СПОСОБ МЕТАЛЛИЗАЦИИ ОТВЕРСТИЙ МНОГОСЛОЙНЫХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ
METHOD FOR METAL COATING HOLES IN MULTILAYER PRINTED-CIRCUIT BOARDS

Изобретение относится к технологии изготовления печатных плат и может быть использовано при изготовлении микросхем.
Известен способ металлизации отверстий многослойных печатных плат, включающий обезжиривание и декапирование заготовки, ее обработку в растворе химического серебра на основе калия железистосинеродистого и роданида калия, сенсибилизацию в растворе хлористого олова, активацию в растворе хлористого палладия, химическое меднение, гальваническое меднение и термодиффузионную обработку в среде аргона при последовательном повышении температуры: 20-30°C в течение 20-24 ч, 60-80°C в течение 2,0-2,5 ч и 120-125°C в течение 0,25-0,3 ч [Авторское свидетельство СССР №991626, кл. H05K 3/00, 1981].
Однако данный способ не обеспечивает высокой стабильности адгезии медной пленки к контактным площадкам.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ металлизации отверстий многослойных печатных плат, включающий обезжиривание и декапирование заготовки, ее обработку в растворе химического серебра на основе калия железистосинеродистого и роданида калия, сенсибилизацию в растворе хлористого олова, активизацию в растворе хлористого палладия, химическое меднение, гальваническое меднение и термодиффузионную обработку в среде аргона при ступенчатом повышении температуры, гальваническое меднение проводят в борфтористоводородном электролите при нормальной температуре (20°), а ступенчатое повышение температуры при термодиффузионной обработке в среде аргона проводят при следующих режимах: (20±1)°C в течение 100 ч; (30±1)°C в течение 88 ч; (40±1)°C в течение 70 ч; (50±1)°C в течение 67 ч; (60±1)°C в течение 63 ч; (70±1)°C в течение 55 ч; (80±1)°C в течение 51 ч; (90±1)°C в течение 44 ч; (100±1)°C в течение 38 ч; (110±1)°C в течение 31 ч; (120±1)°C в течение 16 ч; (130±1)°C в течение 6,3 ч; (140±1)°C в течение 3 ч; (150±1)°C в течение 1,7 ч и (160±5)°C в течение 0,4 ч [Патент на изобретение РФ №2317661, кл. H05K 3/00, 2006.01].
Однако для гальванического усиления в борфтористоводородном электролите данный способ не дает высокой надежности межслойных соединений из-за
недостаточно высокой адгезии медной пленки в отверстиях к торцам контактных площадок.
Технической задачей изобретения является повышение надежности межслойных соединений.
4
2
Поставленная техническая задача достигается тем, что в способе металлизации отверстий многослойных печатных плат, включающем обезжиривание и декапирование заготовки, ее обработку в растворе химического серебра на основе калия железистосинеродистого и роданида калия, сенсибилизацию в растворе хлористого олова, активизацию в растворе хлористого палладия, химическое меднение, гальваническое меднение и термодиффузионную обработку в среде аргона при ступенчатом повышении температуры, гальваническое меднение проводят в пирофосфатном электролите при температуре 40°C, начальной адгезии 7·10 Н/м, а ступенчатое повышение температуры при термодиффузионной обработке в среде аргона проводят при следующих режимах: (40±0,1)°C в течение 64930 сек; (41±0,1)°C в течение 41956 сек; (42±0,1)°C в течение 528 сек; (43±0,1)°C в течение 260 сек; (44±0,1)°C в течение 97 сек; (45±0,1)°C в течение 52 сек; (46±0,1)°C в течение 33 сек; (47±0,1)°C в течение 16 сек; (48±0,1)°C в течение 10 сек; (49±0,1)°C в течение 7 сек.
2
Пирофосфатный электролит меднения выбран, исходя из того, что при гальваническом меднении позволяет установить плотность тока порядка 6 А/дм, что позволяет несколько снизить время гальванического меднения, что положительно сказывается на сопротивлении изоляции многослойных печатных плат. Гальваническое меднение осуществляют при повышенной температуре 40°C из-за значительного уменьшения напряжений осадка и снижения энергии активации металлических подслоев химического серебра, химического олова и химического палладия. Термодиффузионная обработка проводится при достаточно большом количестве температурных диапазонов для оптимизации по времени процесса термодиффузии, что достигается применением микроконтроллерных систем управления процессом.
Повышение температуры при меднении и термодиффузионной обработке в аргоне увеличивает коэффициент диффузии материалов, и, следовательно, увеличивает взаимное проникновение материалов контактных площадок внутренних слоев (медь), материалов подслоев (серебро-олово-палладий) и материала металлизации (медь). В результате этого увеличивается адгезия. Однако повышать произвольно температуру при термодиффузионной обработке нельзя, так как при произвольном повышении может разрушаться межслойный переход. Увеличение температуры повышает внутренние механические напряжения в сложной структуре многослойных печатных плат из-за разных значений коэффициентов линейного расширения диэлектрика и металлических слоев. В результате металлический слой на торцах контактных площадок может отслоиться и произойдет разрушение межслойного перехода.
Для термодиффузионной обработки (в среде аргона) выбран диапазон температур (40±0,1)°C. Этот предел изменения выбран из-за необходимости поднятия температуры не более чем на 1°C, так как при больших перепадах температуры в этом диапазоне разрушается межслойный переход. Введение допуска обусловлено учетом технологических допустимых отклонений и точности выдерживания режимов оборудования.
Длительность термодиффузионной обработки при температуре (40±0,1)°C выбрана из-за необходимости получения достаточной адгезии металлизации к торцам контактных площадок, чтобы перейти на другой диапазон (41±0,1)°C.
Аналогично выбраны длительности режимов термодиффузионной обработки при следующих режимах: (42±0,1)°C в течение 528 сек; (43±0,1)°C в течение 260 сек; (44±0,1)°C в течение 97 сек; (45±0,1)°C в течение 52 сек; (46±0,1)°C в течение 33 сек; (47±0,1)°C в течение 16 сек; (48±0,1)°C в течение 10 сек; (49±0,1)°C в течение 7 сек.
4
2
Пример. Заготовки с просверленными отверстиями обезжиривают, декапируют, обрабатывают в растворе иммерсионной металлизации торцов контактных площадок на основе азотнокислого серебра, калия железистосинеродистого и роданида калия, сенсибилизируют в растворе хлористого олова, активируют в растворе хлористого палладия, меднят химически, проводят гальваническое меднение 10 слойных плат в пирофосфатном электролите при температуре 40°C, начальной адгезии 7·10 Н/м, а затем проводят термодиффузионную обработку в среде аргона при последовательном повышении температуры (40±0,1)°C в течение 64930 сек; (41±0,1)°C в течение 41956 сек; (42±0,1)°C в течение 528 сек; (43±0,1)°C в течение 260 сек; (44±0,1)°C в течение 97 сек; (45±0,1)°C в течение 52 сек; (46±0,1)°C в течение 33 сек; (47±0,1)°C в течение 16 сек; (48±0,1)°C в течение 10 сек; (49±0,1)°C в течение 7 сек.
Режимы термодиффузионной обработки задавали с помощью вакуумного шкафа ВШ-0,025А.
При использовании данного изобретения повышается надежность межслойных соединений многослойных печатных плат, снижается длительность цикла изготовления печатных плат и уменьшается трудоемкость технологического процесса.