Процесс «ПО 400», разработанный специалистами Санкт-Петербургского центра «ЭЛМА» более 15 лет успешно работает на российских предприятиях. С 2009 года процесс внесен в ОСТ 107.460092.028-96 Платы печатные. Технические требования к технологии изготовления». В данной статье мы хотим поделиться опытом эксплуатации российского процесса в крупносерийном производстве на ведущем;предприятии отрасли, новосибирском заводе печатных плат «Электроконнект».
Введение
Всем известно, что побочным процессом сверления многослойных печатных плат (МПП) является наволакивание смолы на стенки отверстий и на торцы контактных площадок во внутренних слоях. В результате нагревания зоны сверления, смола размягчается и происходит ее карбонизация. Для качественной подготовки отверстия печатной платы к металлизации необходимо удалить из него остатки стекловолокна и эпоксидных смол. Перманганатная обработка - один из классических методов очистки, широко применяемый в настоящий момент, как на российских предприятиях, так и за рубежом. Качественное удаление смолы с медных торцов внутренних слоев позволяет создать надежное электрическое соединение при последующей металлизации отверстий платы. В условиях крупносерийного производства процесс должен отвечать следующим требованиям: быть надежным, экономичным, не требующим частых корректировок.
Процесс перманганатной очистки отверстий ПО 400
Процесс ПО 400 – по своим стадиям схож со всеми импортными аналогами, применяющимися в настоящий момент в России, обладая при этом рядом преимуществ, которые будут раскрыты в данной статье.
Сенсибилизация (ПО 401), на этой стадии раствор одновременно очищает отверстия от микрочастиц, остающихся после сверления, и ослабляет жесткую структуру полимерной молекулы эпоксидной смолы. В результате взаимодействия с растворителем, содержащемся в сенсибилизаторе, эпоксидная смола набухает и размягчается, способствуя оптимальному последующему стравливанию ее излишков со стенок отверстия на следующей стадии. Эффективная работа раствора сенсибилизации позволяет быстрее обрабатывать платы в растворе окисления при более низкой рабочей температуре.
Раствор поставляется в концентрированном виде, разводится деионизованной водой.
Перманганатная очистка (ПО 402) — основная стадия процесса. Жидкий концентрат, содержащий окислитель с высокой растворимостью, имеет массовую долю перманганата 30% и таким образом не является прекурсором, что позволяет исключить необходимость его специального учета на производстве. Применение жидкого концентрированного раствора исключает в производстве трудоемкую и опасную операцию растворения солей перманганата, что, безусловно, повышает удобство использования.
Нейтрализация (ПО 403) - нейтрализует и окончательно удаляет остатки марганца после процесса перманганатной обработки. В ванне нейтрализации также применяется матирующий агент для волокон стеклоткани, который позволяет лучше подготовить стенку отверстия к последующему осаждению меди [1-2].
Отметим, что в одном из зарубежных процессов перманганатной очистки можно встретить такую стадию, как преднейтрализация. Онаприменяется только тогда, когда в оборудовании не предусмотрена каскадная промывка после раствора окисления. Ванна преднейтрализации содержит 50 % раствор нейтрализатора. Эта стадия необходима для предотвращения быстрого выхода из строя последующей ванны нейтрализации. Собственные лабораторные исследования показали, что перенос щелочного раствора окисления в кислую ванну преднейтрализации практически с первых часов работы нейтрализует этот вспомогательный раствор и выводит его из строя. Технологи, линии которых спроектированы без промывки, наверняка замечали, что корректировать эту ванну необходимо гораздо чаще. В свою очередь несвоевременная корректировка ванны преднейтрализации может привести к выходу из строя основной ванны нейтрализации.
РАБОТА С ВАННОЙ ОКИСЛЕНИЯ.
Известным фактором, существенно влияющим на работу ванны окисления, является падение активности раствора.
В процессе удаления смолы расходуется перманганат, при этом активный перманганат-ион MnO4– переходит в неактивный манганат MnO42– и скорость травления падает. Далее в щелочной среде манганат-ион легко восстанавливается до нерастворимого диоксида марганца MnO2, который приводит к образованию на дне ванны осадка. Задача разработчиков ООО «СПбЦ «ЭЛМА» состояла в минимизации образования двуокиси марганца MnO2.
Одним из известных и наиболее эффективных методов поддержания активности ванны является электрохимическая регенерация.
При электролизе на аноде неактивные манганат-ионы переходят в активные перманганат-ионы, за счет чего растет активность раствора. Традиционно, электролиз раствора проводился непрерывно, либо с низкой, либо с высокой плотностью тока. Однако, серия экспериментов, проведенная на нашем предприятии, показала, что постоянная работа регенератора недопустима. На катоде помимо выделения водорода протекает побочная реакция, приводящая к образованию осадка. Приведем в упрощенном виде последовательность стадий:
Mn7+ → Mn6+ → MnO2¯ (осадок).
Таким образом, если регенератор будет включен постоянно, это неизменно приведет к лишним корректировкам, перерасходу химии и к постепенному образованию осадка двуокиси марганца на дне ванны. Образование осадка в ванне практически полностью исключается при периодическом выключении регенератора. Мы поставили задачу настроить систему управления линией так, чтобы регенерация раствора работала автоматически, в четко заданных технологом режимах.Нам известно, что, рутинное определение активности раствора, т.е. соотношения перманганат- и манганат-ионов, к сожалению, составляет некоторые трудности для производственных лаборатории. Для анализа раствора окисления обычно используют метод селективного осаждения манганата бария, либо фотоколориметрическое определение содержания шести- и семивалентного марганца.
В первом случае из раствора окисления удаляют манганат-ионы, в виде нерастворимой «марганцовой зелени» (бария манганат (VI)). Фильтрация от такого осадка происходит с помощью вакуумного фильтрующего устройства через стеклянный фильтр Шотта заданной пористости. Затем, с помощью йодометрического титрования в фильтрате определяют активный перманганат ион.
Для фотоколориметрического анализа применяют спектрофотометр. Методика построена на том, что растворы, содержащие манганат- и перманганат-ионы, имеют максимум светопоглощения при разных длинах волн. По нашей оценке, данный анализ является менее точным, по сравнению с предыдущим, поскольку результаты параллельных измерений активности зачастую дают значительный разброс.
Оба метода требуют наличия специального оборудования, не всегда имеющегося в заводской лаборатории, продолжительны по времени, трудоемки, а также не позволяют получать оперативную характеристику состояния ванны и для оценки ее состояния и корректировки.
Установка регенерации «ЭЛОКС», которой оснащена линия «Элгамет ПО» (рис. 2) ООО «Электроконнект» оборудована встроенной автоматической системой анализа активности раствора посредством измерения редокс-потенциала, который, как известно, прямо пропорционально зависит от отношения концентраций активного перманганат-иона к неактивному манганат-иону.
Наличии такой системы значительно снижает необходимость рутинного проведения анализов ванны окисления. Значение редокс-потенциала позволяет управлять работой источника тока в регенераторе. На панели управления регенератора индицируется график (рис. 3) зависимости потенциал-время.
На установке автоматически включается регенерация раствора окисления, когда редокс-потенциал достигает конкретного значения, определяющего минимально допустимый уровень активности. По окончании регенерации, при полном окислении всех неактивных манганат-ионов до активных пермангант-ионов, редокс-потенциал перестает расти и выходит на плато, при этом источник тока регенератора выключается.
Таким образом, автоматическое управление
включением-выключением регенератора, встроенное в систему управления линией, позволяет поддерживать активность раствора перманганатной очистки на постоянном высоком значении и не допускает дальнейшего восстановления манганат-иона до нерастворимого диоксида марганца. Своевременное выключение источника тока регенератора исключает его «холостую» работу и образование осадка двуокиси марганца в катодной зоне. Это обеспечивает непрерывный и эффективный процесс.
Специально разработанная конструкция ячейки электролиза регенератора также имеет ряд преимуществ. Материал катода и специальная мембрана снижают выход по току побочной реакции выделения диоксида марганца, что уменьшает накопление осадка. Сама ячейка выполнена таким образом, что весь образующийся в незначительном количестве осадок, собирается в специальных конструктивных элементах и не разносится по ванне.
Контрольные замеры в ванне объемом 470 л показали возможность обработки не менее 2200 м2 МПП и поддержания оптимальной активности на одном растворе окисления без замены ванны или остановки производства на ее обслуживание в течение 90 дней в режиме 8-часовой смены с ежедневным охлаждением и разогревом.
Процесс ПО 400 – экономичный процесс
Сравнивая данные о нормах расхода химии на м2, можно с абсолютной уверенностью сказать, что процесс «ПО 400» является наиболее экономичным среди аналогов. При этом, к отличительным достоинствам процесса ПО 400 можно отнести более высокую производительность. Время обработки в растворе окислителя и температура раствора значительно меньше, чем в аналогичных импортных растворах окисления, что значительно снижает воздействие агрессивного щелочного раствора окислителя на диэлектрик, а также термическое воздействие на печатную плату, приводящее к изменению линейных размеров диэлектрика.
Рис. 4-6 – фотографии шлифов, изготовленные на разных предприятиях, использующих процесс ПО-400
И в заключение: известно, что широкое распространение в нашей стране получили процессы иностранного производства. В настоящий момент российский технологический процесс «ПО 400» внедрен и работает почти на двух десятках, как частных российских предприятий, так и предприятиях оборонно-промышленного комплекса. Собственное производство химических концентратов в Санкт-Петербурге позволяет не зависеть от резкого изменения курса валюты и обеспечивать короткие сроки поставки и низкую стоимость продукции. Сейчас с уверенностью можно сказать, что отечественная технология «ПО 400» может достойно конкурировать с зарубежными аналогами.
Для того чтобы процесс опробования технологии был сопряжен с минимальными рисками для предприятия, а также был произведен в минимальные сроки, технологи нашей компании сопровождают каждый запуск, помогают с внедрением процесса, обучают методам корректировки и анализов растворов.
Приглашаем Вас к сотрудничеству.
Литература
1. Терешкин В., Григорьева Л., Фантгоф Ж. Подготовка поверхности и отверстий при производстве печатных плат // Технологии в электронной промышленности. 2006. № 1.
2. Терешкин В., Григорьева Л., Колесниченко Д., Жуков А. Автоматизация процесса перманганатной очистки отверстий многослойных печатных плат // Технологии в элек-
тронной промышленности. 2017. № 7.