Хорошие результаты травления зависят от получения правильного рисунка как на органическом внутреннем слое резистов, полученных методом струйной печати, так и на металлизированных резистах. Персонал, выполняющий травление, должен быть знаком с основными защитными, светочувствительными и металлизированными резистами. Для обеспечения надлежащего качества травления печатных плат должны предварительно проводиться соответствующая очистка, осмотр, а также процедуры подготовки к травлению. Все чаще и чаще для достижения единообразного формирования рисунка мелких элементов необходима одинаковая толщина, отсутствие дефектов и налета на металлической фольге или металлизированном покрытии. При изготовлении печатных плат резист должен быть полностью и аккуратно удален. Следующие после травления процессы важны, поскольку они удаляют загрязнение с печатных плат, результатом чего является качественная поверхность. Изучение настоящего вопроса включает рассмотрение различных типов резистов и описание основных процедур травления печатных плат с помощью органических и гальванорезистов.
Защитные резисты
Трафаретная печать является распространенным методом нанесения стандартных медных схем на фольгированный диэлектрик и прочие основания. Стойкий к травлению материал наносится на позитивное изображение (только на схемах) медных плат или на негативное изображение (только на полях) при металлизации через сквозные монтажные отверстия с присутствием металлического резиста.
Материал резиста должен отвечать требованиям, предъявляемым установкой трафаретной печати для правильной передачи рисунка, и быть химически совместимым с раствором для удалению резиста. Для наилучшего травления материал должен обеспечивать хорошую адгезию и защиту от травильных растворов, в нем не должно быть прозрачных точек, масла или сползания смолы, кроме того, он должен легко удаляться с подложки или схемы, не повреждая их.
Типичными проблемами являются чрезмерное подтравливание, остаточное серебро, непротравленные зоны и короткие замыкания во внутреннем слое на многослойных печатных платах. Кроме того, если сопротивление меди отслаиванию (или загрязнение поверхности) не соответствует техническим требованиям, может случится разрыв проводящей дорожки.
Заполнение отверстий
В медных платах с заполненными отверстиями применяется особый вид растворимых в щелочи защитных резистов. Технология под названием «заполнение отверстий» обеспечивает возможность нанесения паяльной маски на неизолированную медь платы. Данную технологию можно использовать на защищенных изображениях и усилить тентинговый процесс в небольших кольцеобразных структурах.
Защитные резисты, отвержденные ультрафиолетом
Отвержденные ультрафиолетом нерастворимые системы применяют при струйной печати методом «print-and-etch» и металлизировании. Полученные таким методом изделия устойчивы к часто использующимся кислотным растворам для струйной печати.
Фоторезисты
Материалы, содержащиеся в сухом пленочном и жидком фоторезистах, можно использовать для получения схем с узкими (от 76,2 до 127 мкм) межсоединениями, необходимыми для производства печатных плат с поверхностным монтажом. Как и защитные резисты, светочувствительные резисты можно использовать для печати негативного или позитивного изображения на плакированном ламинате. В общем, позитивные и негативные резисты обеспечивают лучшую защиту в кислотных, а не щелочных растворах, тем не менее, негативные фоторезисты более совместимы с щелочными растворами: после экспонирования и проявления негативные фоторезисты перестают быть светочувствительными, их можно обрабатывать и хранить при обычном белом свете. Позитивные фоторезисты остаются светочувствительными и после проявления, следовательно, их нужно защищать от попадания белого света. Хотя жидкие фоторезисты не настолько прочные, они обладают более высоким разрешением и формируют более четкий рисунок. Позитивные резисты обладают теми же недостатками что и негативные, однако после экспонирования их легче удалить с участков платы, предназначенных для травления или металлизации.
Гальванорезисты
В настоящее время гальванорезисты чаще всего применяются в производстве двухсторонних многослойных печатных плат с металлизированным монтажным отверстием. Наиболее распространены оловянные резисты (с белой и матовой поверхностью). Припои ПОС (60% олова, 40% свинца) продолжают использоваться для нанесения покрытия методом оплавления полуды, однако она не подходит для нанесения временного резиста для паяльной маски на неизолированной меди. Иногда применяется никель, смесь олова и никеля и золото. Серебро иногда используют в светоизлучающих и жидкокристаллических устройствах. Применение описанных резистов будет рассмотрено ниже.
Лужение
Для нанесения паяльной маски на неизолированную медь используются тонкие наслоения олова (7 мкм), после травления оловянный резист снимается. Чаще всего применяют травители из щелочи аммония. Другие травители, как например серная кислота-перекись водорода и персульфат аммония-фосфорная кислота были специально разработаны для светлого олова. Лужение (напрямую через запирающие слои никеля или олова-никеля) используется из-за лучшей пригодности к пайке. Травители на основе хлорида двухвалентной меди и железа разъедают олово, поэтому не используются.
Припой ПОС
Припой ПОС (толщиной от 7 до 25 мкм) является стойким к травлению гальванорезистом, который применяют для «оплавления» паяемого покрытия. Сплав олова и свинца с соотношением 60:40 является хорошим резистом, стойким к травлению, с некоторыми недостатками, однако его необходимо обрабатывать в осветляющем растворе, чтобы сохранить пригодность к пайке. Надежность можно увеличить нанесением припоя на сплав олово-никеля. Тонкие слои (5,08 мкм) мягкого припоя можно использовать для нанесения паяльной маски на неизолированную медь, однако лужение в данном случае не даст никаких преимуществ. Наиболее подходящим травителем в данном случае являются щелочь аммония и серная кислота-перекись водорода. Кислотные травители на основе хлорида железа и двухвалентной меди не используются из-за расщепления припоя. После травления необходима щелочная промывка, особенно в щелочных системах, чтобы смыть остатки травителя и поддержать наилучшие свойства поверхности.
Олово-никель и никель
Сплав олово и никеля (65% олова, 35% никеля) и никелизированный резист, использующиеся в чистом виде или дополнительно покрытые золотом, мягким припоем или оловом, показывают хорошие результаты при травлении меди в щелочи аммония, серной кислоте-перекиси водорода и персульфатах.
Золото
Нанесенное на никелевое или олово-никелевое основание золото отлично защищает от всех травителей меди. Некоторые травители могут слегка растворять золото.
Благородные металлы и сплавы
Родий зарекомендовал себя подходящим резистом торцевых разъемов плат; тем не менее электролитический процесс сложно контролировать. Нанесенный на никель родий имеет тенденцию становится тонким и пористым, а также отслаиваться во время травления. Принимая во внимание различные свойства поверхностей, перед заменой систем из чистого золота на сплав 18-каратного золота и никеля-палладия необходимо тщательно его изучить.
Серебро
Хотя серебро практически не используется на большинстве печатных плат (согласно военному стандарту MIL-STD-275 оно перестанет применяться), его можно встретить в некоторых фотокамерах, а также в светоизлучающих и жидкокристаллических устройствах. Серебро можно использовать в качестве резиста при травлении меди в растворах щелочи аммония. Потеря серебра составляет 2,54 мкм/мм.
Травление при использовании гальванорезистов
Травление плат, покрытых металлизированным резистом, начинается с удаления резиста в техническом растворе. Процесс удаления протекает до удаления резиста с краев покрытия. Слои резиста из золота, припоя и олова необходимо снимать осторожно, чтобы не повредить их. Никелированные и оловянно-никелевые резисты, напротив, очень стойки к истиранию.
После травления необходимо тщательно промыть плату в воде и щелочи, чтобы обеспечить удаление остатков травителя с поверхности платы и из-под дорожек. После этого щелочные травители обрабатывают в соответствующем кислотном растворе хлорида аммония, хлорид железа и двухвалентной меди — в растворе соляной или щавелевой кислоты, а персульфат аммония — в серной кислоте. Платы, протравленные в смеси бихромата калия и серной кислоты с нанесенным на них слоем олова и свинца, очищают в щелочном растворе. Если остатки травителя не будут удалены перед осушкой или нанесением пайки, электрическое сопротивление диэлектрической подложки уменьшится, а электрические контакты и пайка на проводящих поверхностях ухудшатся. Необходимо выполнять данную процедуру с осторожностью, чтобы уменьшить подтравливание и чрезмерное нанесение слоя при удалении остатков серебра с изломов покрытия и при коротком замыкании схем.
Частой проблемой при травлении печатных плат является неполное очищение поверхности от остатков травления. Это случается, если процесс травления идет быстрее по краям печатных областей, а не на большей части меди. При необходимости получения очень мелкого рисунка это может привести к полной его потери из-за подтравливания при условии, что плату держат в травильной машине до полного стравливания меди. Данную проблему устранили современные травильные машины, уменьшив объем необходимых травителей.
Производство большого количества плат с узкими межсоединениями требует особых травителей для узких межсоединений, фоторезистов с высоким разрешением, тонких диэлектриков, управляемого процесса нанесения покрытия и технологии работы с тонкой фольгой. Необходимо соблюдать баланс между травлением и толщиной. В некоторых случаях примеси травителей для тонких межсоединений усложняют очищение участков уже 6,35 мкм.
