Изучение технологии изготовления печатных плат с высокой плотностью коммутации

Таблица 2

Сравнительная характеристика перспективных методов получения металлических покрытий

№№ п/п	Метод металлизации	Краткая характеристика особенностей реализации метода
	Жидкостные Методы
1	Химическое осаждение	Осаждение в химических растворах при протекании окислительно-восстановительных реакций в присутствии катализатора (катализатором служит обычно палладий, который наносится на поверхность материала основания платы при ее активации). Процесс более сложный, чем электролиз. Толщина покрытий равномерная. Стоимость покрытий в 3-4 раза выше гальванических, а адгезия, физико-химические свойства и электросопротивление химических покрытий уступают электролитическим (гальваническим) покрытиям. Требует специальной подготовки поверхности заготовки перед осаждением. Низкая скорость осаждения 1-2,4 мкм/ч (при малых скоростях качество покрытий лучше). Толщина покрытий 1-30 мкм. Процесс трудноуправляемый.
		продолжение табл.2
2	Гальваническое осаждение	Осаждение в электролитах (преимущественно в сернокислых), качество пленок зависит от электрохимических, электрических и геометрических условий осаждения, требует электропроводящего подслоя. Неравномерное осаждение на углах, ребрах, выступах поверхности основания. Рабочие толщины покрытий составляют 35-75 мкм (для стенок отверстий 25-30 мкм). Для повышения качества покрытия необходим, тщательный подбор электролита и контроль параметров технологической среды (плотности тока на электродах, состава электролита, физико-химических и механических свойств осадков по определенным критериям, рассеивающей способности электролита, равномерности осадка в отверстиях, температуры процесса осаждения и др.)
	Вакуумные методы
3	Плазменное осаждение	В вакуумной камере размещены медные перфорированные электроды, создается электрический разряд в специальной технологической среде, газ превращается в плазму, из которой (а также с частично распыляемых электродов) медь осаждается на стенки отверстий. Направление газового потока периодически меняется на противоположное. Производительность и однородность покрытия выше, чем для методов 1 и 2. Рекомендуется в основном для металлизации отверстий.
4	Лазерно-электрический метод (ЛЭМ)	Совмещение в одном процессе лазерного излучения и импульсного конденсированного электрического разряда (инициируемого лучом лазера) для создания электроэрозионного потока в зоне, близлежащей от места формирования покрытия. Рекомендуется для металлизации отверстий (на стенках отверстий получены качественные металлические покрытия без разрывов и наволакиваний материала заготовки при средних толщинах 5-10 мкм).
5	Пиролитическое разложение металлоорганики (плазмо-химическое осаждение)	Разложение тетракарбоната никеля Ni(CO)4 начинается при температуре 45-60 °С в вакуумном реакторе. Пленки имеют большую адгезию в сравнении с методами 1-4 при температуре подогрева основания платы до 180 °С с применением дополнительной очистки в низкотемпературной плазме высокочастотного разряда (частота высокочастотного поля 13,5 МГц, мощность генератора 1 кВт). Наибольшая адгезия получена при температуре нагрева подложки 150°С. Рабочая температура процесса осаждения 130-180°С. О качестве металлизации отверстий сведения отсутствуют.
6	Электронно-лучевое испарение	Максимальная толщина металлических пленок 10-15 мкм на неорганических основаниях. Нельзя использовать основания из полимерных материалов с низкой нагревостойкостью. Скорость осаждения 10-100 нм/с, энергия частиц 0,2 эВ. Удельное сопротивление в 1,5-2 раза превышает удельное сопротивление массивной меди. О качестве металлизации отверстий сведения отсутствуют.
7	Магнетронное распыление (либо ионно-плазменное)	Можно получить толщину пленок большую, чем при методе 6. Удельное сопротивление пленочной меди отличается от удельного сопротивления массивной меди не более, чем на 4 %. Пленки с высокой коррозионной стойкостью (скорость окисления пленок меди только в 1,7 раза превышает скорость окисления пленок золота). Скорость осаждения 300 нм/с, энергия частиц 50 эВ, плотность плазмы 10^23 см^-3. Высокое качество пленок, даже на поверхностях с большим рельефом. Выбор материалов оснований плат не ограничен (т.е. возможна металлизация материалов с малой термостойкостью).
8	Магнетронное с плазменным ускорителем (эрозионным плазмотроном) распыление	Высокая степень ионизации испаряемой меди (энергия частиц 1000 эВ, плотность плазмы 10^24 см^-3) обеспечивает получение слоев квазиаморфной структуры с удельным сопротивлением, близким к удельному сопротивлению массивной меди. Скорость осаждения меди 1-3 мкм/мин. Пленки имеют самую высокую адгезию в сравнении с другими методами. Возможно осаждение на любые материалы оснований плат, в том числе с металлизацией отверстий. Исследования данного метода направлены на решение задач по уменьшению температуры подложки (менее 150 °С), снижение доли капельной фазы в конденсате и др.

экологии и поиски в этой связи альтернативных экологически чистых технологий. Освоение новых технологий вакуумной металлизации (в основу которых положены методы осаждения электропроводящих покрытий в вакууме) для производства ПП и МПП (см. табл. 1) позволяет в отдельных случаях решить несколько проблем сразу, хотя и требует прецизионного оборудования и средств контроля технологического процесса. Использование сухих пленочных фоторезистов в производстве ПП перспективно не только в связи с увеличением выхода годных плат (до 90%) за счет улучшения качества защитной маски (особенно перед химическим меднением),но и вследствие сокращения числа операций при формировании маскирующего покрытия, а также возможности организация непрерывного экологически более чистого (чем традиционные) производственного цикла для получения рисунка коммутации в герметично замкнутом объеме.
Основные технологические процессы получения многоуровневой коммутации при изготовлении МПП охарактеризованы в табл. 2, где их перспективность представлена с точки зрения плотности рисунка коммутирующих элементов, электрофизических параметров, а также одного из показателей оценки надежности плат.
Формирование монолитной структуры МПП осуществляется с применением следующих технологий:
- пакетной, основанной на методе набора в пакет базовых слоев, т.е. отдельных заготовок (после создания на них одно- или двусторонней коммутации и металлизации переходных отверстий), обычно чередуемых со специальными прокладками с последующим их скреплением путем прессования, склейки, вакуумной пропайки через сквозные металлизированные отверстия и т.д. Для повышения точности совмещения и качества межслойных соединений в пакете важно не только использование точных систем базирования (при формировании базовых отверстий в основаниях заготовок) и тонких диэлектрических оснований заготовок, но и правильный выбор технологического варианта и режимов процесса скрепления базовых слоев в пакете (попарное либо одновременное прессование и др.). Количество слоев МПП в этом случае ограничивается в основном допустимой погрешностью совмещения межслойных переходов базовых слоев, которая возрастает с увеличением количества таких слоев;
- наращивания слоев (иногда ее называет подложечной технологией}, основанной на методах послойного наращивания чередующихся коммутационных слоев (уровней коммутации) с изолирующими (диэлектрическими). Обычно это осуществляется приемами тонко- или толстопленочной технологий. Количество слоев в данном случае ограничивается преимущественно размерами рельефа коммутации (возрастающего с увеличением числа ее слоев), приводящего к ухудшению функциональных параметров электронных устройств.
Таблица 3

Конструкторско-технологические параметры многослойных коммутационных плат	Технологии изготовления многоуровневой коммутации
	Субтракт-ивная	Полуаддитивн. и аддитивн.	Толстопл. (и полимерн.)*	Тонкопленочная
				На жестких основаниях	На полиимдной пленке
Минимальная ширина линий, мкм	250-1000	65-250	150-250	50-100	50-100
Минимальный диаметр переходных отверстий, мкм	0,5-1,0	0,3-0,5	0,25-0,5	0,1	0,05
Максимальный размер платы, мм	250х250 и более	250х250	60х48 и более	60х48 и более	100х100
Толщина заготовки (базового слоя), мм	0,8-1,5	0,8-1,5	0,6-0,8	0,5	0,04
Максимальное число слоев коммутации	8-12	6-8	8-15 и более	2-4	10 и более
Удельное погонное сопротивление проводников, Ом/см	0,001	0,005	0,3-1,0	0,1	0,01
Удельная погонная паразитная емкость, пФ/см	0,5-0,8	0,5-0,7	0,9-2,0	1-2	0,2-0,3
Интенсивность отказов в переходных отверстиях, ч^-1	10^-10	10^-9	10^-10	10^-10	10^-10

*Под полимерной технологией следует понимать технологический процесс получения ПП (КП) с применением полимерных проводящих и диэлектрических паст, наносимых, например, трафаретной печатью. Полимерная технология может быть реализована с применением припойных материалов (так называемая полимерно-припойная технология) и без них (так называемая бесприпойная или чисто полимерная технология). В последнем случае для получения электрических соединений принавесных компонентов на плате используют электропроводящие полимерные клеи (контактолы).