4.1.2. Получение фиксирующих и технологических отверстий в заготовках.

Для точного расположения заготовок печатных плат или отдельных слоев многослой­ных печатных плат в процессах сверления и совмещения с фотошаблонами на технологиче­ском поле создаются фиксирующие (базовые) отверстия, которые имеют различные диамет­ры и располагаются асимметрично.

Фиксирующие и технологические отверстия получают сверлением, а при крупносе­рийном производстве штамповкой. Процесс сверления предполагает весьма высокие тре­бования к точности расположения отверстий, так как от этого зависит совпадение контактных площадок и других элементов проводящего рисунка в платах всех типов, и связи с этим предельные отклонения расстояний между центрами просверленных отверстий должны быть следующие:

• ±0,05 мм при расстоянии до 180 мм,

• ±0,08 мм при расстоянии от 180 до 360 мм,

• ±0,1 мм при расстоянии свыше 360 мм.

Эти требования могут быть соблюдены, если в сверлильных станках биение сверла не превышает 0,02 мм, а отклонение от перпендикулярности оси шпинделя к базовой поверхно­сти стола составляет не более 0,01 мм. Сверление производят на координатно-расточном или настольных сверлильных станках.

В первом случае используют твердосплавные сверла по ГОСТ 17274—71 и ГОСТ 17275—71, а заготовки плат укладывают пакетом толщиной до 4,5 мм, подкладывая под нижнюю заготовку лист гетивакса толщиной 0,8—1,5 мм. При сверлении тонких ди­электриков (менее 0,5 мм), триацетатной пленки, прокладочной стеклоткани и других мате­риалов гетинаксовая прокладка устанавливается с обеих сторон.

При сверлении на настольных сверлильных станках применяют твердосплавные свер­ла по ГОСТ 4010—77. Частота вращения шпинделя 1000—1900 об/мин. Сверление произво­дят через кондуктор, также укладывая заготовки плат пакетом до 4,5 мм. После сверления отверстия обрабатывают развертками по ГОСТ 16086—70 или ГОСТ 1672—71.

2.3. Сверление отверстий, подлежащих металлизации

Сверление отверстий, подлежащих металлизации, является одной из важных опера­ций в производстве печатных плат, так как от ее выполнения зависит качество металлизации и точность совмещения проводящих рисунков схемы.

Сверлением создается микрошероховатость поверхности, которая обусловливает хо­рошие условия для адсорбирования каталитических частиц палладия и соответственно по­следующее качественное меднение. Диаметр сверла, с помощью которого производится сверление, должен выбираться с учетом толщины слоя металлизации и допуска на сверле­ние.

Расчет номинального диаметра сверла производится по формуле:

Dсв=Dн+0,8(1 +2)+2,

где Dсв — номинальный диаметр сверла;

Dн - номинальный диаметр металлизированного отверстия;

1 - - предельные отклонения диаметра, зависящие от станка и составляющие не бо­лее 0,1 мм для отверстий диаметром до 0,8 мм и 0,12 мм для отверстий диаметром от 0,8 до 3,0 мм;

2— отклонения, обусловленные деформацией материала, возникающие после выхо­да сверла вследствие усилий сжатия, 2=0,03—0,05 мм;

—толщина металлического покрытия, =25 мкм.

При выборе сверла необходимо учитывать, что по ГОСТу 22093—77 диаметры сверл различаются между собой на величину, кратную 0,1, т. е. образуют ряд 0,9; 0,8; 0,7 и т. д., поэтому полученные по вышеприведенной формуле результаты следует округлять до деся­тых долей миллиметра. В некоторых отраслевых стандартах рекомендуется диаметр сверла увеличивать на 0,10—0,15 мм по отношению к диаметру металлизированного отверстия.

Предельные отклонения центров отверстий относительно узлов координатной сетки не должны превышать ±0,2 мм, для многослойных печатных плат эта величина принята ±0,1 мм.

В соответствии с ГОСТ 23664—79 шероховатость стенок отверстий не должна пре­вышать 40 мкм. Заполировка, поджог и засаливание поверхности не допускаются.

Сверление необходимо производить цилиндрическими спиральными сверлами, изго­товленными из твердого сплава марки ВК8 или ВК6М. Твердый сплав состоит из смеси карбидов вольфрама (90—94 %) и карбидов кобальта (5 %).

Для скоростного сверления рекомендуются укороченные сверла по ГОСТ 20686—75. Сверла из углеродистой или легированных сталей совершенно непригодны, так как затупля­ются после сверления нескольких отверстий.

При сверлении необходимо учитывать режимы пезания и подачу режущего инстру­мента. При малых подачах происходит разрыхление стеклянных нитей, при больших — оплавление и расслоение материала. Отклонение от режимов сверления и затупление режущих кромок обусловливают большой ряд дефектов. Переточка сверл обычно производится после сверления 1000— 1500 отверстий, в отдельных случаях эта операция производится после сверления 3000 отверстий. После трехкратной переточки сверла заменяются новыми, а ста­рые можно использовать для сверления менее ответственной продукции.

В производстве плат встречается такой дефект как чрезмерное наволакивание смолы на горцы контактных площадок. Это происходит в результате разогрева зоны сверления до температуры выше 250 °С. Смола сильно размягчается, и происходит ее карбонизация, вследствие чего она становится устойчивой к воздействию серной кислоты и не растворяется при выполнении операции травления диэлектрика. Разогрев происходит из-за больших за­труднений по выходу стружки вдоль канавок сверла.

Темно-коричневый цвет стружки — признак чрезмерного разогрева сверла. Обнаружить подобное наволакиванне можно смачи­вая торцы 10 %-ным раствором полисульфида натрия. Почернение меди свидетельствует об отсутствии наволакивания.

Глубокие и чистые канавки сверла в сочетании с острыми режущими кромками — не­обходимое условие качественного сверления ПП.

Сверление заготовок необходимо производить с подкладкой из гетинакса тощиной 0,8-1,5 мм. Можно в качестве подкладки использовать последнюю заготовку, засверливая ее на 1/2 толщины, а затем используя ее первой в следующем пакете заготовок.

При сверлении пчат пакетом поступают таким образом, чтобы толщина пакета была менее длины канавки сверла, что обеспечивает возможность выхода стружки. Обычно пакет состоит из 4—5 заготовок. Отверстия диаметром 2,5 мм и более сверлятся в два приема: вна­чале сверлится отверстие сверлом 1,5—1,8 мм, а затем оно рассверливается сверлом большо­го диаметра.

Сверление отверстий в заготовках печатных плат производится с помощью станков с программным управлением, обеспечивающих достаточно высокую производительность и точность.

Станки должны удовлетворять следующим требованиям:

• частота вращения шпинделя должна быть не менее 10000 об/мин,

• подача шпинделя — не более 0,1 мм/об,

• отклонения от перпендикурярности оси шпинделя к базовой поверхности — менее 0,1 мм,

• биение сверла — менее 0,02 мм,

• усиление прижима вокруг обрабатываемого отверстия 1,5—2,0 МПа,

• точность перемещении по координатам не более ±0,05 мм,

• скорость движения воздуха в патрубке отсасывающего устройства — не менее 25 м/с.

Перечисленным выше требованиям удовлетворяет ряд конструкций станков отечест­венного производства.

Кроме станков с программным управлением применяются станки с ручным управлением типов КД-10 (станок с оптическим проектором) и КД-09 (станок с щуповым устройст­вом).

Прижимные втулки защищают сверло от изгибов и гарантируют вход сверла под пря­мым углом, что особенно важно для ПП.

Заусенцы, образующиеся при сверлении, обычно удаляют механической зачисткой или электрохимическим полированием. Механическая зачистка поверхности фольги позво­ляет также удалять различного рода загрязнения, окислы, мелкие царапины, забоины.

Зачистка может осуществляться различными способами; шлифввальными кругами как эластичными, так и на жесткой связке; металлическими и неметаллическими щетками, пемзой, абразивной суспензией и т. п.

Наибольшее распространение в отечественной практике получила механическая зачи­стка с помощью вращающихся дисков из объемно-шлифовального полотна, в котором рас­пределены абразивные материалы различной зернистости.

После того, как проведена зачистка шлифовальными кругами, выполняются следую­щие операции: промывка водопроводной водой (под высоким давлением), визуальный контроль качества зачистки, обработка 50 %-ным раствором соляной кислоты, промывка водо­проводной водой, сушка воздухом, разгрузка заготовок с конвейера.

Также в последнее время используют для механической зачистки установки, в кото­рых осуществляется зачистка шлифовальными кругами или обработка щетками, смоченными в суспензии пемзы с водой. Тонкие фольгированные диэлектрики размером до 200 мм можно защищать на установках ферромагнитной зачистки, в которых стальной порошок под влия­нием переменного магнитного поля ударами о поверхность создает равномерно-матовую микрошероховатую поверхность. Ферромагнинтная установка имеет, однако, ограниченное применение из-за невозможности обработки заготовок с отверстиями, внедрения частиц же­леза в медь, сложности в приобретении порошков и возможности использования ее только для плат размером менее 200 мм.

К числу механических способов зачистки относят также гидроабразивную обдувку заготовок, используемую для удаления с поверхности фольгированного диэлектрика окисных пленок, заусенцев, а также смолы, с торцов контактных площадок, наволакиваемой в процес­се сверления.

Гидроабразнвная обработка весьма эффективно используется для удаления из отвер­стий многослойных печатных плат травильных шламов, образующихся после операции травления диэлектрика. В конвейерных установках смонтированы форсуноки с двух сторон, через которые подается абразивная водяная пульпа под давлением 0,55—0,7 МПа, являю­щаяся смесью карборунда 51С (зернистостью М40) с водой в отношении 1:3.

Установка позволяет обрабатывать заготовки плат с максимальным размером 500х500 мм и минимальным — 80Х80 мм. Форсунки совершают колебательные движения с частотой качания от 0,83 до 1,67 качаний в секунду. Расход воздуха в установке— 13м /мин. Для мел­косерийного и опытного производства такая энергоемкая установка нерентабельна, поэтому выпускается устройство, в котором заготовка совершает возвратно-поступательное движение в водной суспенции абразивного материала зернистостью М40 в отношении 2:1. Количество циклов в минуту — 120, продолжительность обработки 10—15 мин.