Патент на изобретение №2282319

(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при изготовлении печатных плат, применяемых при изготовлении радиоэлектронной техники. Предлагаемый способ состоит из последовательного нанесения на металлическую пластину с переходными отверстиями двухслойного диэлектрического покрытия, состоящего из оксида алюминия (оксида меди) и оксида хрома, и двухслойного электропроводящего металлического покрытия, состоящего из меди и никеля. Причем оксидоалюминиевое и оксидомедное покрытия получают гальванически, а оксидохромовое и электропроводящее металлическое покрытие получают из газовой фазы путем термораспада металлоорганических соединений (МОС). Технический результат – способ позволяет получать хорошо паяемые печатные платы с устойчивыми техническими характеристиками, имеющие диэлектрическое покрытие с величиной пробивного напряжения 560U600 В и удельным электросопротивлением 1·10¹² Ом·см.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и может быть использовано при изготовлении печатных плат, применяемых при изготовлении радиоэлектронной техники. В настоящее время почти все схемы радиоаппаратуры изготавливаются в виде металлического рисунка на диэлектрической основе – стекло-текстолите. Участки фольги, которые не должны вытравливать, защищают от воздействия травильного раствора стойким к нему покрытием (резистом) [1]. После вытравливания и удаления слоя резиста с проводящих дорожек получают рисунок электропроводящей схемы. Недостатком этого способа является малая теплопроводность основы, ее горючесть, выделение формальдегида и других вредных веществ при нагревании плат или их участков во время работы. Большие трудности возникают при металлизации переходных отверстий, соединяющих дорожки, расположенные на разных сторонах стеклотекстолитовой платы, при длительной эксплуатации имеет место старение печатных плат, возможно разрушение платы при электрических нагрузках.

Известен способ получения диэлектрического покрытия (оксида алюминия, кремния) путем термораспада металлоорганических соединений (МОС) с высоким электросопротивлением [2]. При этом используются металлические подложки, выдерживающие температуру нагрева до 500°С и выше. Однако экспериментально установлено, что при температуре термораспада 450°С пленка оксида алюминия получается тонкой (до 2,5 мкм) и пористой. Пористость зависит от температуры подложки и резко увеличивается с увеличением температуры термораспада выше 450-470°С. Наличие сквозных пор при малой толщине оксидной пленки исключает возможность последующего нанесения на нее металлического покрытия и формирования в дальнейшем электрической схемы.

В качестве прототипа выбран способ получения диэлектрического покрытия (оксида алюминия или оксида меди) путем анодного окисления алюминиевой или медной пластины с переходными отверстиями [3]. Далее на это покрытие можно нанести электропроводящее покрытие, из которого в дальнейшем методом фотолитографии можно получить электропроводящую схему печатной платы. Однако известно [3] и экспериментально установлено, что гальваническое оксидное покрытие толщиной менее 25 мкм является пористым, поэтому при наличии поверх него металлического покрытия, полученного любым известным способом (газофазным, химическим, гальваническим и др.), возможен пробой (замыкание) электропроводящего покрытия и металлической основы печатной платы. При толщине диэлектрического покрытия более 25 мкм оно получается непрочным, осыпается, особенно на острых кромках переходных отверстий.

Задачей изобретения является получение печатных плат, сформированных на электропроводящих металлических пластинах с переходными отверстиями, соединяющими дорожки, состоящих из чередующихся последовательно слоев: диэлектрического и металлического, при этом диэлектрическое покрытие должно быть беспористым, выдерживать пробивное напряжение 500600 B и иметь удельное электросопротивление >1·10¹² Ом/см, а металлическое должно иметь малое удельное электросопротивление и быть покрытым тонким, хорошо паяющимся покрытием, устойчивым к воздействию влажности и кислорода воздуха.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления печатных плат, состоящем из последовательного нанесения диэлектрического (оксидного) и электропроводящего (металлического) покрытий на металлическую пластину, получение методом фотолитографии рисунка электропроводящей схемы, в качестве диэлектрического применяют двухслойное оксидоалюминиевое и оксидохромовое покрытие общей толщиной 2535 мкм, удельным электросопротивлением 1·10¹² Ом·см и величиной пробивного напряжения 560U600 B, или двухслойное оксидомедное и оксидохромовое покрытие общей толщиной 30l35 мкм, удельным электросопротивлением 10¹² Ом·см и величиной пробивного напряжения 540U600 В, а в качестве электропроводящего металлического применяют двухслойное медное и никелевое общей толщиной 24l35 мкм, или двухслойное молибденовое и никелевое покрытие общей толщиной 27l30 мкм, или двухслойное медное и кобальтовое покрытие общей толщиной 22l25 мкм, или двухслойное молибденовое и кобальтовое покрытие общей толщиной 27l30 мкм, причем оксидохромовое, медное и никелевое покрытия получают в вакууме путем термораспада металлоорганических соединений.

Способ осуществляется следующим образом. На металлическую с хорошей теплопроводностью пластину (алюминиевую или медную) с переходными отверстиями наносят методом анодного окисления диэлектрическую пленку оксида алюминия или оксида меди толщиной 20l25 мкм. Затем на пористое диэлектрическое покрытие методом газофазного осаждения по способу [4] наносят оксидохромовое покрытие толщиной 5-10 мкм. При этом получается двухслойное беспористое диэлектрическое покрытие, состоящее из оксида меди и оксида хрома или оксида алюминия и оксида хрома. При этом величина пробивного напряжения такого покрытия составляет 500600 В, а удельное электросопротивление >1·10¹² Ом·см. На это диэлектрическое покрытие газофазным методом наносят покрытие с малым удельным электросопротивлением (медь или молибден) толщиной 20l30 мкм, а затем резистивное металлическое покрытие (никелевое или кобальтовое) толщиной 4-5 мкм путем термораспада МОС (металлоорганических соединений) [5, 6]. Затем на поверхность металлического покрытия наносят фоторезист СПФ-2-40 и после его экспонирования и проявления получают печатный рисунок. Пробельные места вытравливают и удаляют фоторезист с проводящих дорожек. В процессе нанесения покрытий одновременно происходит металлизация переходных отверстий, соединяющих дорожки.

Пример 1. Алюминиевую пластину толщиной 2 мм площадью 120×100 мм², с переходными отверстиями диаметром 10, 5, 1 мм покрывают оксидом алюминия способом анодного окисления [3]. Толщина покрытия 20 мкм. Затем методом газофазного осаждения получают оксидохромовое покрытие. Общая толщина диэлектрического покрытия – 30 мкм, удельное электросопротивление =1·10¹⁴ Ом·см, величина пробивного напряжения 560 В. Затем на эту пластину с двухслойным оксидоалюминиевым и оксидохромовым покрытием наносят медное покрытие [8] толщиной 20 мкм, удельным электросопротивлением =0,10 м·см. После нанесения медного покрытия, пластину помещают в вакуумную камеру, которую ваккуумируют до остаточного давления 1·10^-1 мм рт.ст. и осаждают никелевое покрытие толщиной 5 мкм. Время термораспада 5 минут [5].

Пример 2. Аналогичным образом проводят анодное окисление медной пластины (120×100 мм²). Толщина диэлектрического оксидомедного покрытия 25 мкм. Затем методом газофазного осаждения получают оксидохромовое покрытие. Общая толщина покрытия – 30 мкм, удельное электросопротивление =0,61·10¹² Ом·см. Величина пробивного напряжения 5400 м. Затем пластину помещают в вакуумную камеру, которую ваккуумируют до остаточного давления 1·10^-2 мм рт.ст., нагревают до 800°С. При этих условиях на поверхности диэлектрического осаждают молибденовое покрытие из карбонила молибдена [6, 7]. Время термораспада 20 минут, толщина молибденового покрытия 25 мкм, удельное электросопротивление =0,5 Ом·см. Затем в этой же камере при температуре 180°С и остаточном давлении 1·10^-1 мм рт.ст. осаждают никелевое покрытие толщиной 5 мкм. Время термораспада 5 минут [5].

Пример 3. Алюминиевую пластину толщиной 1,5 мм с переходными отверстиями диаметром 0,5, 3, 10 мм покрывают оксидом алюминия по методу анодного окисления [3]. Толщина покрытия 22 мкм. Затем методом газофазного осаждения получают оксидохромовое покрытие. Общая толщина двухслойного оксидного покрытия 28 мкм, удельное электросопротивление 0,5·10¹⁵ Ом·см, величина пробивного электрического напряжения 600 В. Затем пластину помещают в вакуумную камеру, нагревают до 400°С при остаточном давлении 1,5·10^-1 мм рт.ст. В камеру подают пары ацетилацетоната меди в потоке водорода или многоатомного спирта (этиленгликоля) [8]. Время термораспада 30 минут. При этих условиях на поверхности беспористого двухслойного диэлектрического оксидоалюминиевого покрытия образуется медное покрытие толщиной 20 мкм с удельным электросопротивлением =0,10 м·см. После нанесения медного покрытия в той же камере при температуре 180°С и остаточном давлении 1·10^-1 мм рт.ст. проводят осаждение кобальтового покрытия толщиной 5 мкм путем термораспада дициклопентадиенила кобальта [9]. После нанесения электропроводящего резистивного никелевого или кобальтого покрытия на пластину наносят фоторезист СПФ-2-40. После его экспонирования и проявления получают печатный рисунок. Пробельные места вытравливают, а затем удаляют фоторезист с электропроводящих дорожек.

Экспериментально установлено, что при толщине двухслойного диэлектрического покрытия более 35 мкм имеются сколы оксидного покрытия на острых кромках отверстий. При толщине менее 24 мкм покрытие становится пористым, а диэлектрические пленки обладают малым значением пробивного напряжения (менее 500 В). Если общая толщина двухслойного электропроводящего покрытия более 30 мкм, наблюдается его отслаивание, а при толщине менее 25 мкм покрытие обладает большим электросопротивлением. Нанесение паяющегося металлорезистивного никелевого (кобальтового) покрытия более 5 мкм не целесообразно, т.к. уже при этой толщине оно хорошо паяется и хорошо защищает электропроводящее металлическое покрытие от окисления. Металлорезистивное покрытие толщиной менее 4 мкм пористое и не стойкое, поэтому не защищает электропроводящее покрытие от коррозии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Федулова А.А., Котова Е.А., Явич Э.Р. Многослойные печатные платы М.: Сов. Радио, 1977, с.278.

2. Яровой А.А., Ревзин Г.Е. Осаждение пленок окиси алюминия из ацетилацетоната алюминия и исследования их диэлектрических свойств. II Всесоюзное совещание по МОС для получения металлических и окисных покрытий. Тезисы докладов, г.Горький, 1977, с.89-90.

3. ОСТ 107. В.3011-87 (прототип).

4. Левин К.П., Слушков А.М. Авторское свидетельство СССР №1007480, кл. С 23 С 16/40, Бюллетень №4 от 30.01.92 г., 1984 г.

6. Сыркин В.Г. Карбонильные металлы, М.: Металлургия, 1978, с.202-211.

7. Авторское свидетельство СССР №1168628, Парогазовая смесь для получения покрытий тугоплавких металлов, Бюллетень №27, 1985 г.

8. В.Н.Фукс, А.И.Ким, А.М.Слушков, К.П.Левин. Установка по нанесению медных, никелевых, хромовых, кобальтовых и других покрытий из паровой фазы. III Всесоюзное совещание по применению МОС для получения металлических и окисных покрытий. Тезисы докладов, г.Горький, 1980, с.145-146.

Формула изобретения

Способ изготовления печатных плат, состоящий из последовательного нанесения диэлектрического (оксидного) и электропроводящего (металлического) покрытий на металлическую пластину, получение методом фотолитографии рисунка электропроводящей схемы, отличающийся тем, что в качестве диэлектрического применяют двухслойное оксидо-алюминиевое и оксидо-хромовое покрытие общей толщиной 25l35 мкм, удельным электросопротивлением 1·10¹² Ом·см и величиной пробивного напряжения 560U600 В, а в качестве электропроводящего металлического применяют двухслойное медное и никелевое покрытие общей толщиной 24l35 мкм, причем оксидо-хромовое, медное и никелевое покрытия получают в вакууме путем термораспада металлоорганических соединений.