Современные гальванические линии для производства печатных плат высокого класса

В производстве печатных плат имеются два раздельных процесса связанных с гальваническим нанесением покрытий. Первый это процесс металлизации отверстий печатных плат, второй – нанесение дополнительного слоя меди и металлорезиста на рисунок печатных плат. Эти процессы являются  одними из важнейших в производстве печатных плат.  От качества нанесенного покрытия зависит надежность  работы печатных плат и всего  устройства.

Основной проблемой нанесения  покрытий на печатных плат является металлизация микроотверстий при высоком соотношении толщины платы к диаметру отверстия. В настоящее время выдвигаются требования металлизации сквозных микроотверстий диаметром менее 0,1 мм при соотношении толщины платы к диаметру отверстия 20:1 и глухих отверстий таково же диаметра при соотношении 1,2:1.

Для решения этой задачи необходимо  иметь соответствующее оборудование.

РТС Инжиниринг предлагает химико-гальванические линии, предназначенные для вертикального нанесения химических и гальванических покрытий на все виды печатных плат  в автоматическом режиме.  Линии разрабатываются в соответствии с необходимой заказчику производительности и    технологический процесс. Мы предлагаем технологический процесс компании DOW (Shipley),  эксклюзивным представителем которой являемся.  Линии  в зависимости от ширины ванн комплектуются автооператорами консольного или подвесного типа. Автооператоры   консольного типа используются при ширине ванн  до 1200 мм, автооператоры подвесного  типа при ширине более 1200 мм.

Химико-гальваническая линия состоит из двух отдельных линий, установленных параллельно друг другу,  каждая из которых имеет собственную  систему управления. Для обслуживания   между линиями расположен трап шириной 1000 мм.  Для переноса печатных плат каждая линия имеет   автооператор с точной системой позиционирования, выполненной  на  PLC контроллере ф.DELTA или ф. Siemens и  лазерном дальномере. Автооператоры  выполнены из нержавеющей стали с покрытием порошковой краской,  оснащены  мотор-редукторами   с антикоррозийной защитой и пультом управления для работы в ручном режиме.  Точность системы позиционирования ±3 мм. На ваннах установлены ромбовидные улавливающие опоры, а на катодных штангах их ответная часть, позволяющих скорректировать неточность системы позиционирования.

Для обеспечения металлизации печатных плат высокого класса в гальванических линиях применяются следующие системы:

• покачивание  плат
• безвоздушное перемешивание раствора
• вибрационная система   
• реверсивно-импульсные выпрямители
• объемно-струйные и каскадные промывки
• крепление подвесок

Система покачивания служит для перемешивания и прокачки раствора в отверстиях, амплитуда качания ±20 мм с частотой 20 двойных ходов/мин. Состоит из рамы из нержавеющей стали с порошковым покрытием, расположенной вдоль линии и электропривода. В момент опускания/подъема катодной штанги рама покачивания останавливается в среднем положении.   Для  обеспечения плавности хода применена частотная система управления электродвигателем, позволяющая регулировать частоту покачивания.  Важное значение, для получения равномерного покрытия печатных плат, имеет фиксация низа подвесок с помощью поплавкового фиксатора.

Для перемешивания растворов применяются воздушные и  безвоздушные системы.

Воздушные системы применяются при металлизации печатных плат до 5 класса. Основным преимуществом этих систем является простота и дешевизна. Для получения  чистого воздуха применяются канальные нагнетатели. Их преимущества это отсутствие масла в воздухе и их автономность (т.е. независимость от центральной компрессорной завода).

Для более равномерного распределения меди на печатных плат и исключения образования пузырьков применяется система безвоздушного перемешивания с использованием эдукторов.

Система состоит из эдукторов, расположенных на дне ванны и насоса. При подаче насосом одного объема раствора эдуктор захватывает из ванны 4 объема и происходит интенсивное перемешивание раствора.

Преимущества:

• Лучшее перемешивание электролита
• Использование более высоких плотностей тока, а значит повышение производительности
• Лучшая равномерность покрытия
• Снижение потребления добавок
• Меньшее испарение из ванн
• Более равномерная температура

С целью удаления пузырьков газов  из микроотверстий в химико-гальванических линиях применяются электрические вибраторы. Для повышения эффективности их работы они устанавливаются непосредственно на перемещаемые катодные штанги. Это обеспечивает передачу вибрации с наименьшими потерями по сравнению со схемой, когда вибраторы устанавливаются на борту ванны. Управление вибраторами осуществляется от компьютера в программе которого можно установить требуемые параметры. Вибраторы питаются безопасным для человека переменным напряжением 24 В.

Для металлизации микроотверстий применяются импульсно-реверсные выпрямители, позволяющие получить равномерное покрытие отверстий и исключить их бочкообразность.

Преимущества:

• Отличная рассеивающая способность;
• Качественное  покрытие в отверстиях;
• Работа при более высокой плотности тока;
• Меньше  время нанесения покрытия;

Недостатки:

• Использование специальных электролитов
• Высокая стоимость

Поэтому при небольшом количестве печатных плат высокого класса целесообразно в линии иметь отдельную ванну.

Важное значение для  печатных плат высокого класса имеет крепление и подвод тока к печатных плат. В линии металлизации отверстий печатных плат используются подвески из нержавеющей стали или титана,  а в линии нанесения рисунка на печатных плат такие же подвески, но с покрытием из ПВХ или Halar. Все подвески в конце смены должны подвергаться травлению для чего в линиях имеются специальные ванны.

Для промывок после процессорных ванн в линиях используются объемно-струйные, струйные и каскадные промывки.

Каждая линия включает в себя:

• ванны с технологическим оснащением;
• трубопроводную обвязку из полимерных материалов в пределах линии;
• металлоконструкции (трап на две линии,  опорная металлоконструкция);
• оборудование для транспортировки печатных плат;
• систему местной вытяжной вентиляции (в пределах линии);
• вспомогательное оборудование (в т.ч. фильтровальное оборудование, выпрямительные агрегаты, оборудование для снабжения сжатым воздухом и пр.);
• систему автоматизации.

Ванны представляют собой емкости, изготовленные из полимерных материалов (полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ), поливинилхлорид (ПВХ), поливинилденфторид (PVDF)) и/или из стали (углеродистая (Ст), нержавеющая (НЖ)), химически стойких в условиях эксплуатации.  

Конструкции ванн выполнены по немецкой технологии в соответствии со стандартом DVS 2205 и рассчитаны на 15 летний срок службы. Толщина стенок ванн 15 мм, дна 20 мм. Ванны имеют фланец толщиной 25 мм для размещения опор ловителей штанг и дополнительного оборудования. Ванны имеют сварной металлический каркас, закрытый ПП профилем. Ножки ванн оборудованы регулируемыми опорами для выравнивания их по высоте.

Для изготовления пластиковых ванн применяется немецкий высококачественный полимерный материал (фирм Rochling Engineering Plastics (Германия), Simona AG (Германия)), запорная арматура из печатных плат, ПВХ (пр-во Италия).

Сварка пластиковых конструкций выполняется специалистами, прошедшими обучение в Германии и имеющими сертификат на проведение сварочных работ по пластику. Все ванны оборудованы трубопроводной обвязкой (включая необходимые вентили и клапаны) из материалов химически стойких в условиях эксплуатации.

Дно ванн имеет уклон в сторону сливных патрубков для обеспечения полного опорожнения. Все ванны, имеющие растворы с температурой выше 50оС, снабжены теплоизоляцией и системой автоматического контроля и поддержания температуры в ванне. Промывные и технологические ванны снабжены барботерами для интенсификации перемешивания и специальными канальными нагнетателями для подачи сжатого воздуха. Все ванны, работающие при температурах выше цеховой, снабжены специальными ТЭНами, подобранными с учетом условий эксплуатации.

Для  поддержания температуры раствора ванны гальванического меднения оборудованы нагревателями (используются в холодное время года) и теплообменниками охлаждения (при интенсивной работе в несколько смен). Также ванны оборудованы межанодными диафрагмами и поплавковыми фиксаторами нижнего конца штанг. Для заполнения глухих отверстий медью в линиях предусматривается специальная ванна

Металлоконструкции и технологический транспорт

Металлоконструкции линий включают в себя  трап и  опорную конструкцию для передвижения автооператоров. Трап (площадка обслуживания) предназначен для передвижения обслуживающего персонала при выполнении технологических процессов. Нескользящий настил выполнен из стеклопластика. Для двух линий предусмотрен единый трап шириной 1 м. Ширина трапа позволяет свободно обслуживать гальванические ванны.

Расстояние от верхнего края ванн до трапа не превышает 1000 мм. Под  трапом прокладываются трубы систем водоснабжения, воздухоснабжения и промышленной канализации.  Трап  изготовлен из нержавеющей стали и покрыт порошковой краской. Это обеспечивает повышенную износостойкость и необходимую защиту от коррозии. Для перемещения обрабатываемых печатных плат при выполнении технологических операций на линиях предусмотрены автооператоры подвесного или консольного типа.

Применение таких автооператоров обеспечивает свободный доступ к ваннам, что позволяет  без затруднения брать пробы растворов. Для повышения коэффициента использования линии за счет снижения времени выдержки печатных плат над ваннами, а так же   устранение загрязнения ванн, на автооператарах установлены автоматические каплесборные поддоны.  

Металлоконструкции автооператоров, подверженных воздействию агрессивных сред, выполнены из нержавеющей стали с покрытием порошковой краской, оснащены мотор-редукторами с антикоррозионной защитой и пультами управления. Для обеспечения плавности разгона и торможения, а так же при подъеме и опускании штанги применяется частотная система управления электродвигателями автооператора. Система  позиционирования автооператоров в линиях выполнена на лазерных дальномерах, что обеспечивает высокую точность ±2 мм. Ловители подвесок  на ваннах специальной конструкции позволяют скорректировать неточность системы позиционирования.

Автооператоры с системой автоматического позиционирования существенно упрощают технологический процесс, повышают производительность линии, а также обеспечивают защиту от возможного повреждения конструкции ванн узлами автооператора или обрабатываемыми деталями.  

Местная вытяжная вентиляция

Все технологические ванны, ванны теплой проточной промывки  оборудованы бортотсосами местной вытяжной вентиляции. Местная вентиляция от оборудования позволяет удалять  кислотно-щелочные загрязнения.  В стандартном исполнении линии комплектуются бортовыми отсосами, воздушными заслонками для регулировки вытяжной системы и сборными воздуховодами. При желании заказчика мы можем предложить поставку  современных вентиляторов и каплеочистителей производства Германии выполненных из полипропилена. Они просты в управлении и обслуживании и обеспечивают очистку выбросов до 99%.

Сборные воздуховоды изготавливаются из печатных плат листов, химически стойких в условиях удаляемых сред. Сечение воздуховода – прямоугольное и/или круглое. Все технологические ванны снабжены ручными или автоматическими крышками, которые закрываются на время простоя ванны. Это позволяет существенно сократить теплопотери во внерабочее время на ваннах, работающих при температуре ваше цеховой, и количество вредных веществ, которые поступают в общий объем помещения во внерабочее время, снизить производительность общеобменной вентиляции и, таким образом, обеспечить экономию электроэнергии и площадей, занимаемых вентиляционным оборудованием.

В состав поставки входит следующее оборудование систем местной вытяжной вентиляции:

• бортовые отсосы на ваннах ;
• гибкие шланги и задвижки для подключения бортовых отсосов к магистральным воздуховодам;
• сборные (магистральные) воздуховоды вдоль линий;
• вентиляторы из полимерных материалов;
• каплеуловители;

Корпус вентилятора изготовлен из полимерных материалов (ПП и/или ПВХ в зависимости от модели), рабочее колесо – из стали с полимерным покрытие и/или из печатных плат в зависимости от модели, что обеспечивает повышенную коррозионную стойкость и долговечность.

Каплеуловители  позволяют резко сократить (до 99%) количество токсичных веществ, поступающих в окружающую среду. Вентиляционное оборудование можно разместить на металлоконструкциях  над линиями.

Вспомогательное оборудование

Ванны электрохимической обработки для питания постоянным током снабжены катодными и анодными перемещаемыми штангами, индивидуальными выпрямительными агрегатами, подобранными с учетом условий эксплуатации и требований технологии. Для раздельной подачи тока на разные стороны печатных плат используются двойные выпрямители ф.Kraft.

Для постоянной или периодической очистки процессных ванн гальванические линии укомплектованы автономными фильтровальными установками. Система фильтрации повышает качество обработки печатных плат, увеличивает срок службы растворов и снижает суммарное количество концентрированных жидких отходов, которые необходимо утилизировать. Фильтровальная установка состоит из перекачивающего насоса с магнитной муфтой, фильтра (с фильтрующим наполнителем) и трубопроводной обвязки, выполненных из химически стойких материалов.

В зависимости от состава фильтруемого раствора фильтр может быть выполнен из ПП или ПВДФ. Фильтрующий наполнитель для фильтрации от механических примесей изготовлен из ПП или ПВДФ. Кроме того, для периодической фильтрации от органических примесей могут быть предусмотрены угольные фильтры. Для сушки  печатных плат в линиях предусмотрены ванны воздушной сушки с рециркуляцией воздуха, что позволяет сократить энергозатраты .  

Автоматизация гальванической линии

Система управления линиями  состоит из персонального компьютера и выполнена на базе контроллера ф.Siemens или ф.Omron. Система осуществляет:

• автоматическое перемещение подвесок   по программе с регламентированным временем нахождения подвесок в ваннах и над ними. Время  нахождения подвесок в ваннах может устанавливаться оператором в зависимости от технологического процесса.
•  запуск нескольких подвесок по различным программам обработки;
• автоматическое поддержание температуры;
• управление режимами выпрямителей, в том числе производится суммирование А-ч, индикацию тока и напряжения;
• автоматическую подачу воды в промывки при опускании в них подвесок с регулировкой времени подачи;
• автоматическое включение вибраторов на заданное время;
• визуальное отображение линии с местонахождением автооператора, параметров ванн и времени нахождения подвесок в каждой ванне;
• архивирование данных о проведенных операциях и состоянии рабочих процессов;
• хранение созданных технологических маршрутов с возможностью их изменения;
• выдачу  на экран компьютера сообщения о неполадках в работе линии;

Дополнительное оборудование для гальванического цеха

В состав поставки обычно включены бочковые насосы, которые предназначены для перекачки растворов из рабочих ванн в ванны хранения при профилактических работах (включая периодическую фильтрацию растворов, мытье ванн). Для приготовления растворов может поставляться передвижная емкость, оснащенная мешалкой, фильтровальной установкой и системой нагрева.  

Для приготовления обессоленной воды 3-й категории по ГОСТ 9.314-90  для  приготовления растворов и подачи воды на промывки использована установка с применением обратноосмотической установки.

Производительность установки по очищенной воде от 0,5 до 1 м³/час.

Состав установки:

обратноосмотическая установка;

накопительная емкость для обессоленной воды;

насос подачи дистиллированной воды потребителям;

система автоматизации.

Установка работает в автоматическом режиме «включение-выключение» в зависимости от количества воды в накопительной ёмкости   и снабжена необходимой системой КИП и А.

Предусмотрен контроль основных показателей процесса обессоливания: электропроводности исходной и очищенной воды, расхода, давления, температуры. Показатель электропроводности выводится на табло микропроцессорного блока визуального контроля (БВК).

Регенерация ионитных фильтров производится в автоматическом режиме согласно показаниям таймеров, расположенных в электронных управляющих клапанах фильтров.  

Производители комплектующих

Теплоэлектронагреватели (ТЭНы), изготовляемые специально для химических производств – производство фирмы «Nuega» (Германия).

Выпрямительные агрегаты – компании «Flex Kraft» (Швеция) и Plating Electronic (Германия).

Фильтровальные установки – производство Франция, Англия и/или США.

Вентиляционное оборудование – производство Германия и/или Франция.

Мотор-редукторы для системы покачивания и автооператоров – фирмы Евро Драйв, производство Германии.

Система управления выполняется на современных электромонтажных материалах фирм «Siemens», «Omron», «Schneider Electric», «ABB» или их аналогов.

Энергоэффективные технологии

Сокращение   водопотребления в линиях осуществляется следующими мероприятиями:

• Использованием в линиях каскадных и струйных промывок;
• автоматической дозированной подачей воды в промывки  при опускании в них подвесок;
• использования интенсификации промывок (барботаж или эдукторы).

Сокращение энергозатрат

Сокращение энергозатрат осуществляется путем применения:

• Рециркуляции горячего воздуха в сушках;
• Теплоизоляции горячих ванн;
• Сокращения мощности нагрева растворов в ваннах за счет увеличения времени нагрева;
• Автоматического включения нагрева во внеурочное время;
• Частотного регулирования электродвигателями автооператоров;
• Применением современных выпрямителей  на основе импульсной техники преобразования.
• Обеспечение безопасности работы

Для обеспечения безопасной работы персонала лини и  оборудуются:

• Инфракрасным барьером вдоль линий при пересечении, которого движущиеся части линии останавливаются.
• Шнуром вдоль линий для экстренного отключения движения автооператора.
• Датчиком наличия штанги в позиции, для исключения опускания катодной штанги в занятую позицию.
• Датчиками обрыва ремня автооператора.
• Датчиками уровня в ваннах с нагревом, для исключения выхода из строя нагревателей при снижении уровня раствора и исключения возгорания пластика при отсутствии раствора.
• Механическими конечными выключателями для исключения аварийной ситуации при несрабатывании индуктивных датчиков позиционирования.
• Оптической и звуковой сигнализацией нештатной работы линии.
• Малогабаритными вибраторами на напряжение 24 В.