Elektronikai technológiak

Elektronikai technológiák

Az elektronikai szereléstechnikában a hatvanas évektől egészen napjainkig szinte egyeduralkodó eljárás a nyomtatott áramköri szerelés. Korábban az alkatrészeket szegecselt forrfülekre forrasztották, vagy csavarkötéssel szerelték. A felrögzített alkatrészeket egyenként, szigetelt vezetékekkel kötötték össze. Ez a módszer igen időigényes, szinte egyáltalán nem lehet gépesíteni, igen költséges eljárás.

A nyomtatott áramkör nem más, mint egy szigetelő lemez felületére, vagy felületeire felvitt fémfóliából kialakított forrasztási pontok, és az ezeket összekötő vezető sávok hálózata. Az alkatrészek a forrasztási pontokra vannak forrasztva, az elektromos kapcsolatokat a vezető sávok biztosítják.

A lemezek lehetnek merevek, vagy papírszerűen hajlékonyak, egy, vagy több rétegűek.

Kétoldalas, furatfémezett nyomtatott huzalozású lemez készítése:

A furatfémezett nyáklemezek főbb gyártási műveletei:

(általános felsorolás)

Furatok készítése

Panelgalvanizálás

Maratásálló maszk készítése

Rajzolatfotózás

Maratás

A maszk eltávolítása

Forrasztást elősegítő réteg galvanizálása (ónozás)

Védőlakk felvitele

Forrasztásgátló lakk felvitele

Alkatrész-pozíciók fotózása

Az áramkörök készítésének legfontosabb alapanyaga a folizált lemez. Egy szigetelő lemez, melynek az egész felületére (gyakran mindkét oldalára) fémfóliát vittek fel. A szigetelő lemezek általában fenol- vagy epoxigyanta alapúak, cellulóz papír, jobb esetben üvegszövet vázanyaggal megerősítve. A lemezvastagság többféle lehet, (0, 2 - 3, 2 mm) a legelterjedtebb méret 1, 5 mm.

Mi már méretre vágott, kifúrt lemezekkel kezdtünk el dolgozni.

Furatfémezés:

A folírozott lemez lyukainak falára egy jól forrasztható, vezető réteget viszünk fel, ezzel biztosítjuk a galvanikus összeköttetést.

A redukciós rezezés lépései:

1. Mechanikai tisztítás:

Egy polírpapírral dolgoztunk amivel eltávolítottuk a lehetséges szennyeződéseket.

Egy sima csapvíz alatti mosást végeztünk ezután.

2. Zsírtalanítás:

Az egyenletes tapadást elősegítő felületaktív szerves bázisú (Cleaner BuzzR) anyag vizes oldatában tettük a lemezt. Ez kb 2 perces kezelés volt, elszívófülke alatt, a mosószert pedig melegítettük közben. Ez a művelet a felület tisztításán túlmenően a furat falát hívatott alkalmassá tenni a kolloid méretű Pd (Palládium) részecskék megtapadására.
Enyhén kellemetlen szaghatás volt észlelhető a fülke környezetében.

Ezután öblítés következett folyó csapvízzel.

3. Mikro érdesítés:

A nagyobb tapadási felület elérése céljából. Ammóniumperszulfát volt a kezelőanyag,
1 percig tettük az oldatba. 1 oldalas lemeznél a 35 mm-es rétegvastagság, 2 oldalasnál a 17-18 mm-es a megfelelő. Ezután is öblítés következett, de most már desztillált vízzel végeztük.

4. Dekapírozás:

Dekapírozó fürdőt használtunk. Ez egy félperces kezelés volt, célja az oxidréteg eltávolítása. A 10%-os kénsavba mártva ónnal és paládiummal aktiváltuk a műanyagréteg felületét fél percen keresztül. A sósavionokat kloridionra cseréljük le.

Ezután ismét egy desztillált vízben való öblítés következett, majd 10%-os sósavba mártottuk a panelt.

5. Érzékenyítés:

Sósavas (ÓnIIklorid) oldatban kezelés, a szigetelő felületen adszorbeálódó Sn gócok létrehozása. A sósavas kezeléssel a szulfátionokat lecseréljük klórionokra.

A SnCl2-os kezelés 3-4 percig tartott. A panelt mindig furat irányában kell mozgatni, hogy az oldatok egyenletesen érjenek minden felületet. Ezt figyelembe vettem a panel kezelése során, a mozgatást helyesen végeztem el. A Sn ionok a szelektív adszorpció következtében megtapadnak a műanyag felületén. Híg HCl oldattal öblítettünk..

6. Aktiválás:

Sn²⁺ helyére fém palládium leválasztással aktiválás. Ez egy 5 perces művelet.

Sn²⁺+ Pd²⁺→ Pd + Sn⁴⁺

A palládium leválasztására 0,5 g/l-es PdCl₂ oldatot használtunk. Az aktiválás ideje 5 perc, melynek során a palládium ionok reudukálódtak. Az aktiválást követő öblítéskor a lemez felületére Ón(II)-hidroxid válik ki, ami sok szempontból káros ezt el kell távolítani szigorúan desztillált vizes öblítés által.

7. Rézfürdő (redukciós fürdő):

A kb 8-10 perces művelet során a redukáló szer a formaldehid volt, a művelet során a lúgos oldat pezsgése volt megfigyelhető. A reakció csak akkor indult be, ha az aktivált felülettel találkozott.

Ezután csapvízzel való öblítés következett.

Észrevételeim: A folyamat során én az utolsóként végeztem el a felsorolt műveleteket, ezért tapasztaltam, hogy a nyomtatott áramköri lemezem az utolsó, rézfürdőben való kezelés után barnább maradt más munkadarabokénál. Véleményem szerint a redukálószer jelentősen veszíthetett redukáló képességéből, tehát annak gyengülésével magyarázható ez, mivel a 8 -10 perces időt végigvártam.

8. Panelgalvanizálás galvánfürdőben:

Utolsó lépés, amikor vastagítjuk a rezet. A panelt egy galvanizáló szerszámba fogjuk, csapvízben leöblítjük és utána dekapírozó medencébe tesszük. A galvanizálás

25 percig tart, miközben a katódokat folyamatosan mozgatjuk, ami kézzel történik.
A panelnek a végére piros színűnek kell lennie.

Erre a műveletre sajnos óra keretén belül nem maradt időnk.

Rézvastagság kiszámítása Faraday-törvény alapján­:

m= q∙v = q∙A∙d

ebből t = 25 min

Ahol: z - töltésszám, z = 2; M - Moltömeg, Cu²⁺M: 63,59 g/mol; d - rétegvastagság, d = 8mm = 0,0008 cm ; I -áramerősség; j - áramsűrűség , j = 1,2 A dm² = 0,012 A∙cm² ; F - Faraday állandó , F = 96500 As/mol

1 elemi töltés = 1,6 ∙ 10 ^{- 19}C

Maszkolás:

Első lépésként egy negatív fotoreziszt maszkot készítettünk, ekkor a rajz és a furat maradt szabadon. Második lépésként erre a szabad területre további rézréteget galvanizálunk, ezzel elérve a szükséges vezető-vastagságot.

A fotoreziszt előnye, hogy a réteg ellenáll különböző hatásoknak (maratószerek, galvanizálás).

Műveletek:

1. Felület előkészítése:

A galvanizált panelt egy szárítószekrényben, 100 ⁰C -on előmelegítjük, majd a laminátor bekapcsolását követően a fólia fűtését is 100 ⁰C -ra állítjuk.

(csak sárga megvilágítás mellett).

2. Laminálás:

Ügyelni kell, hogy a lemezt vízszintesen tartsuk. Az esetleges begyűrődések megelőzésére a kiadó oldalon lehet enyhén húzni a fóliát. Ennek a műveletnek a folyamán sajnos többször is begyűrődött a fólia, ami vagy a gép elavultságából, vagy a kiadó oldalon folytatott túl erős húzásból adódhatott.

A bevont lemezeket ezután körbevágtuk úgy , hogy kb. 0,5 - 1 cm fólia maradjon körben.

3. Maszk illesztése:

A pozitív filmet, amelyet az áramkörről készítettünk, a furatokra illesztve pontosan elhelyezve, mindkét oldalon ragasztócsíkkal rögzítettünk. Ezután egyetlen furatot sem szabad látnunk.

4. Exponálás:

Nagynyomású higanygőz lámpa segítségével mindkét oldalát megvilágítjuk a lemeznek.

A lemezeket egy kihúzható keretbe helyezzük, vákummal szorosan a reziszthez szorítjuk, ezt toljuk be a lámpatérbe és exponáljuk. Az exponálás végeztét egy telefoncsörgéshez hasonló hang jelzi. A megvilágítási idő 1 perc.

5. Előhívás:

A poliészter védőfólia óvatos lefejtése után teljesen levágjuk a szélét, és úgy helyezzük az előhívóba. A reziszt szerves oldószerekben és gyenge lúgokban is oldódik, mi 2%-os Na₂Co₃   

oldatot használtunk. A vastagabb anyag eltávolítását fogkefével végeztük, vigyázva nehogy megsértsük a lemezt. Ezután 1 percre még az oldatban hagytuk a lemezt, majd kiemeltük egy csipesszel és folyó csapvíz alá tartottuk.

Rajzolat galvanizálás:

Célja, hogy egyenletes legyen és tapadjon a lemezünk. Fontos a fürdő szóróképessége, ezt vezetősók alkalmazásával tudjuk beállítani. Makroszórásról és mikroszórásról beszélhetünk, az utóbbi esetében a felület finom egyenetlenségei eltűnnek.

A rézréteg vastagítása a vezetőpályáknál 20 - 25 mm vastagságot kell, hogy elérjen. A művelet úgy zajlott mint a panelgalvanizálás.

Ón galvanizálás: Folytatjuk a galvanizálást az ónfürdőben. A folyamat itt is 1 perc mikroérdesítés, fél perc dekapírozás ugyanazokban a fürdőkben, mint a réz-galván előtt.

Öblítés nélkül tesszük az ón-fürdőbe és 1 A/dm² áramsűrűség mellett kb 10 mm rétegvastagságig elektrolizálunk.

Az ónbevonat funkciói: védi a rajzolatot a maratószertől, könnyebb forraszthatóság a felületen, illetve a réz megvédése az oxidációtól.

Reziszt eltávolítás:

5 % NaOH-t alkalmaztunk, mivel a polimerizálódott reziszt csak erősen lúgos közegben oldódik. A lemezt pár percre az oldatba tesszük, a fólia kisebb darabokban lekúszik a lemezről. Ezután folyó csapvízben lemossuk a lemezt.

Maratás:

Kisipari és kisüzemi gyártásnál leginkább a szubtraktív, (fóliamaratásos) eljárást alkalmazzák. Ennek az a lényege, hogy a fólia azon felületeit, amelyek az áramkört fogják alkotni, maratásálló védőréteggel látják el, majd a szabadon maradt rezet vegyi úton leoldják.

A maratáshoz leggyakrabban alkalmazott anyag a ferriklorid oldat, népszerűbb nevén vasklorid, FeCl3. A reakció a következő lépésekben folyik le:

FeCl₃ + Cu = FeCl₂ + CuCl
CuCl + FeCl₃ = CuCl₂ + FeCl₂
CuCl₂ + Cu = 2CuCl

Ezen kívül használatos még a rézklorid, a krómsav, az ammóniumperszulfát, vagy a kénsav-hidrogénperoxid is.

A maszk által nem védett felületről a rézbevonat eltávolítása a cél. A maratás kémiailag alapvető fázisa az oxidáció: Cu = Cu²⁺+2e ^-

A maratószernek valamilyen erős oxidálószert kell tartalmaznia, hiszen a réz az oxidációnak jobban ellenáll, de a rézionokat oldatban is kell tartani. Elegendően savas közegben hidratált Cu²⁺ ionok maradnak, lúgos közegben pedig réz-tatrammin koplex ion: [Cu(NH₃)₄]²⁺ keletkezik, de csak ha van az oldatban ammónium-hidroxid. A komplex ion jellemzője, hogy olyan kötés van a központi ionon, ahol van szabad hely ionok felvételére.

A laborban nátrium-kloridos maratót használunk. A maratási idő néhány perc.

Maratószerek tulajdonságai: marási sebesség, kapacitás (hány m² panelt lehet lemaratni a maratószerrel), alámaratás.

Maratási faktor: 

Ennek értéke 2,5 -3,5 körülinek kell lennie.

Maratószer környezeti hatásai:

Nehézfémeket tartalmaz (Cu), tehát potenciálisan veszélyes hulladék, ennek megfelelően kell kezelni. A lehetséges kezelések egyike a regenerálás, itt egy pH visszaállítás, és a réz kinyerése után használható lesz újra. Másik lehetséges kezelés az ártalmatlanítás.

Én mindenképpen a regenerálási eljárásnak vagyok a híve, környezetvédelmi szempontokat figyelembe véve.