Нанесение покрытия происходит в каком-либо резервуаре, наполненном электролитом, например в ванной электролитического меднения. Платы перед погружением в ванну зажимают в металлической рамке так, чтобы обеспечить между платой и медной фольгой платы электрический контакт. Рамки подвешены на шине, подключенной к одному полюсу источника тока. Электроды, изготовленные из электролитической меди, помещены в ванну по обе стороны плат и соединены с другим полюсом источника тока. Процесс состоит в окислении атомов меди электродов до ионов меди. Эти ионы перемещаются в электролите, состоящем из сульфата меди и серной кислоты, по направлению к печатным платам. Плата является катодом; ионы меди на ней восстанавливаются до металлической меди и осаждаются на поверхности платы и в отверстиях. Для того чтобы получить хорошее покрытие на стенках отверстий, обычно практикуют перемещение рамки с платами в ванне вперед и назад, что обеспечивает постоянное обновление электролита в отверстиях. Важным технологическим параметром является рассеивающая способность процесса, от которой зависит отношение толщины покрытия в отверстии к толщине покрытия на поверхности платы. Это отношение не может быть больше единицы, иначе говоря, необходимо наносить несколько более толстый слой на поверхность платы, чтобы получить слой заданной толщины на стенках отверстий.
Так как медь имеет высокую электрическую проводимость, относительно просто наносится гальваническим способом и служит хорошим подслоем для последующих покрытий, она неизменно используется в качестве основного металла для гальванического покрытия печатных плат. Существует несколько составов ванн для электролитического меднения, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Путем добавления в составы ванн тех или иных реактивов можно управлять параметрами процесса покрытия и получать на готовых печатных платах медное покрытие заданного качества. Имея это в виду, изготовители обычно используют свои составы ванн, выбранные ими на основании собственной практики. Здесь будут кратко рассмотрены два из многих обычно употребляемых составов ванн.
Медь пирофосфатная. Эта ванна одна из наиболее широко используемых, так как она дает гладкое и плотное в достаточной степени дуктильное (т. е. пластичное) мелкозернистое медное покрытие. Рассеивающая способность ванны обычно близка к единице; иными словами, количество меди, наносимой на стенки отверстий, ненамного меньше, чем меди, наносимой на поверхность печатной платы. В определенных случаях изготовители печатных плат добавляют в ванну так называемые блескообразователи, чтобы получить блестящую поверхность покрытия, относительно устойчивую к окислению и создающую благоприятные условия для нанесения последующего покрытия. Побочным эффектом является то, что медное покрытие становится более твердым и менее дуктильным. Чем тверже медь, тем больше риск появления трещин в покрытии на стенках отверстий при пайке. Применяемое количество блескообразователя выбирают исходя из компромисса между полезными и нежелательными эффектами и тщательно контролируют.
Медь серно-кислая. Эта ванна также широко используется. Она очень проста в приготовлении, так как содержит лишь сульфат меди и серную кислоту. Нанесенное медное покрытие мягкое, но при введении определенных добавок можно, как и в пирофосфатной ванне, получать более твердое, более блестящее и более мелкозернистое покрытие. К недостаткам этой ванны относится более низкая рассеивающая способность, чем у пирофосфатной ванны, а поэтому для получения покрытия требуемой толщины на стенках отверстий толщина покрытия обеих сторон платы должны быть больше.
Параметры ванны можно контролировать с помощью ячейки Хулла. В известной степени это миниатюрная гальваническая ванна, в которой анод установлен под углом к контрольной плате.
Плотность тока максимальна там, где анод расположен наиболее близко к плате, и убывает по поверхности платы по мере увеличения расстояния до анода. Покрытие на плате меняется от темного с несколько губчатой структурой там, где плотность тока наивысшая, до блестящего и гладкого в той части платы, где плотность тока самая низкая. Ячейка Хулла определенным образом градуирована. Она позволяет выбрать оптимальную рабочую плотность тока для любого конкретного состава ванны.
Покрытия оловом и оловянно-свинцовым припоем. Счастливым совпадением в свойствах покрытий оловом и оловянно-свинцовым припоем является то, что эти покрытия не только улучшают паяемость платы, но и представляют собой отличный резист при травлении, используемой для удаления излишних участков медной фольги с поверхности платы при формировании рисунка. Хотя эти материалы покрытий не сохраняют своей паяемости постоянно (вследствие слабого окисления поверхности), однако же они по паяемости значительно превосходят чистую медь. Покрытию припоем в последнее время уделяется все большее внимание, поскольку это покрытие затем может быть оплавлено. К платам, покрытым чистым оловом, этот процесс не может быть применен, так как точка плавления олова относительно высока и температура, требуемая для оплавления олова, может повредить материал основания печатной платы. Обычно состав оловянно-свинцового припоя - 60% Sn и 40 % РЬ по массе. При покрытии припоем компоненты сплава наносятся именно в этих соотношениях.
Только при эвтектическом составе сплава, т. е. в сплаве содержащем 63 % Sn и 37 % РЬ, имеет место совпадение этих температур при 183 °C. Сплав из 60 % Sn и 40 % РЬ имеет температуру плавления несколько более высокую, чем эвтектическая, и ограниченный интервал кристаллизации. Соотношения компонентов в сплаве следует выбирать из условий компромисса между желанием иметь низкую температуру пайки, чтобы избежать повреждения материала основания платы, и уверенностью, что при кристаллизации припоя выполняются требования стандартов по пайке, т. е. исключена возможность образования сухих паек. Такие пайки часто получаются вследствие малых перемещений паяемых деталей в течение интервала кристаллизации, и поэтому быстрого затвердевания сплава следовало бы избегать. Из таких соображений и выбирается сплав состава 60 % Sn и 40 % РЬ, несколько смещенного относительно эвтектического. Когда соотношение компонентов сплава меняется, температура плавления растет быстрее при увеличении содержания свинца, чем при увеличении содержания олова. Это говорит о том, что допуск на содержание олова должен быть не ±10 %, как это обычно принято, а от - 5 до + 10 %, т. е. допустимое содержание олова должно быть от 55 до 70 % для того, чтобы при граничных значениях состава сохранялась более или менее одинаковая температура плавления. Следует заметить, что прочность паяного соединения также зависит от состава сплава. Наивысшую прочность обеспечивает сплав с 65-70 % олова, но и снижение его содержания до 55 % лишь незначительно влияет на прочность. Ванны гальванического покрытия припоем работают аналогично описанным выше ваннам меднения. В этом случае аноды изготавливаются из оловянно-свинцового припоя (60% Sn, 40% РЬ) или из чистого олова в зависимости от типа покрытия; в качестве электролита используются фторбораты этих металлов. Как и в предыдущих случаях, для получения гладкого мелкозернистого покрытия используются добавки. Основная проблема при нанесении оловянно-свинцового покрытия - обеспечение соотношения компонентов сплава в заданных допусках. Особенно важна плотность тока, так как содержание олова в покрытии растет с возрастанием плотности тока. Если точка плавления становится слишком высокой, то пайка может оказаться затрудненной, поскольку современное оборудование для групповой пайки обычно оптимизировано для работы с припоем из 60 % Sn и 40 % РЬ. Состав наносимого сплава меняется по поверхности платы в зависимости от однородности рисунка платы, и очень часто максимальное содержание олова в покрытии оказывается на краях платы. По этой причине так называемые тест-купоны, которые располагаются вне рисунка платы ближе к краям платы и которые используются для различных испытаний или даже как документальное свидетельство качества платы, не отражают истинного состава сплава олово-свинец, нанесенного на плату. Кроме того, покрытие имеет разброс по толщине вследствие неравномерной плотности проводящих участков на рисунке платы. Минимальная толщина покрытия припоем или чистым оловом должна быть не менее 6 мкм, чтобы обеспечить повсеместную защиту слоя меди на печатной плате. Обычно задается толщина 10 мкм с допуском от 0 до 4-100 %. В некоторых случаях покрытие припоем после травления тускнеет. Это весьма просто может быть устранено путем обработки плат в ванне, содержащей блескообразователи.
В процессе нанесения покрытия, будь то медь или припой, основной задачей является получение заданной толщины слоя. Боковой рост покрытия обычно исключается нанесением сухопленочного резиста, но как только толщина покрытия превысит толщину слоя резиста, начинается боковой рост покрытия примерно с той же скоростью, что и рост толщины основного покрытия.
В процессе травления края проводников подтравливают и удаляют медь с обнаженных краев проводников, при этом образуются нависающие края припоя, как показано на рисунке 4б. Такие нависающие вдоль всего проводника края привойного покрытия хрупки и могут обламываться, образуя очень тонкие заусенцы, которые могут вызвать короткое замыкание на соседние проводники. Заусенцы имеют толщину всего 25-50 мкм, и их очень трудно обнаружить невооруженным глазом. При оплавлении покрытия поверхностное натяжение расплавленного припоя утягивает заусенцы обратно на поверхность меди. Несмотря на то что эта дополнительная операция повышает стоимость готовой платы, это компенсируется уверенностью в полном отсутствии заусенцев и сокращением времени, расходуемого на входной контроль.