Металлизация платы осуществляется посредством гальванического или химического процесса. Основное назначение этого процесса: во-первых, покрытие металлом поверхности монтажных отверстий для того, чтобы сделать их стенки проводящими, и, вo-вторых, защита медных поверхностей рисунка печаткой платы от окисления, которое ухудшает паяемость и может сделать плату непригодной к использованию. Как ранее указывалось, защита поверхности проводников и контактных площадок может быть выполнена нанесением на них припоя или чистого олова; нанесенный слой обычно имеет толщину 10-20 мкм. Чтобы получить надежную защиту подслоя меди при травлении, толщина покрытия припоем должна быть не менее 6 мкм. Обычно минимальная толщина этого слоя выбирается равной 10 мкм, а допуск на его толщину обычно лежит в пределах 0 - + 100 %. Отдельные участки, например концевые контакты, покрывают золотом. В этом случае нормальная толщина покрытия составляет 2-5 мкм; иногда при золочении наносят подслой никеля толщиной 5-10 мкм. Следует заметить, что медь может быть защищена от окисления слоем канифоли, совместимой с флюсом, используемым при машинной пайке. Срок хранения платы, что в данном случае означает срок сохранения удовлетворительной паяемости, составляет около 3 мес при покрытии канифолью и около 6 мес при покрытии припоем. Металлизация монтажных отверстий включает в себя гальваническое нанесение металла, вначале слоя меди толщиной около 25 мкм, а затем слоя припоя или чистого олова толщиной до 10-20 мкм для защиты поверхности меди при последующем травлении.
Назначение сквозных металлизированных отверстий выполнение так называемых межсоединений между проводниками на обеих сторонах платы, со стороны пайки и со стороны монтажа (контактные отверстия), а также обеспечение закрепления выводов установленных элементов (монтажные отверстия), что способствует повышению надежности. С повышением сложности электронных схем и наличием тенденции к сокращению размеров аппаратуры платы с металлизированными отверстиями находят все более широкое применение, поэтому процессы металлизации будут рассмотрены применительно к производству плат с металлизированными отверстиями. Первой операцией является сверление отверстий в плате. Чтобы получить заданный диаметр готового отверстия, необходимо сверлить отверстие несколько большего диаметра с учетом толщины слоя металлизации. Диаметр просверленного отверстия обычно больше окончательного на 0,07-0,1 мм, что позволяет нанести слой меди толщиной 2X (25-35) мкм плюс слой припоя 2х(10-20) мкм на диаметр. Металлизированное отверстие диаметром 0,8 мм обычно выполняют с допуском ±0,1 мм. Как было отмечено ранее, основания из фенольного гетинакса редко применяют для плат с металлизированными отверстиями. Высокое качество металлизации зависит от качества поверхности стенок отверстий. Стенки должны быть гладкими и ровными. Медная фольга на поверхности не должна отслаиваться, и отверстия не должны иметь заусенцев, поэтому эти отверстия нельзя пробивать, так как это вызывает местные выкрашивания на стенках отверстия. Чтобы получить отверстия с гладкими стенками, необходимо применять высокоскоростное сверление. Для предотвращения засаливания эпоксидной смолой (оно состоит в том, что эпоксидная смола, размягчаемая теплотой, выделяемой при сверлении, размазывается по стенкам отверстия и по краю медной фольги) подача сверла должна быть точно согласована с частотой его вращения. Так как при сверлении острым сверлом тепловыделение минимально, необходимо учитывать число отверстий, которые могут быть просверлены одним сверлом без переточки при сохранении требуемого качества стенок отверстий. Также очень важно, чтобы при сверлении в стенках, отверстий не образовывались вырывы, так как в процессе металлизации в них может оставаться небольшое количество электролита. На последующих операциях коррозия, вызванная агрессивными реактивами, может причинить серьезные неприятности. Другой опасностью является разрушение таких участков при травлении платы, вследствие чего в покрытии отверстий оказываются непокрытые пятна. Все большее число изготовителей печатных плат переходит на применение сверлильных станков с ЧПУ. Эти станки очень дороги, но они обеспечивают высокую точность и большую скорость обработки. Целесообразность применения этих станков можно легко себе представить, если учесть, что плата с размерами 200X300 мм может содержать 2000 и более отверстий, расположение которых оговорено жесткими допусками.
Как правило, для сверления отверстий несколько плат компонуется в тщательно собранный пакет, что позволяет сверлить отверстия во всех платах за один проход. Чтобы исключить возможность ухода отверстий в нижних платах пакета при сверлении из-за изгиба сверла, число плат в пакете не должно быть более трех-четырех, в зависимости от толщины основания. Чтобы избежать отрыва медной фольги с нижней стороны нижней платы пакета, на выходе сверла под низ пакета всегда подкладывается лист дешевого фенольного гетинакса. После того как отверстия просверлены, плата поступает на операцию нанесения на стенки отверстий проводящего слоя толщиной 0,5 мкм, получаемого восстановлением меди. Не углубляясь в тонкости химических процессов, следует, однако, упомянуть одну из операций обработки плат - сенсибилизацию, при которой ионы олова адсорбируются на поверхностях стенок отверстий и медной фольги на обеих сторонах платы. Далее следует каталитическое осаждение на стенки отверстий и медную фольгу сверхтонкого слоя палладия. Наконец химическим восстановлением ионов меди на стенки отверстий и поверхность медной фольги осаждается медная пленка. Эта металлическая пленка очень тонка и нежна и может быть легко повреждена, поэтому до окончательного формирования металлического покрытия эта пленка гальваническим меднением наращивается до толщины 5 мкм. Такая плата готова для окончательной металлизации стенок отверстий, а также проводников и контактных площадок. Изготовители печатных плат используют два различных метода: 1) металлизацию рисунка платы, представляющую собой селективную металлизацию, т. е. металлизацию отверстий, проводников, контактных площадок; 2) металлизацию платы, т. е. всей платы целиком, включая поверхность медной фольги и стенки отверстий.
Этот способ металлизации, при котором на поверхность платы и стенки отверстий нанесен проводящий слой так, как описано в предыдущем пункте.
Резист на плату наносят таким образом, что проводники и контактные площадки остаются открытыми, а остальная поверхность платы закрывается либо трафаретной печатной краской, либо сухопленочным фоторезистом. Затем на открытые участки платы, включая стенки отверстий, гальваническим способом наносят металл. Вначале наносится слой меди минимальной толщиной 25 мкм затем слой припоя или чистого олова, толщина которого не менее 10 мкм. После этого резист, защищающий от металлизации, удаляется. Так как покрытие припоем или чистым оловом превосходно защищает медь от травления, то после нанесения этого покрытия участки медной фольги, покрытые ранее резистом, могут быть легко удалены путем травления, после чего остается требуемый рисунок платы, образованный облуженной медной фольгой.
На поверхность платы и стенки отверстии нанесен проводящий слой, как было указано выше. Процесс начинается операцией гальванического меднения, при котором наносят слой меди минимальной толщиной 25 мкм. В отличие от предыдущего случая меднят всю плату целиком, т. е. обе стороны платы и стенки отверстий. Затем, как описано ранее, на плату наносят резист, защищающий требуемые участки платы от покрытия при последующем лужении, и не защищенные этим резистом открытые участки платы облуживают припоем или чистым оловом слоем толщиной минимум 10 мкм. Резист далее удаляют, и плата поступает на травление. Как и в предыдущем случае, заданный рисунок платы воспроизводят оставшимися после травления участками фольги, покрытыми припоем или оловом. Необходимо отметить, что гальванический способ нанесения покрытия на самом деле значительно сложнее, чем это может показаться на основании приведенного описания. В него входит большое число операций, таких как обезжиривание, промывка в воде, декапирование. Кроме того, технологическим процессом необходимо управлять: поддерживать в заданных пределах состав электролита, плотность тока и другие немаловажные параметры процесса. Качественное описание, приведенное выше, не должно вызывать в читателях убежденности в том, что производство печатных плат с металлизированными отверстиями очень простое дело.
Преимуществом метода металлизации рисунка платы сравнительно с методом металлизации платы является существенно более короткое время травления. Как было показано выше, глубокое травление вызывает подтравливание; по этой причине метод металлизации платы менее пригоден для изготовления печатных плат с тонкими проводниками. Кроме того, нанесение, а затем удаление толстых слоев меди связано с загрязнением окружающей среды, что является неблагоприятным фактором. Следует заметить, что процесс меднения менее критичен при методе металлизации платы, так как поверхность, подлежащая покрытию, однородна, не захватана руками, не имеет следов резиста. Однородность поверхности означает, что можно работать с более высокими плотностями тока, что в свою очередь обеспечивает повышение производительности операции. В случае металлизации рисунка платы высокая плотность тока может вызвать подгар контактных площадок и проводников на участках с относительно редко расположенными проводниками.