku o wiele lepsza. Ponadto metoda addytywna nie wymaga operacji trawienia i w ten sposób odpadaja powazne klopoty i wydatki zwiazane z niszczeniem zuzytego roztworu trawiacego, wzglednie kapieli trawiacej, oraz unie¬ szkodliwieniem wody splukujacej. Niezaleznie od tego przy metodzie addytywnej mozna wytworzyc obwody o bardziej delikatnych zarysachoraz bardziej ostrych liniach konturowych, poniewaz indukcyjnosci i pojemnosci mozna wykonywac duzo dokladniej w bardzo malych granicach tolerancji, ze wzgledu na brak podtrawienia w tej metodzie.Wsród uprzednio wyszczególnionych sposobów wykorzystujacych metode addytywna, najbardziej ekono¬ miczna i najkorzystniejsza jest galwanizacja, gdyz za jej pomoca mozna najlatwiej oraz ekonomicznie wytwarzac warstwe metalowa o wymaganej grubosci oraz jakosci, z która jednoczesnie, bez jakiejkolwiek oddzielnej opera¬ cji, od razu gotowa jest galwanizacja otworów — galwaniczna warstwa metalowa równiez na plaszczach otworów w celu polaczenia obustronnych obwodów, w przeciwienstwie do kazdej innej procedury, gdy ta galwanizacje otworów nalezy wykonac oddzielnie.Przed nanoszeniem galwanicznej warstwy metalowej, przede wszystkim nalezy plytke izolacyjna wykonana z tworzywa sztucznego ppddac obróbce wstepnej, czyli nalezy ja przygotowac do tego, azeby pomiedzy tworzy¬ wem sztucznym plytki a metalem osadzonym na plytce moglo wytworzyc sie odpowiednie wiazanie. Przygoto¬ wanie to, wedlug stanu techniki w tym zakresie mozna obecnie wykonywac niewidoma sposobami Dla kazdego ' sposobu charakterystyczne jest to, ze warstwa powierzchniowa plytki izolacyjnej, wykonanej z tworzywa sztucz¬ nego, zostaje poddana specznieniu, wzglednie zmiekczeniu w odpowiednim rozpuszczalniku organicznym, lub w ich mieszaninie, a nastepnie warstwe speczniona poddaje sie trawieniu w kapieli zawierajacej kwas chromowy lub kwas siarkowy.Do obróbki wstepnej przy pomocy rozpuszczalników organicznych wymagana jest jednak plytka epoksy¬ dowa wzmocniona wlóknami szklanymi, o specjalnej powierzchni, a mianowicie taka, na której powierzchni zostala naniesiona bardzo równomierna warstwa zywicy o grubosci przynajmniej 50 jurri. Takiejplytki epoksydo¬ wej—specjalnej — jednak nie ma w normalnym obrocie handlowym i w zwiazku z tym jest ona stosunkowo bardzo droga, wobec czego nie mozna jej brac pod uwage do wykorzystywania na skale przemyslowa. Dalsza91832 3. bardzo istotna wada stosowania tej metody jest to, ze rozpuszczalnik organiczny dziala nie tylko na powie¬ rzchnie plytki izolacyjnej, lecz moze on dy fundowac w sposób niekontrolowany wkieiunku wnetrza plytki równiez, a dyfuzja tam moze rozprzestrzeniac sie nawet po zakonczeniu obróbki wstepnej za pomoca rozpusz¬ czalnika. Wskutek tego wlasciwosci chemiczne, a zwlaszcza elektryczne plytki izolacyjnej zmieniaja sie nieko¬ rzystnie w sposób trwaly.Oprócz uprzednio opisanych, stosowanie rozpuszczalników organicznych jest niewygodne i skomplikowane ze wzgledu na wlasciwosci trujace i palne ich pary, wobec czego wymagane jest przedsiewziecie specjalnych srodków ostroznosci i wytworzenie i uzytkowanie oddzielnego sprzetu ochronnego. Obróbka wstepna wykony¬ wana za pomoca rozpuszczalników moze powodowac dalsze klopoty przy wykorzystaniu gotowej plytki z ob¬ wodami drukowanymi. Rozpuszczalnik organiczny, który przedyfundowal do wnetrza plytki, moze bowiem przeksztalcic sie w pare wskutek oddzialywania cieplnego powodowanego lutowaniem, wytwarzajac pecherzyki pod galwaniczna warstwa metalu, czyli moze doprowadzic do zniszczenia obwodów drukowanych.Plytka podstawowa z zywicy epoksydowej wzmocnionej wlóknem szklanym nadaje sie do pokrycia mie¬ dzia droga jej chemicznego osadzenia jesli uprzednio spowoduje sie niehomogenicznosc jej powierzchni, czyli przygotuje sie ja do majacej nastapic reakcji chemicznej. Proces taki znany jest z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych Nr 3 698 940, wedlug którego stosuje sie kombinacje rozpuszczalników organicznych. Wada tego sposobu jest to, ze jest on drogi i stwarza zagrozenie pozarowe i wypadkowe, a wydzielajace sie pary sa szkodliwe dla zdrowia. Dalsza wada jest to, ze nie mozna dokladnie ustalic stezen dzialajacych substancji ze wzgledu na zuzycie i odparowanie w czasie procesu, co niekorzystnie wplywa na technologie. W sposobie tym ma równiez miejsce wspomniane juz szkodliwe oddzialywanie rozpuszczalnika na trwalosc warstwy metalicznej i jej uszko¬ dzenia pod wplywem ogrzewania podczas procesu lutowania.Równiez sposób opisany w zgloszeniu PRL nr P—169 872 obarczony jest wadami wynikajacymi z uzycia rozpuszczalników organicznych, podobnie jak w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych nr 3 698 940.Wymienione trudnosci i wady powoduja, ze obróbka wstepna przy pomocy rozpuszczalników organicz¬ nych, mimo niezaprzeczalnej prostoty, równiez nie jest zadowalajacymrozwiazaniem. * Celem wynalazku jest wyeliminowanie tych wad i trudnosci przez taka obróbke wstepna bez udzialu rozpuszczalnika organicznego, do której odpowiednia bylaby prosta plytka epoksydowa wzmocniona wlóknami szklanymi, która mozna nabyc w normalnym obrocie handlowym. Sposób wedlug wynalazku jest zatem tani i niezawodny, a plytki przygotowane tym sposobem po naniesieniu obwodów drukowanych odpowiadaja warna- ganiom technicznym stawianym wobec plytek z obwodami drukowanymi.Wynalazek opiera sie na nieoczekiwanym stwierdzeniu,ze roztwór wodny substancji zawierajacej atomy dysponujace wolna para elektronów w taki sposób, ze przynajmniej dwa takie atomy znajduja sie w jednej wspólnej czasteczce, moze rozerwac siatke przestrzenna zywicy epoksydowej w taki sposób, ze trawienie kwasem chromowym, dokonywane po obróbce wstepnej przy pomocy takiego roztworu, atakuje powierzchnie plytki epoksydowej w sposób nieciagly, wskutek czego wytwarza sie niezwykle równomierna siec powierzchniowych wnek mikroskopijnych. Ta siec powierzchniowych wnek mikroskopijnych jest wybitnie zdatna do tego, azeby dzieki niej wytworzylo sie niemal idealne polaczenie tworzywa sztucznego z metalem.Obróbke wstepna wedlug wynalazku wykonuje sie w taki sposób, ze plytki zanurza sie do roztworu wodnego sporzadzonego z nastepujacych zwiazków chemicznych: wodorotlenek amonowy, rodanek amonowy, karbamid, tiokarbamid, merkaptan etylowy, tiazole (np. merkapto-benzo-tiazol), aminokwasy (np. cysteina, sery- na, kwas tioglikolowy), jako zwiazku funkcyjnego lub ich kombinacji oraz z amonowego roztworu buforowego o wartosci pH równej 10, oraz z dodatków przyczyniajacych sie w znany sposób do rozpuszczenia w wodzie zwiazków funkcyjnych np. z jakiegos alkoholu.Plytki poddane obróbce wstepnej nadaja sie do wytwarzania obwodów drukowanych zarówno metoda substraktywnajaki addytywna* Sposób wedlug wynalazku wyjasniaja ponizsze przyklady wykonania Jako material wyjsciowy mozna stosowac plytki epoksydowe wzmocnione wlóknami szklanymi (o szkiele¬ cie z wlókien szklanych), znajdujace sie w normalnym obrocie handlowym, produkcji dowolnej firmy. Po Wycie¬ ciu plytki o wymiarach odpowiadajacych celowi oraz przygotowaniu otworów, zanurza sie ja w kapk'l oraz temperatura robocza i czas kapieli podane sa w poszczególnych przykladach wykonania. Do prób k^-dol¬ nych zastosowano plytki epoksydowe o szkielecie z wlókien szklanych, o grubosci równej 1,5 mm, w ilosci piec sztuk do kontroli kazdego przykladu wykonania, a wyniki porterowe poszczególnych badan sa wartosciami przecietnymi z pieciu wyników odnosnie kazdego badania. Teplytki próbne zostaly zanurzone wedlug przykla¬ dów wykonania kazda w innej kapieli obróbki wstepnej i po zwyczajnym splukaniu poddane zostaly postepowa¬ niu dalszemu, identycznemu dla kazdej plytki w tych samych kapielach oraz w taki sam sposób.4 91832 Po obróbce wstepnej plytki trawi sie w kapieli z kwasu chromowego, w sposób juz znany. Przykladowy sklad kapieli trawiacej jest nastepujacy: !30g/lCrO3 360g/lH2SO4 w roztworze wodnym, a trawienie wykonywane jest w kapieli o temperaturze równej 50-55°C, w przeciagu -10 minut.Po trawieniu kwasem chromowym plytki uczula sie w kapieli zawierajacej chlorek palladu oraz cyny (II).Przykladowy sklad kapieli uczulajacej jest nastepujacy: 0,5 g/l PdCl2 ,0 g/l SnCl2 w roztworze wodnym. Uczulanie wykonywane jest w kapieli o temperaturze pokojowej przez 5-10 minut.Po uczuleniu czesci powierzchni pozostajace puste wedlug zarysu obwodu nalezy pokryc któras ze zna¬ nych warstw pokrywajaco-ochronnych, a nastepnie droga chemiczna wydzielic warstwe miedzi na czulych czesciach pozostalych bez pokrycia na powierzchni wedlug dowolnej z metod zwyczajnych. Mozna to dokonac np. w kapieli o nastepujacym skladzie: 8 g/l CiiS04 9,8 g/l kwasu winnego 8 g/lNaOH 8 g/l paraformaldehydu w roztworze wodnym, i w tym roztworze nalezy moczyc plytki przez 30 minut, w temperaturze pokojowej.Warstwe miedzi wydzielonej droga chemiczna wzmacnia sie, wzglednie pogrubia w kapieli galwanicznej, np. o nastepujacym skladzie: 200 g/l CuS04 60g/lH2SO4 w roztworze wodnym, w temperaturze pokojowej, przy gestosci pradu równej 2 A/dcm2, w przeciagu 10 minut.Po kazdej operacji nalezy plytki oplukac w wodzie biezacej, w sposób zwyczajny.Opracowano szesc nastepujacych przykladów dotyczacych wykonania obróbki wstepnej wedlug wynalaz¬ ku: Przyklad I. Sklad kapieli obróbki wstepnej: 500 gil wody destylowanej 450 ml amonowego roztworu buforowego o wartosci pH równej 10 2 ml merkaptanu etylowego 48 g chlorowodorku L-cysteiny przy czym temperatura kapieli wynosi 50°C, a obróbke wstepna prowadzi sie w czasie 30 minut.Przyklad II. Sklad kapieli obróbkiwstepnej: s - 800 ml amonowego roztworu buforowego o wartosci pH równej 10 175 ml etanolu ml merkaptanu etylowego g tiokarbamidu przy czym temperatura kapieli wynosi 45°C, a obróbke wstepna prowadzi sie w czasie 35 minut.Przyklad III. Sklad kapieli obróbki wstepnej: 600 ml wody destylowanej 340 ml amonowego roztworu buforowego o wartosci pH równej 10 ml merkaptanu etylowego 50 g seryny przy czym temperatura kapieli wynosi 50°C, a obróbke prowadzi sie w czasie 35 minut.Przyklad IV. Sklad kapieli obróbki wstepnej: 400 ml wody destylowanej 200 ml alkoholu izopropylowego 360 ml amonowego roztworu buforowego o wartosci pH równej 10 40 g rodanku amonowego przy czym temperatura kapieli wynosi 55°C, a obróbke wstepna prowadzi sie w czasie 25 minut.Przyklad V. Sklad kapieli obróbki wstepnej: 490 ml amonowego roztworu buforowego o wartosci pH równej 10 470 ml alkoholu izopropylowego 12 ml merkaptanu etylowego 28 gmerkapto-benzo-tiazolu '« przy czym temperatura kapieli wynosi 45°C, a obróbke wstepna prowadzi sie w czasie 30 minut.91832 5 Przyklad VI. Sklad kapieli obróbki wstepnej: 300 nil wody destylowanej 200 nil amonowego roztworu buforowego o wartosci pH równej 10 450 nil metanolu ml merkaptanu etylowego g merkapto-benzo-tiazolu przy czym temperatura kapieli wynosi 50°C, a obróbke wstepna prowadzi sie w czasie 30 minut.Wlasciwosci mechaniczne plytek z obwodami drukowanymi, wytwarzanych w oparciu o obróbke wstepna sposobem wedlug wynalazku, sa lepsze niz wlasciwosci plytek wytwarzanych na podstawie dowolnej ze znanych metod. Sila przylegania warstwy metalowej zostala zbadana za pomoca metody Jackvet'a, czyli zmierzono sile potrzebna (w kG) do sciagania paska warstwy metalowej o szerokosci 20 mm. Przy plytkach z obwodami druko¬ wanymi wytwarzanych za pomoca znanych metod addytywnych oraz substrakcyjnych, ta sila przylegania wynosi najwyzej 3-4 kG/20 mm, w przeciwienstwie do sposobu wedlug wynalazku, gdzie sila przylegania warstwy metalowej przy plytkach wytworzonych na podstawie przykladu I wynosi- 4,2 kG/20 mm, ; \v przykladu II wynosi - 4,6 kG/20 mm, przykladu III wynosi - 4,4 kG/20 mm, przykladu IV wynosi - 5,1 kG/20 mm, przykladu V wynosi - 6,8 kG/20 mm, przykladu VI wynosi - 6,8 kG/20 mm.Do badania wytrzymalosci cieplnej plytke umieszcza sie na powierzchni kapieli .'metalowej, zawierajacej 60% cyny oraz 40% olowiu (czyli cyne lutownicza), o temperaturze 250°C na czasokres wynoszacy 5 sekund, odwracajac w dól warstwa metalowa, nastepnie zdejmuje sie ja i pozostawia do wystygniecia w temperaturze pokojowej, po czym poddaje sie badaniu zgodnie z przepisami zwyczajnej i znormalizowanej próby dotyczacej wytrzymalosci na cieplo lutowania. Sposród plytek wytworzonych z obróbka wstepna wedlug wynalazku, na zadnej z plytek warstwa metalowa nigdzie nie odkleila sie, a nawet nie wzniosla sie, czyli kazda odpowiadala wymaganiom badawczym. Jednoczesnie ok. 50% plytek wytwarzanych metoda addytywna w dowolny znany sposób nie wytrzymalo próby cieplnej.Prócz tak znacznego poprawienia wlasciwosci mechanicznych sposób wedlug wynalazku posiada jeszcze bardzo duze korzysci ekonomiczne w stosunku do znanych sposobów, a mianowicie to, ze wedlug wynalazku mozna wykorzystac dowolne plytki epoksydowe wzmocnione wlóknami szklanymi (o szkielecie z wlókien szklanych), wiec niepotrzebny jest drogi material podstawowy - plytka izolacyjna, niezbedny do innych sposo* bów, a ponadto ze wzgledu na to, ze sposób wedlug wynalazku nie wymaga uzycia rozpuszczalników organicz¬ nych, wobec czego odpadaja substancje latwopalne i o dzialaniu trujacym, niepotrzebne jest przedsiewziecie srodków ostroznosci lub ochrony, oraz zastosowanie sprzetu ochrony, czyli koszty zwiazane ,ze sposobem we¬ dlug wynalazku sa o wiele mniejsze, a tym bardziej, ze po obróbce wstepnej za pomoca rozpuszczalników organicznych nalezy zastosowac specjalne plukanie oraz suszenie.Jak wiadomo obróbka wstepna wykonana sposobem wedlug wynalazku nic takiego nie wymaga. Straty powstale wskutek parowania roztworu uzywanego w kapieli sa nieporównywalnie mniejsze a ze wzgledu na brak trawienia miedzi (rozpuszczania), sposób wedlug wynalazku nie jest obciazony kosztami zwiazanymi ani ze zniszczeniem zuzytych roztworów trawiacych, ani z zobojetnianiem dzialania trujacego zanieczyszczonej wody splukujacej, a wiec przy uwzglednieniu uprzednio opisanych, sposób wedlug wynalazku jest w kazdym przypad¬ ku o wiele tanszy oraz bardziej ekonomiczny, niz jakikolwiek ze sposobów dotychczas znanych. PL