Применение выпрямителей «Пульсар СМАРТ» для металлизации печатных плат

Постоянно поднимаемая в России тема импортозамещения остаётся по-прежнему актуальной уже несколько лет. Чтобы организовать массовый переход промышленности и частных пользователей на продукцию российского производства, необходимо резко нарастить выпуск конкурентоспособных по всем параметрам изделий и программного обеспечения. И если с ПО дело ещё движется, то промышленность пока отстаёт, особенно в высокотехнологичных отраслях, направленных на разработку и производство современной электроники различного назначения.

Тем не менее, появляется всё больше предприятий, разрабатывающих электронные и микроэлектронные устройства, а значит, растёт спрос на оборудование для их изготовления. В том числе, для изготовления многослойных печатных плат, отвечающих современным требованиям по компоновке и размеру слоёв.

Как известно, чем выше плотность межсоединений в платах — тем они компактнее, а значит, меньший размер будет иметь и всё устройство в целом, чьи параметры, по большей части, и определяется величиной его основной платы. Но для максимального уплотнения слоёв и минимизации размера платы необходимо решить главную задачу — металлизацию всех необходимых контактов, в том числе, всех типов отверстий.

Металлизация печатных плат может проводиться одним из методов:

• Химическая металлизация: процесс основан на окислительно-восстановительной реакции ионов металла из его комплексной соли в соответствующей среде.
• Гальваническая металлизация: использование для нанесения металлизации раствора электролита в гальванической ванне.

При этом, второй метод значительно выигрывает как по стоимости и скорости процесса, так и по возможностям создания равномерного металлического слоя в отверстиях малых размеров.

Самым передовым и эффективным по большинству параметров способом в данный момент является гальваническая металлизация с использованием импульсных реверсных токов. В её основе лежит метод импульсной металлизации, суть которого состоит в подаче на гальваническую ванну реверсного импульсного тока. При использовании в составе электролита поверхностно-активных веществ эта технология позволяет проводить металлизацию медью отверстий с соотношением толщина платы/диаметр отверстия вплоть до 20 к 1, пусть и при достаточно низкой плотности тока (1-2 А/дм²) и значительном расходе времени (до двух часов на слой металлизации толщиной 25 мкм). Это обеспечило данной технологии широкую востребованность в микроэлектронной промышленности, в том числе, при производстве плат с высокой плотностью соединений (HDI — high density Interconnection), которые повсеместно используются в мобильных устройствах различных типов.

Стоит отметить, что на бумаге эта технология появилась ещё несколько десятилетий назад, но её промышленное применение сильно задержалось из-за требований к источникам питания гальванических ванн. К счастью, в настоящее время появились источники питания, способные выдавать импульсные токи заданных параметров с минимальными отклонениями, что в случае с импульсной металлизацией является критически важным параметром.

Рассмотрим этот вопрос подробнее

В общем виде процесс импульсной металлизации печатных плат (ИМПП) состоит из тех же этапов, что и процесс любого другого электролизного нанесения металла на изделие — металлизация происходит в гальванической ванне, на которую с источника питания подаются импульсы тока с определёнными параметрами. Отличие этой технологии состоит в использовании реверсных токов и добавлении в электролит поверхностно-активных веществ, которые служат в качестве выравнивающих добавок, позволяющих избежать эффекта «собачьей кости», когда металлизация на краях отверстий значительно больше необходимой, а в глубине отверстия — недостаточная или вовсе отсутствует.

В качестве практического примера можно привести процесс металлизации сквозного отверстия до толщины 25 мкм. При этом используются импульсы прямого тока плотностью 2,5 А/дм² и продолжительностью 20 мс, а также импульсы реверсного тока плотностью 9 А/дм² и длительностью 1 мс — эпюры токов представлены на рисунке ниже. Процесс занимает в среднем 45 минут. При этом в прямом режиме наносится основная масса металла (образуя пресловутую «собачью кость»), а в реверсном излишки металлического напыления стравливаются, при этом, упомянутые ранее поверхностно-активные вещества адсорбируются в области наибольшей интенсивности тока, то есть по всей глубине отверстия, где слой металла меньше, соответственно, наращивания металла на кромках отверстия в этой фазе не происходит.

Эпюры тока при импульсной металлизации

Данный метод позволяет получить близкие к идеальным параметры металлизации любых типов отверстий, что является его несомненным преимуществом. Но есть и определённые сложности в использовании. Так, на качество металлизации сильно влияют основные составляющие этого процесса:

• Технические параметры гальванической ванны.
• Строгий температурный режим (21-30 °С).
• Физическая чистота электролита.
• Точный химический состав электролита и его поддержание.
• Стабильные значения параметров токов как в прямом, так и в реверсном режиме.

По промышленному опыту ИМПП, при использовании качественного сырья и электролита, именно от качества токов, в конечном счёте, зависит результат металлизации. Это задёт очень высокие требования ко всем параметрам используемых источников питания — выпрямителей.

Задачу обеспечения отечественной промышленности надёжными источниками питания активно решает компания «Навиком».

Выпрямители, производимые «Навиком», обладают следующими характеристиками, позволяющими использовать их для ИМПП с достижением максимального качества металлического покрытия:

• Высокие частоты импульсов тока — позволяют производить, в том числе, металлизацию микроотверстий и глухих отверстий.
• Короткие фронты/спады напряжения — обеспечивают быстрый подъем/снижение напряжения или тока в импульсе и лучшее качество металлизации.
• Возможность плавного изменения анодно-катодного соотношения прямо в процессе работы — особенно актуально для металлизации плат с отверстиями различных диаметров.
• Программируемые режимы работы — режим работы можно заложить в программу, и выпрямитель сам будет регулировать выходные параметры, то есть, будет выдавать на гальваническую ванну импульсы разной полярности с необходимой частотой/скважностью и менять силу тока и напряжения.
• Возможность генерации коротких импульсов — от 1 мс, при фронтах/спадах в пределах 160-260 мкс с частотой до 200 Гц.
• Отсутствие больших выбросов в начале/конце импульса — не более 10-20 %.
• Минимальные пульсации значений тока и напряжения — до 1 %.
• Стабильность поддержания выходных параметров независимо от изменения нагрузки и питания — отклонения менее 1 %.
• Модульность — возможность заменить любой модуль источника питания при необходимости, а также перекоммутации модулей для получения нужного номинала выпрямителя. Так, в стойке выпрямителя может быть до восьми модулей, в каждом из которых по два силовых блока, то есть всего 16 выходов, которые можно соединять последовательно/параллельно в произвольной комбинации для получения нужного результата на выходе.
• Выгодные массо-габаритные параметры за счёт высокой плотности компоновки в кВт/дм³.
• Защита силовых модулей IP65 (ingress protection rating, входная защита уровня 6 по твердым частицам (максимум) и 5 по жидкостям (предпоследний уровень)) — такое значение для приборов, работающих с гальваническими ваннами, крайне важно, поскольку обеспечивает практически полную герметичность.

Учитывая сказанное, выпрямители производства «Навиком» позволят решить любые задачи, связанные с обеспечением питания гальванических ванн при производстве печатных плат, отвечающих всем современным требованиям по плотности компоновки слоёв.

При подготовке материала использованы иллюстрации из статей А. Медведева и П. Семенова «Импульсная металлизация печатных плат»; А. Медведева, А. Сержантова и Е. Шкундиной «Параметры управления электрохимическими процессами в производстве печатных плат».