Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время гальваностегия является одной из самых массовых химических технологий. В связи с развитием микроэлектроники и необходимостью эксплуатации металлических изделий в коррози-онно - активных средах резко ужесточились требования к свойствам и качеству покрытий.
Пограничная область науки - электрохимия, базируется на трудах Д. Максвелла, М. Фарадея, Г. Дэви, Т. Гротгуса. В создании гальванотехники велика заслуга российского ученого академика Б.С. Якоби. Работы В.В. Петрова, Э.Х. Ленца явились основой развития химических и электрохимических методов защиты металлов.
Большой вклад своими теоретическими и экспериментальными трудами в развитие гальваностегии внесли советские ученые В.А. Кистяковский, Н.А. Изгарышев, Г.В. Акимов, Ю.В. Баймаков, Н.П. Федотьев, В.И. Лайнер, Н.Т. Кудрявцев, В. П. Машовец и другие. Велика заслуга А. И. Андреева, М.Е. Фролова и других в создании отечественных автоматов для металлизации печатных плат.
Автоматическое управление процессами нанесения гальванических покрытий включает реализацию заданной последовательности перемещения, погружения и выдержки изделий в цепочке ванн и задание плотности тока, согласованной с электрическими и геометрическими факторами. Особенно сложны вопросы технологического контроля производства печатных плат. Сегодня для практического использования в электронных устройствах и приборах требуются многослойные печатные платы с высокой плотностью топологии печатных дорожек. Традиционные системы контроля процессов гальванической металлизации в этих условиях не обеспечивают требуемую точность автоматической установки плотности тока. Отклонения от техноло-
«С MMINMMJIkHAtl
********** I 3
гии гальванической металлизации приводит к потерям на брак, достигающим 15% от числа изделий. Поэтому возрастает роль систем контроля процессов электроосаждения металлов, обеспечивающих существенное повышение точности изготовления печатного рисунка.
Свойства гальванических покрытий, прежде всего, определяются катодной плотностью тока, т.е. величиной тока, приходящегося на единицу поверхности катода, которым служит проводящая поверхность изделия, погруженного в ванну. На толщину и качество металлического покрытия оказывают влияние: температура, удельная проводимость, химический состав ванн, рН, процессы рассеяния, качество контактов электрической цепи, выход металла по току, уровень жидкости в ванне, конфигурация электродной системы и ванны и т.д. Для их учета ванны современных автоматических линий металлизации оснащены датчиками и устройствами для контроля и управления основными параметрами технологического процесса, а также сигнализацией о выходе его параметров за заданные границы. Вместе с тем, определение площади металлизации, в соответствии с которой и должен задаваться ток ванны, до сих пор остается сложной, до конца не решенной проблемой.
Решение комплекса задач, связанных с совершенствованием технологических процессов нанесения покрытий, повышения технического уровня гальванического оборудования может быть достигнуто с помощью устройств, позволяющих измерять площадь металлизации непосредственно в ходе технологического процесса и формирующих сигнал управления, обеспечивающий автоматическую установку требуемой плотности тока металлизации. Поэтому разработка методов и средств контроля площади гальванич-ской металлизации печатных плат в процессе производства весьма актуальна.
Цель работы Научное обоснование технических и методических реше-
ний при разработке методов и средств контроля площади металлизации в технологическом процессе производства печатных плат
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Исследовать информационные характеристики рабочей гальванопары и разработать на их основе принципы адаптивного измерения площади металлизации.
Провести теоретический анализ и экспериментально исследовать связь эффективной площади металлизации с топологией печатных плат.
Разработать способы измерения площади металлизации, инвариантные к топологии и плотности печатного монтажа.
Усовершенствовать электроды сравнения.
Спроектировать операционный измеритель площади металлизации, обеспечивающий получение и обработку информации в процессе гальваноосаждения.
Адаптировать измеритель площади металлизации к системе управления промышленной гальванической установкой.
Объектом исследования диссертации являются методы и средства технологического контроля производства печатных плат.
Предмет исследования - методы и средства контроля процессов гальванической металлизации печатных плат.
Методы исследований. В работе использовались: методы электрохимии для исследования формирования первичных информационных параметров о площади металлизации и изменении площади растворяемых анодов в процессе гальваноосаждения; методы теории поля для определения эффективной площади металлизации; методы моделирования полей гальванопар; вероятностные методы определения погрешностей измерений; методы проектирования средств оперативного контроля площади металлизации.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и
выводов подтверждены применением современных научно обоснованных методов обработки результатов, поверенных средств измерений, независимой экспертизой и апробацией основных материалов исследования на производстве и в учебной практике.
На защиту выносятся результаты исследований по созданию методов и средств гальванической металлизации печатных плат в процессе производства, включающие следующее:
Теоретическое решение задачи определения площади растворяемого анода в процессе металлизации.
Алгоритм измерения площади металлизации при гальваноосаждении, использующий в качестве информативных параметров напряжение на электродах гальванической ванны и ток гальванопары.
Способ определения эффективной площади металлизации печатных плат с учетом влияния дискретности проводящих дорожек.
Способ формирования топологии проводящего рисунка электрода сравнения, повышающий точность моделирования металлизируемых печатных плат.
Алгоритм измерения площади металлизации в процессе металлизации, учитывающий изменение удельной проводимости электролита.
Алгоритм измерения площади металлизации в процессе металлизации, учитывающий изменение площади анода и удельной проводимости электролита в процессе металлизации.
Разработанный и внедренный в производство операционный измеритель площади металлизации, адаптированный к промышленной гальванической установке металлизации печатных плат.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:
Синтезирован алгоритм измерения площади металлизации при гальваноосаждении, использующий в качестве информативных параметров напряжение и ток рабочей гальванопары, на основе которого разработан операционный планиметр, адаптированный для применения в составе промышленной гальванической установки металлизации печатных плат.
Разработан способ определения площади растворяемого анода в процессе металлизации, реализованный в цифровом операционном измерителе площади анода гальванопары.
Синтезирован алгоритм интегрального контроля площади металлизации, учитывающий изменение площади анода и удельной проводимости электролита в процессе гальваноосаждения.
Развита теория эффективной площади дискретных топологических структур, на основе которой разработана методика типизации серий печатных плат и соответствующей коррекции начальных установок тока гальванический ванны.
Разработан способ формирования топологии проводящего рисунка электрода сравнения, обеспечивающий, при определении площади металлизируемой поверхности печатных плат методом сравнения, повышение точности определения площади поверхности металлизируемых печатных плат.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
1. Синтезированные алгоритмы измерения площади металлизации и защищенные авторскими свидетельствами и патентами способы измерений позволили создать новый тип средств контроля: операционные планиметры, реализованные в опытных образцах базового измерителя эффективной площади металлизации, измерителя площади металлизации с коррекцией результатов измерений по удельной проводимости, цифрового измерителя площади растворяемого анода гальванопары, операционного планиметра повышенной точности.
Развитие теории эффективной площади дискретных топологических структур позволило создать новый тип стандартных образцов - адаптивные электроды сравнения, обеспечивающие моделирование печатных плат с тонкоструктурной топологией.
Разработана методика адаптации созданных средств кинетического контроля площади металлизации к промышленной гальванической установке DYNA-160 фирмьі«8с1іегііщ». Разработка внедрена на АО Сарапульский радиозавод (Холдинг).
Теоретические результаты работы используются в учебном процессе Сарапульского политехнического института для специальностей „Конструирование и производство радиоаппаратуры", „Вычислительные системы, машины и комплексы".
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях: „ Ученые Ижевского механического института- производству", Ижевск, ИМИ, 1992г.;
„Ученые Ижевского государственного технического университета- производству", Ижевск, ИжГТУ, 1994г.; III международная научно- техническая конференция, Ижевск, ИжГТУ, 2001г.; IV Международная научно- практическая конференция „ Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права" , Москва, МГАПИ, 2001г.; Международная научно-техническая конференция, посвященная 50-летию ИжГТУ, Ижевск, ИжГТУ,2002г.; VI Международная научно-практическая конференция. „Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики и права". Москва, МГАПИ, 2003г.; IV Международная научно-техническая конференция, Ижевск, Иж. ГТУ, 2003г.
Публикации. По теме работы опубликовано 9 статей, получено 3 авторских свидетельства и два патента на изобретения.
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введе-
ниє, 4 главы и заключение на 140 страницах машинописного текста. В работу включено 25 рисунков, 2 таблицы, библиографический список из 134 наименований и приложение на 5 стр.
