[1]Изобретение относится к оборудованию для подготовки отверстий заготовок печатных плат из фольгированных диэлектрических материалов к гальванической металлизации.
[2]Изобретение может быть использовано в радио- и приборостроительной промышленности при изготовлении двухсторонних и многослойных плат для очистки поверхности сквозных и глухих отверстий, а также для создания на их поверхности токопроводящих покрытий.
[3]Для создания между слоями платы надежной электрической связи перед металлизацией помимо обезжиривания поверхности всей заготовки необходимо очистить переходные отверстия от продуктов механической обработки, удалить наволакивания эпоксидной смолы с торцов медных контактных площадок, а также нейтрализовать заряд, накопленный на стенках отверстий во время сверления [1, 2]. При этом и очистка, и бестоковая металлизация сквозных и глухих переходных отверстий малого диаметра сопряжены с трудностью циркуляции в них жидкости из-за относительно высокой шероховатости стенок, приводящей также к запиранию отверстий пузырьками воздуха.
[4]Традиционно применяют комплекс мер по обеспечению качественной обработки отверстий по всей поверхности, включающий в себя нагрев растворов с целью снижения их вязкости и повышения химической активности, усиленное продавливание растворов и промывных вод через отверстия, приложение механических вибраций [3].
[5]Известны вертикальные линии химико-гальванической обработки заготовок печатных плат, состоящие из чередующихся технологических и промывных ванн, между которыми вручную или посредством автоматического манипулятора [4, 5] перемещаются подвески с заготовками. При этом нагрев технологических растворов осуществляется непосредственно в ваннах. Перемешивание растворов выполняется при помощи гидравлических, пневматических или механических перемешивателей [6]. Дополнительно используется механизм покачивания заготовок печатных плат и прикладываются механические вибрации для достижения лучшего качества обработки отверстий малого диаметра [7, 8].
[6]Недостатками такой линии являются относительно невысокая надежность сварных ванн, интенсивное испарение технологических растворов, сложность организации мер по обеспечению качественной обработки глухих отверстий и отверстий малого диаметра.
[7]Достоинствами такой линии являются относительная гибкость в обеспечении технологического процесса, простота конструкции, делающая возможным изготовление линии для производства печатных плат любой серийности и номенклатуры, отработанность автоматизации процессов.
[8]Также известны горизонтальные линии струйной очистки и химической обработки заготовок печатных плат, в которых заготовки последовательно перемещаются между зонами обработки при помощи конвейера [9, 10]. Раствор подается на поверхность движущихся по конвейеру заготовок через форсунки, которые для повышения равномерности обработки могут быть размещены на осцилирующей раме. В линиях подобного типа использование ультразвуковых колебаний заготовки или раствора позволяет добиваться качественной обработки заготовок плат с высоким отношением глубины отверстия к его диаметру. Нагрев технологических растворов осуществляется в баках, непосредственно незадействованных в обработке заготовок.
[9]К недостаткам такой линии относятся большие габариты, а также требование к постоянной загрузке, поскольку прерывание процесса обработки приводит к необходимости длительного вывода линии на рабочий режим, что делает такую линию малопригодной в условиях мелко- и среднесерийного производств, характерных для РФ, США и стран Европы.
[10]Достоинствами горизонтальных линий струйного типа являются интенсивность продавливания растворов в отверстия, а также выбивание пузырьков газа с их поверхности, что обеспечивает относительно высокое качество обработки.
[11]Известно также устройство для химической металлизации отверстий в печатных платах, в котором для обеспечения равномерности обработки отверстий малого диаметра раствор форсировано продавливается через отверстия. Это обеспечивается тем, что уложенные в кассету платы, скользя по направляющим шпилькам, совершают в ванне с раствором возвратно-поступательное вертикальное движение, обеспечиваемое приводом с ползуном [11].
[12]Недостатками такого устройства являются громоздкость конструкции, неравномерность обработки заготовок плат в рамках одной загрузки, поскольку крайние и внутренние заготовки в кассете обрабатываются в неравных условиях, необходимость защиты от брызг и сливающегося с заготовок раствора, а также чрезмерные нагрузки на заготовку, приводящие к необходимости соблюдения требований к ее жесткости.
[13]Достоинством такой конструкции является интенсивное продавливание растворов через сквозные отверстий заготовок печатных плат с большим отношением высоты сквозного отверстия к его диаметру.
[14]В патенте [12] описано устройство химической металлизации печатных плат, отличающееся тем, что кассета с установленными заготовками погружается в неподвижную ванну с раствором и подвешивается на штангу, к которой различным образом подсоединяется система механической вибрации.
[15]К недостаткам предлагаемой конструкции можно отнести отсутствие механизма, обеспечивающего циркуляцию раствора в отверстиях, что приводит к его локальному обеднению.
[16]Достоинством является возможность удаления газовых пузырей из отверстий за счет механических вибраций.
[17]Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство для химической металлизации отверстий в печатных платах [13]. Заготовки закрепляются в держателях, которые устанавливаются в кассете, размещенной в ванне, с возможностью их поворота и фиксации относительно осей, параллельных оси вращения кассеты. Смещение держателей с заготовками плат относительно диаметральной плоскости кассеты при ее вращении способствует возникновению гидродинамического эффекта и созданию оптимальных условий обтекания обрабатываемых отверстий жидкостью.
[18]Недостатком данного устройства является сложность загрузки заготовок плат в держатели, что накладывает ограничение на производительность процесса.
[19]Устройство решает вопрос сложности металлизации сквозных отверстий малого диаметра, однако остаются нерешенными вопросы обработки глухих отверстий, располагающихся с двух сторон заготовки, а также устранения с ее поверхности воздушных пузырей, препятствующих равномерной обработке.
[20]Предлагается устройство, позволяющее с высокой надежностью осуществлять как очистку, так и химическую металлизацию сквозных и глухих отверстий заготовок печатных плат.
[21]Технический результат изобретения - улучшение качества очистки и химической металлизации отверстий заготовок печатных плат; повышение производительности операций очистки и химической металлизации отверстий заготовок печатных плат, а также эффективности использования производственных площадей при мелко- и среднесерийном производстве.
[22]Предлагаемое устройство имеет следующую конструкцию (фиг. 1-2).
[23]Неподвижный цилиндрический бак 7 с соосно размещенным в нем подвижным барабаном 6 через патрубок 1 соединен с химически стойким (например, перистальтическим) насосом 3, подающим и сливающим рабочие растворы и промывную воду 2 (фиг. 1).
[24]Центральная часть барабана выполнена в виде вала, пазы в котором вместе с пазами на внутренней стенке барабана образуют посадочные места для размещения заготовок печатных плат 5. Пазы выполнены таким образом, чтобы между торцами заготовок и дном барабана оставался зазор в 20-30 мм для циркуляции жидкости (фиг. 1).
[25]Дно барабана имеет симметрично расположенные относительно центра однотипные перемешивающие раствор выступы 10 в таком количестве, чтобы при максимальной загрузке между двумя соседними заготовками был один выступ. Перемешивающие выступы имеют симметричный относительно оси профиль, ширина и высота которого изменяются в зависимости от радиуса, при этом максимум высоты и ширины располагается ближе к центральной части барабана. На внешних стенках и дне барабана имеется перфорация 11 (фиг. 1).
[26]Барабан 6 соосно соединен с мотором-редуктором 9, обеспечивающим вращение барабана с заготовками по заданному алгоритму (прерывистое, реверсивное, с ускорением или равномерное) относительно неподвижного бака 7 (фиг. 1).
[27]Бак и барабан целесообразно выполнять цельнолитыми из термо- и химически стойкого пластика, обладающего антиадгезионным свойством.
[28]Емкости с технологическими растворами не являются конструктивной частью установки и располагаются отдельно. К одной емкости может быть одновременно подключено несколько однотипных установок, работающих последовательно (для их параллельной работы потребуется емкость увеличенного объема).
[29]Устройство работает следующим образом.
[30]1. Заготовки печатных плат 5 вручную размещают в пазах барабана 6 таким образом, чтобы нагрузка была распределена равномерно (фиг. 2).
[31]2. Клапан 3 открывается и насос 8 через нижний патрубок подает рабочий раствор 4 в бак 7 в таком количестве, чтобы верхние торцы заготовок 5 были погружены на 15-20 мм, после чего клапан 3 закрывается и насос 8 отключается. Объем жидкости определяется оператором при выборе программы обработки, где в качестве основных параметров выступают геометрические размеры заготовок печатных плат. Нагрев раствора осуществляется ТЭН в химически стойкой оболочке 2 в емкости 1 его постоянного хранения и поступает в бак устройства 7 нагретым (фиг. 2).
[32]3. Мотор-редуктор приводит барабан 6 с заготовками 5 в циклическое реверсивное движение с невысокой частотой вращения (15-40 об/мин). Движение барабана может представлять собой чередующиеся циклы, состоящие из поворота на 10-180° в одном направлении, поворота на 10-180° в противоположном направлении и паузы в 1-2 секунды между ними, или иное движение по схожему алгоритму. Торможение барабана с заготовками в крайних точках траектории его движения приводит к гидродинамическому удару, вызывающему вибрации заготовок, а также усиленное продавливание раствора через сквозные и в глухие отверстия. (Гидродинамическая нагрузка не должна приводить к вырыванию заготовки из пазов или ее поломке.) Механические вибрации в данном случае носят позитивный характер, поскольку приводят к удалению пузырьков воздуха из отверстий малого диаметра (фиг. 2).
[33]4. При завершении операции химической обработки раствор перекачивается в емкость, и бак заполняется промывной водой способом, аналогичным описанному в п. 2.
[34]5. В зависимости от требования к качеству промывки (тщательная, щадящая и т.п.), барабан может вращаться в реверсивном режиме, описанном в п. 3, либо в одном направлении с более низкой частотой.
[35]6. После завершения промывки вода сливается в водосборник или в производственную канализацию.
[36]7. Удаление избытков воды осуществляется однонаправленным вращением барабана с заготовками с частотой 200-600 об/мин, с плавным торможением.
[37]8. При необходимости п. 2-7 повторяются.
[38]9. После завершения цикла обработки заготовки вручную извлекаются из барабана и передаются на выполнения следующей технологической операции.
[39]Предлагаемое устройство за счет реверсивного вращения барабана и высокого давления жидкости в плоскости, ортогональной поверхности заготовки, позволяет обрабатывать отверстия заготовок печатных плат с большим отношением глубины отверстия к диаметру, включая глухие отверстия.
[40]Заготовки не перемещаются между несколькими технологическими ваннами или между различными зонами обработки конвейерной линии, а остаются в ограниченном объеме, в который последовательно поступают технологические растворы и промывочная вода. При этом емкости для хранения растворов (любой удобной конфигурации, исключающей испарение жидкости) могут быть размещены на полу или вертикальных стеллажах. Все это приводит к снижению габаритов установки и эффективному использованию производственных площадей, что является важным при сооружении чистых помещений.
[41]Заготовки не фиксируются на подвесках, в кассетах и т.п. приспособлениях, что снижает трудозатраты на выполнение операций подготовки отверстий печатных плат и необходимость изготовления дополнительной оснастки.
[42]Выигрыш в производительности также достигается за счет одновременной обработки нескольких заготовок в равных технологических условиях, что в случае с установками традиционного погружного или струйного типа сопряжено с ростом их габаритов и сложностью поддержания требуемых параметров рабочих растворов при обработке заготовок одной партии.
[43]Список использованных источников
[44]1. Терешкин В., Григорьева Л., Фантгоф Ж. Подготовка поверхности и отверстий при производстве печатных плат // Технологии в электронной промышленности, 2006. №1. С. 87-89.
[45]2. Медведев А.М. Технология производства печатных плат. М.: Техносфера, 2004. С. 108.
[47]4. Гибкие автоматизированные гальванические линии: хрестоматия / сост.: А.Е. Новиков, А.Б. Даринцева. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ - УПИ, 2006. С. 62-86, с. 95-107.
[48]5. Виноградов С.С. Организация гальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование. М.: Глобус, 2005. С. 64-77.
[50]7. Пинус Ю. Оборудование и процессы для металлизации отверстий в производстве печатных плат // Технологии в электронной промышленности, 2005. №1. С. 26-27.
[51]8. Терешкин В., Григорьева Л., Фантгоф Ж. Металлизация отверстий печатных плат // Производство электроники: технологии, оборудование, материалы, 2006. №1. С. 1-4.
[52]9. Говорун С., Корбин С., Пизнюр В. Оборудование для струйной обработки печатных плат // Технологии в электронной промышленности, 2006. №2. С. 88-92.
[53]10. Holden H. The HDI Handbook, 1st edition, ed. by H. Holden, BR Publishing Inc., 2009. P. 284-287.
[54]11. Авторское свидетельство SU 432699, 1974. Устройство для химической металлизации отверстий в печатных платах.
[55]12. Патент US №5077099, 31.12.1991. Electroless copper plating process and apparatus.
[56]13. Авторское свидетельство SU 1163492, 1978. Устройство для химической металлизации отверстий в печатных платах.
