BAZA WIEDZY - Metalizacja otworów

   Otwory metalizowane w płytkach drukowanych (ang. Plated-through-hole (PTH)) to kluczowy element, umożliwiający elektryczne połączenie dwóch stron obwodu drukowanego. W tym artykule przyjrzymy się bliżej tej technologii oraz procesowi wytwarzania płytki z otworami metalizowanymi.

Proces metalizacji otworów w płytce drukowanej

PCB z powłoką węglową

rys 1. Po pierwszej fazie

Proces metalizacji rozpoczyna się po wywierceniu wszystkich otworów przelotowych.
  1. Otwory są oczyszczane z pozostałości po wierceniu. Do zanieczyszczeń tych zaliczają się pozostałości żywicy wewnątrz otworów, zadziory na krawędziach lub inne zanieczyszczenia. Czyszczenie to wykonuje się przy pomocy środków chemicznych oraz mechanicznego ścierania.
  2. Bardzo cienka warstwa substancji przewodzącej prąd jest nakładana chemicznie na powierzchnię płytki oraz na ścianki otworów. Najczęściej stosowanymi w tym procesie substancjami są: związki palladu, manganu, grafit, lub miedź. Taka przewodząca warstwa wewnątrz otworów stanowi podstawę do osadzenia właściwej warstwy miedzi w późniejszym etapie. Na rysunku obok widać płytkę z wnętrzem otworów pokrytym czarną warstwą przewodzącego tlenku manganu.
  3. Płytka jest pokrywana światłoczułym polimerem. Następnie jest naświetlana i wywoływana, tak aby na jej powierzchni powstał rysunek ścieżek. Odsłonięte pozostają otwory oraz ścieżki, reszta płytki jest chroniona utwardzaną warstwą polimeru.
  4. PCB z powłoką węglową

    rys 2. Po metalizacji

  5. Kolejny etap to galwanizacja. Jest to proces stosowany do osadzania właściwej warstwy miedzi. Obwód drukowany zostaje podłączony do katody, czyli elektrody ujemnej, a następnie zostaje zanurzony w kąpieli chemicznej w celu galwanizacji. Rozpuszczona w kąpieli miedź zostanie przyciągnięta do ładunku ujemnego i przylega do zewnętrznych warstw oraz do ścianek otworów płytki drukowanej. Galwanizacja to ściśle kontrolowany proces zapewniający równomierne nałożenie miedzi. Podczas tego procesu płytka drukowana jest dodatkowo zanurzana w kąpielach czyszczących, aby uzyskać pożądaną grubość miedzi.
  6. Po zakończeniu procesu galwanicznego nakładania miedzi, na płytkę nakłada się, również galwanicznie, ochronną warstwę cyny. Warstwa ta ma za zadanie zabezpieczyć dopiero co położoną miedź przed wytrawieniem.
  7. Ostatnim etapem jest usunięcie ochronnej warstwy polimeru. Tak przygotowana płytka trafia do trawienia. Na rysunku 2 widzimy tą samą płytkę po procesie metalizacji i trawienia.
O czym należy pamiętać przy projektowaniu płytki z metalizacją otworów
  1. Grubość miedzi w otworze. Standardowa grubość miedzi na płytce drukowanej to 35µm. Taka grubość jest uzyskiwana w ten sposób, że do produkcji używany jest laminat pokryty miedzią o grubości 18µm a następnie w procesie galwanizacji dokładane jest kolejne 18µm. W rezultacie na powierzchni płytki otrzymujemy około 35-36µm, zaś w otworach tylko 18µm.
  2. Deklarowanie średnicy otworu. W trakcie procesu metalizacji na ściankach otworu pojawia się warstwa miedzi, powodując zmniejszenie jego średnicy. Mimo to, w projekcie zawsze deklarujemy taką średnicę jaką chcemy otrzymać docelowo. To producent dobierze odpowiednio większą średnice wiertła, tak aby finalnie uzyskać deklarowaną średnicę otworu.
  3. Równomierne rozłożenie miedzi na płytce. W projekcie należy unikać sytuacji gdy w jednej części płytki mamy dużą powierzchnię miedzi a w innej dużo pustego miejsca. Dotyczy to również stron TOP i BOTTOM, nie zaleca się aby różnica powierzchni miedzi między stronami była znacząca. Takie nierównomierne rozmieszczenie powierzchni miedzi powoduje problemy z grubością nakładanej galwanicznie powłoki miedzi. W miejscach gdzie powierzchnie miedzi jest niewielka otrzymamy dużo większą grubość niż pozostałych punktach obwodu.
  4. Należy też pamiętać, o minimalnej szerokości pierścienia miedzi na około otworu metalizowanego. Szerokość ta powinna wynosić minimum 8 mils (0.2mm).