RU2396738C1

RU2396738C1 - Method for manufacturing of printed circuit boards

Info

Publication number: RU2396738C1
Application number: RU2009124721/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Слушков (RU); Александр Михайлович Слушков; Евгений Яковлевич Бараненков (RU); Евгений Яковлевич Бараненков; Наталья Анатольевна Фукина (RU); Наталья Анатольевна Фукина
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное предприятие "Полет"
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2009-06-29
Publication date: 2010-08-10

Abstract

FIELD: radio engineering.

SUBSTANCE: in method for manufacturing of printed circuit boards from glass-cloth laminate foiled on both sides, high-temperature organic film is applied onto metal foil, "dead" and through transition holes are drilled with diametre of 100 micrometre, and electroconductive nickel or cobalt, or copper coating is applied on their inner surface by means of thermal decay of these metals carbonyls, afterwards organic protective film is removed either with laser beam or mechanical milling, or by photolithography, electroconductive circuits are produced on both sides of copper foil, which are protected by metal resist together with inner coating of transition holes on the basis of Wood or Rose's alloy, or tin-lead. In order to produce multi-layer printed circuit boards, two and more single-sided printed circuit boards are glued between each other serially with a layer of polymer from the side of electroconductive circuits.

EFFECT: production of printed circuit boards on the basis of foiled glass-cloth laminate, simplification and cheapening of technical process.

2 cl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении печатных плат, применяющихся при конструировании радиоэлектронной техники.The invention relates to the field of electronics and can be used in the manufacture of printed circuit boards used in the design of electronic equipment.

Известен способ изготовления печатных плат в виде металлического рисунка на диэлектрической основе, полученного путем химического избирательного вытравливания отдельных участков медной фольги, приклеенной на основу диэлектрика. Затем полученная радиосхема облуживается легкоплавким резистивным сплавом, например сплавом Вуда, Розе, олово-свинец или др. [1].A known method of manufacturing printed circuit boards in the form of a metal pattern on a dielectric base, obtained by chemical selective etching of individual sections of copper foil glued to the base of the dielectric. Then, the obtained radio circuit is tin-plated with a fusible resistive alloy, for example, Wood, Rose, tin-lead alloy, etc. [1].

Основным недостатком этого способа является отсутствие электронной связи между электросхемами, расположенными на противоположных сторонах.The main disadvantage of this method is the lack of electronic communication between electrical circuits located on opposite sides.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления печатных плат, описанный в ГОСТ 23770-78 [2]. Процесс изготовления предусматривает установление электросвязи электрических схем, расположенных на противоположных сторонах, путем металлизации (химической, гальванической) переходных отверстий. Этот процесс позволяет изготавливать также многослойные печатные платы.Closest to the proposed method is a method of manufacturing printed circuit boards, described in GOST 23770-78 [2]. The manufacturing process involves the establishment of telecommunications of electrical circuits located on opposite sides by metallization (chemical, galvanic) vias. This process also allows the manufacture of multilayer printed circuit boards.

Главным недостатком этого способа является то, что применяется предварительная активация палладия, а также химическая и гальваническая металлизация, осуществляемая в водных растворах, при этом происходит насыщение влагой стеклотекстолита через внутреннюю поверхность переходных отверстий. При этом вода, раствор солей не могут быть удалены из стеклотекстолита после металлизации даже при прогревании, так как обе стороны и внутренняя поверхность переходных отверстий защищены медным покрытием. Вода (ее пары), электролит при нагревании печатной платы перемещаются внутри стеклотекстолита, вызывая замыкание между переходными отверстиями и выход из строя электронного узла в процессе эксплуатации. Причем чем выше класс печатных плат, то есть чем ближе расположены эти отверстия, при более плотном монтаже, вероятность замыкания выше. Особенно часто это происходит в случае дефектов, возникающих в стеклотекстолите при сверлении (задирах, расслоении и т.д.). Процесс является дорогостоящим, так как требует использования палладия, а также не позволяет металлизировать «глухие» отверстия и переходные отверстия диаметром менее 100 мкм.The main disadvantage of this method is that the preliminary activation of palladium is used, as well as chemical and galvanic metallization carried out in aqueous solutions, while the saturation of fiberglass through moisture through the inner surface of the vias occurs. In this case, water, salt solution cannot be removed from fiberglass after metallization even when heated, since both sides and the inner surface of vias are protected by a copper coating. Water (its vapors), electrolyte during heating of the printed circuit board move inside the fiberglass, causing a short between the vias and the failure of the electronic unit during operation. Moreover, the higher the class of printed circuit boards, that is, the closer these holes are located, with a denser installation, the likelihood of a circuit is higher. This is especially common in the case of defects that occur in fiberglass during drilling (scoring, delamination, etc.). The process is expensive because it requires the use of palladium, and also does not allow metallization of “blind” holes and vias with a diameter of less than 100 microns.

Задачей изобретения является получение печатных плат на основе фольгированного стеклотекстолита, свободных от вышеуказанных недостатков и имеющих «глухие» и сквозные переходные отверстия, а также упрощение и удешевление техпроцессаThe objective of the invention is to obtain printed circuit boards based on foil-coated fiberglass, free from the above disadvantages and having “blind” and through vias, as well as simplification and cost reduction of the process

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления печатных плат из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита на металлическую фольгу наносят высокотемпературную органическую пленку, сверлят «глухие» и сквозные переходные отверстия и наносят на их внутреннюю поверхность электропроводящее никелевое, или кобальтовое, или медное покрытие путем термораспада карбонилов никеля, кобальта, меди, после чего снимают органическую защитную пленку и лазерным лучом, или механическим фрезерованием, или фотолитографией на обеих сторонах медной фольги получают электропроводящие схемы, которые вместе с внутренним покрытием переходных отверстий защищают металлорезистом на основе сплава Вуда, или Розе, или олово-свинец.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing printed circuit boards from fiberglass foil coated on both sides, a high-temperature organic film is applied to the metal foil, “deaf” and through vias are drilled and an electrically conductive nickel, or cobalt, or copper coating is applied to their inner surface by thermal decomposition of carbonyls of nickel, cobalt, copper, after which the organic protective film is removed with a laser beam, or by mechanical milling, or a photolithograph s on both sides of a copper foil obtained conductive circuit, which together with an inner coating of vias protect metallorezistom Wood-based alloy, or Rose, or tin-lead.

Способ осуществляется следующим образом. На обе стороны фольгированного с двух сторон стеклотекстолита наносят высокотемпературную органическую пленку из лака, или герметика, или самоклеящейся полимерной пленки, после чего сверлят переходные отверстия разного диаметра и помещают в камеру металлизации, в которой их нагревают до температуры 160-200°С и остаточном давлении 1·10^-1-1·10^-2 мм рт. ст. и металлизируют кобальтом, или никелем, или медью при термораспаде октакарбониладикобальта, или карбонила никеля, или карбонила меди [3]. При термораспаде МОС происходит металлизация отверстий до заданной толщины. Толщина покрытия определяется временем термораспада. После металлизации отверстий и поверхности заготовки последнюю остужают, вынимают из камеры и удаляют слой органической защитной пленки вместе с осажденным металлом при этом на поверхности заготовки получают рисунок электропроводящей схемы лазерным лучом, или фрезой на фрезерно-гравировальном станке, или фотолитографией. Полученную печатную плату с металлизированными переходными отверстиями покрывают металлорезистом методом окунания в расплав сплава олово-свинец, или Розе, или Вуда.The method is as follows. A high-temperature organic film of varnish, or sealant, or a self-adhesive polymer film is applied on both sides of the fiberglass laminated on both sides, after which the vias of various diameters are drilled and placed in a metallization chamber in which they are heated to a temperature of 160-200 ° C and residual pressure 1 · 10 ^-1 -1 · 10 ^-2 mm RT. Art. and metallized with cobalt, or nickel, or copper during thermal decomposition of octacarbonyladicobalt, or nickel carbonyl, or copper carbonyl [3]. With the thermal decomposition of the MOC, the metallization of the holes to a predetermined thickness occurs. The coating thickness is determined by the thermal dissolution time. After metallization of the holes and the surface of the workpiece, the latter is cooled, removed from the chamber and the layer of the organic protective film is removed together with the deposited metal, while on the surface of the workpiece a pattern of an electrically conductive circuit is obtained with a laser beam, or a milling cutter on a milling and engraving machine, or photolithography. The resulting printed circuit board with metallized vias is coated with a metal resist by dipping a tin-lead alloy, or Rose, or Wood, into the melt.

Для получения многослойных печатных плат заготовки без отверстий и защитного металлорезистивного покрытия соединяют между собой слоем полимера со стороны электропроводящей схемы, затем на внешней поверхности с обеих сторон наносят защитную органическую пленку и сверлят переходные отверстия сквозные и «глухие». Затем помещают в камеру металлизации, нагревают до температуры термораспада МОС и металлизируют, в том числе и переходные отверстия, например никелем путем термораспада карбонила никеля. После металлизации отверстий защитный органический слой удаляют и создают на обеих сторонах лазерным лучом или фрезой на фрезерно-гравировальном станке или фотолитографией электросхемы. Затем на поверхность проводников электросхемы и внутреннюю поверхность отверстий наносят металлорезистивное покрытие олово-свинец, сплав Розе, Вуда или другой.To obtain multilayer printed circuit boards, blanks without holes and a protective metal-resistive coating are interconnected by a polymer layer from the side of the electrically conductive circuit, then a protective organic film is applied on both sides of the outer surface and the through and through holes are drilled through. Then it is placed in a metallization chamber, heated to the thermal decomposition temperature of the MOC and metallized, including vias, for example, nickel by thermal decomposition of nickel carbonyl. After metallization of the holes, the protective organic layer is removed and created on both sides by a laser beam or a milling cutter on a milling and engraving machine or by photolithography of an electrical circuit. Then, a metal-resistive coating of tin-lead, an alloy of Rose, Wood, or another is applied to the surface of the conductors of the electrical circuit and the inner surface of the holes.

Пример 1. На обе стороны фольгированного стеклотекстолита с толщиной фольги 20 мкм наносят органический защитный слой. После его высыхания сверлят сквозные отверстия диаметром 80 мкм и помещают заготовку в камеру металлизации [4], где нагревают до 160°С при давлении 1·10^-1 мм рт. ст. Затем подают пары октакарбонила дикобальта. При этом на поверхности стеклотекстолита и внутренней поверхности сквозных отверстий осаждается электропроводящая пленка толщиной 25 мкм. Время металлизации 20 минут. После нанесения металлического покрытия заготовку вынимают, удаляют защитное органическое покрытие вместе с осажденным металлом. На поверхности фольгированной заготовки лазерным лучом или фрезой создают электросхему. Затем полученную электросхему защищают металлорезистом путем окунания в расплав олово-свинец, или сплав Розе, или сплав Вуда.Example 1. On both sides of a foil-coated fiberglass with a foil thickness of 20 μm, an organic protective layer is applied. After drying, through holes with a diameter of 80 μm are drilled and the workpiece is placed in a metallization chamber [4], where it is heated to 160 ° C at a pressure of 1 · 10 ^-1 mm RT. Art. Subsequently, octacarbonyl vapors of dicobalt are fed. At the same time, an electrically conductive film 25 μm thick is deposited on the surface of the fiberglass and the inner surface of the through holes. Metallization time 20 minutes. After applying the metal coating, the preform is removed, the protective organic coating is removed along with the deposited metal. An electrical circuit is created on the surface of the foil blank with a laser beam or a milling cutter. Then, the obtained electrical circuit is protected by a metal resist by dipping tin-lead, or a Rose alloy, or a Wood alloy into the melt.

Пример 2. Две печатные платы без сквозных отверстий с односторонней электрической схемой соединяют между собой слоем полимера со стороны электросхемы, затем на обе стороны фольгированной заготовки наносят защитное органическое покрытие толщиной 50 мкм, сверлят переходные отверстия диаметром 60 мкм и помещают в камеру металлизации, где нагревают до 180°С. В камеру подают пары карбонила никеля при давлении 1·10^-2 мм рт. ст. Время металлизации 20 минут. При проведении этих операций на внутренней поверхности переходных отверстий образуется покрытие толщиной 20 мкм. После охлаждения заготовку вынимают, снимают органическое покрытие и создают на обеих внешних сторонах многослойной печатной платы электропроводящую медную электросхему. Последнюю, а также внутреннюю поверхность отверстий защищают металлорезистивным покрытием, например сплавом Розе. При этих условиях получают четырехслойную печатную плату с защитным металлорезистивным покрытием.Example 2. Two printed circuit boards without through holes with a one-sided electrical circuit are interconnected by a polymer layer on the side of the electrical circuit, then a protective organic coating 50 microns thick is applied to both sides of the foil blank, the vias are drilled with a diameter of 60 microns and placed in a metallization chamber where they are heated up to 180 ° C. Nickel carbonyl vapors are fed into the chamber at a pressure of 1 · 10 ^-2 mm RT. Art. Metallization time 20 minutes. During these operations, a coating with a thickness of 20 μm is formed on the inner surface of the vias. After cooling, the preform is removed, the organic coating is removed and an electrically conductive copper circuit is created on both outer sides of the multilayer printed circuit board. The latter, as well as the inner surface of the holes, is protected by a metal resistive coating, for example, Rose alloy. Under these conditions, a four-layer printed circuit board with a protective metal-resistive coating is obtained.

Экспериментально установлено, что если давление в камере металлизации будет больше 1·10^-1 мм рт. ст., то покрытие кобальта или никеля загрязняется углеродом, о чем свидетельствует его темный цвет.It was experimentally established that if the pressure in the metallization chamber is more than 1 · 10 ^-1 mm RT. century, the coating of cobalt or nickel is contaminated with carbon, as evidenced by its dark color.

Если давление меньше 1·10^-2 мм рт. ст., значительно уменьшается скорость роста покрытия, а также имеет место неполный распад МОС.If the pressure is less than 1 · 10 ^-2 mm RT. Art., significantly decreases the growth rate of the coating, and also there is an incomplete decay of the MOC.

Если температура меньше 160°С, получаемое покрытие загрязняется полимерными продуктами термораспада карбонилов и имеет высокое электросопротивление.If the temperature is less than 160 ° C, the resulting coating is contaminated with polymer products of thermal decomposition of carbonyls and has a high electrical resistance.

Если температура выше 200°С ,покрытие содержит порошок кобальта или никеля и имеет большую шероховатость.If the temperature is above 200 ° C, the coating contains cobalt or nickel powder and has a large roughness.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

1. Федулова А.А., Котова Е.А., Явич Э.Р. Многослойные печатные платы. М.: Сов. Радио, 1977. С.248.1. Fedulova A.A., Kotova E.A., Yavich E.R. Multilayer printed circuit boards. M .: Sov. Radio, 1977. S. 248.

2. ГОСТ 23770-78 «Печатные платы. Типовые технические процессы химической и гальванической металлизации» (Прототип).2. GOST 23770-78 "Printed circuit boards. Typical technical processes of chemical and galvanic metallization ”(Prototype).

3. Патент №2324307. Способ изготовления печатной платы. Бюллетень №13, 2008 г.3. Patent No. 23234307. A method of manufacturing a printed circuit board. Bulletin No. 13, 2008

4. Слушков A.M. и др. Устройство для нанесения покрытий в вакууме. Авторское свидетельство №1693895, 1992.4. Slushkov A.M. and others. A device for coating in vacuum. Copyright certificate No. 1693895, 1992.

Claims

1. A method of manufacturing printed circuit boards on the basis of fiberglass laminated on both sides, characterized in that a high-temperature organic film is applied to the metal foil, “blind” and through vias are drilled and an electrically conductive nickel, or cobalt, or copper coating is applied to their inner surface by thermal decomposition of carbonyls of these metals, after which the organic protective film is removed with a laser beam, or by mechanical milling, or by photolithography on both sides of copper foil and receive electrically conductive circuits that, together with the inner coating of vias, protect with a metal resist based on a Wood alloy, or Rose, or tin-lead.

2. The method according to claim 1, characterized in that in order to obtain multilayer printed circuit boards, two or more single-sided printed circuit boards are glued together with a polymer layer from the side of the electrically conductive circuits, and an organic high-temperature film is applied to the outer surfaces, “deaf” and through transitional drilled holes, applied to their inner surface with a conductive nickel, or cobalt, or copper coating of a given thickness, remove the protective polymer film and create an electrically conductive circuit on both sides we use a laser beam, or mechanical milling, or photolithography, after which the electrically conductive circuits and the inner surface of the vias are coated with a protective metal resist based on a Wood alloy, or Rose, or tin-lead.