ПОКРЫТИЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

Полезная модель относится к области электроники, приборостроения и может быть использована при разработке современных конструкций печатных плат (ПП) с многослойным токопроводящим финишным покрытием, гибко-жестких печатных плат, гибких печатных плат, трехмерных электронных схем на пластиках.
ПП представляет собой подложку, выполненную из изоляционного материала, на которой нанесены токопроводящие дорожки, выполняющие функцию проводов, соединяющих требуемые выводы электронных компонентов (ЭК), которые на более поздней стадии монтируют на плату, например, путем пайки. Токопроводящие дорожки на ПП могут быть выполнены из любого токопроводящего материала. Предпочтительным материалом для токопроводящих дорожек является медь, в основном ввиду своей высокой электропроводности, при этом, медь легко подвергается окислению на воздухе, в результате чего образуется слой оксида меди, или оксидной пленки на поверхности металла, которая приводит к снижению эффективности пайки. В частности могут возникнуть непропаи, которые имеют тенденцию к отказу во время работы устройства, и слабые соединения с низкой механической прочностью.
С целью устранения указанных проблем производители ПП наносят ряд покрытий или защитных покрытий на участки, на которых предусматривается проведение пайки. В современных электронных изделиях (ЭИ) находят применение разнообразные финишные покрытия, различающиеся своими свойствами.
К финишным покрытиям относятся защитные консервирующие покрытия (ЗКП) на основе флюсующих композиций, которые перед передачей ПП на монтажные технологические операции удаляют спиртовым раствором. Недостатком ЗКП является обязательное выполнение операций снятия этих покрытий.
Одним из приоритетных финишных покрытий для современных конструкций ЭИ является иммерсионное олово (ImmSn), которое успешно используется в России и за рубежом.
Иммерсионные процессы - это контактное восстановление металлов из их растворов на электроотрицательных поверхностях. Для начала процесса иммерсионного осаждения следует погрузить изделие в раствор из менее электроотрицательного металла, чтобы начать процесс иммерсионного осаждения. После образования плотной пленки процесс останавливается, поскольку прекращается контактный обмен. Поэтому иммерсионные процессы образуют тонкие покрытия - порядка десятых долей микрометра. Но и при такой толщине в осаждаемой пленке не может быть участков с отсутствием покрытия, поскольку на них продолжится контактный процесс восстановления до того, как поверхность меди-основы полностью не закроется.
Возможности использования ImmSn крайне ограничены потому, что при непосредственном контакте олово с медью-основой образует интерметаллические соединения. Интерметаллид - тонкий пограничный слой взаимопроникновения металлов друг в друга. Постоянно растущий слой интерметаллидов поглощает чистое олово, окисляется и ухудшает смачиваемость припоев во время процессов пайки. Образование интерметаллидов может быть причиной образования усов олова. Усы олова - вискерсы (whiskers) представляют собой тонкие нити, которые могут расти вертикально, изгибаясь спиралевидно в виде кристаллов олова. Длина усов может достигать 150 мкм, что вызывает серьезную опасность замыкания соседних элементов проводящего рисунка ПП.
Введение между медью-основой и ImmSn барьера из органического металла (ОМ) решила проблему образования интерметаллидов и вискерсов. Барьер не мешает обмену электронами для протекания реакции замещения, но предотвращает взаимодиффузию меди и олова. Благодаря наличию барьерного подслоя (0,08…0,1 мкм) не образуются интерметаллические соединения олова и меди, не теряется свойство паяемости покрытия в течение длительного срока. ОМ - соединение, не содержащее металлических добавок, проводит электрический ток, имеет потенциал серебра.
Присутствие ОМ оказывает прямое влияние на структуру последующего осадка иммерсионного олова. Создается более совершенная и менее напряженная структура олова, что дает возможность получить более плотную, гладкую поверхность. Это предотвращает также возможность роста вискерсов.
Известна печатная плата с покрытием, полученным путем нанесения иммерсионного олова с барьерным подслоем из органического металла (OM-ImmSn) на медный слой основания (см. журнал «Технологии в электронной промышленности», №3'2010 г., стр. 25), совместимым со всеми способами пайки, и обеспечивающим высокую плоскостность контактных площадок платы для установки и пайки электронных компонентов поверхностного монтажа.
Вышеуказанное решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому и поэтому выбрано в качестве прототипа.
Недостатком вышеуказанной печатной платы с финишным иммерсионным покрытием OM-ImmSn является его малая толщина (0,5-0,8 мкм), что требует дополнительной защиты от воздействия агрессивных химикатов, температурных и механических воздействий.
Решаемой задачей является создание печатной платы с покрытием, защищающим коммутационные основания от воздействия агрессивных химикатов, температурных и механических воздействий.
Достигаемым техническим результатом заявляемой полезной модели является создание покрытия за счет изменения конструкции структуры слоев ПП, что позволяет повысить качество и технологичность ПП на монтажных операциях.
Для достижения технического результата в ПП с покрытием, полученным путем нанесения OM-ImmSn на медный слой основания, новым является то, что дополнительно введен слой органического защитного покрытия (ОЗП), нанесенный поверх иммерсионного олова.
Новая конструкция структуры слоев финишного покрытия позволяет защитить ПП от воздействия агрессивных химикатов при монтаже электронных компонентов, температурных и химических воздействий, обеспечивает возможность пайки и перепайки, не требует удаления, в отличие от ЗКП.
Полезная модель реализуется схемой, представленной на фигуре.
На ПП 1, прошедшей стадии нанесения медных токопроводящих дорожек 2, паяльной маски 3, производят операции нанесения покрытия ОМ 4 и ImmSn 5 в соответствии с действующим стандартом отрасли ОСТ 107.460092.028-96. Затем производят промывку ПП 1 водой с последующей сушкой, после чего наносят ОЗП 6 в растворе ОЗП 904.
Перед передачей ПП на монтажные технологические операции пропадает необходимость в очистке образца ПП или удалении слоя покрытия до начала пайки. Это связано с тем, что новое финишное покрытие позволяет «производить пайку через покрытие».
Был изготовлен опытный образец ПП с новым финишным покрытием OM-ImmSn-ОЗП. Качество паяных соединений образца ПП по признаку смачиваемости и сцепления с паяемой поверхностью подтверждены монтажными операциями электронных компонентов по заявляемому покрытию.