Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Методи нанесення малюнка ДП

ЛЕКЦИІЯ 11

ТехнологІя виготовлення друкованих плат

У загальному випадку друковані плати (ДП) це діелектрична основа і малюнок у вигляді металевих плівкових провідників. До матеріалу діелектрика ДП пред'являються певні вимоги, зокрема – поверхневий і об'ємний опір повинен бути не менше 10-9 Ом·см, відносна діелектрична проникність ε – 4 ÷ 5. Зменшення ε необхідно для зменшення паразитних ємнісних зв'язків на платі. Крім електричних характеристик, плати мають відповідати досить широкому набору конструктивно-технологічних характеристик: забезпечувати достатню міцність і жорсткість складальному вузлу на їх основі, не піддаватися розшаруванням і викривленням під час технологічної обробки та експлуатації, забезпечуючи в той же час легкість при механічній обробці під час виготовлення плати.

Технологічні методи виготовлення друкованих плат

Методи виготовлення ДП (рис. 11.1) поділяють на дві групи: субтрактивні і адитивні.

Рис. 11.1. Класифікація методів виготовлення ДП

В субтрактивних методах (subtratio – віднімання) в якості підстави для друкованого монтажу використовують фольговані діелектрики, на яких формується провідниковий малюнок шляхом видалення фольги з непровідних ділянок. Додаткова хіміко-гальванічна металізація монтажних отворів привела до створення комбінованих методів виготовлення ПП.

Адитивні (additio – додавання) методи засновані на виборчому осадженні струмопровідного покриття на діелектричну основу, на яку попередньо може наноситися шар клейової композиції. У порівнянні з субтрактивнимі вони мають наступними перевагами:

1) однорідність структури, так як провідники і металізація отворів виходять в єдиному хіміко-гальванічному процесі;

2) усунення подтравлення елементів друкованого монтажу;

3) покращення рівномірності товщини металізованого шару в отворах;

4) підвищення щільності друкованого монтажу;

5) спрощення ТП через усунення ряду операцій (нанесення захисного покриття, травлення);

6) економія міді, хімікатів для травлення і витрат на нейтралізацію стічних вод;

7) зменшення тривалості виробничого циклу.

Незважаючи на описані переваги, застосування адитивного методу в масовому виробництві ДП обмежено низькою продуктивністю процесу хімічної металізації, інтенсивним впливом електролітів на діелектрик, труднощами одержання металевих покриттів з хорошою адгезією. Домінуючою в цих умовах є субтрактивна технологія, особливо з переходом на фольговані діелектрики з тонкомірної фольгою (5 і 18 мкм).

 

Субтрактивні методи

За субтрактивною технологією малюнок провідників отримують травленням мідної фольги по захисному зображенню в фоторезисті або металорезісті. Застосовуються три різновиди субтрактивної технології.

Перший варіант (рис. 11.2) – негативний процес з використанням сухого плівкового фоторезисту (СПФ).

Рис. 11.2. Перший варіант субтрактивного методу.

Процес досить простий, застосовується при виготовленні односторонніх і двосторонніх ДП. Металізація внутрішніх стінок отворів не виконується. Заготовка – фольгований діелектрик. Методами фотолітографії за допомогою сухого плівкового фоторезисту на поверхні фольги формується захисна маска, що представляє собою зображення (малюнок) провідників. Потім відкриті ділянки мідної фольги піддаються травленню, після чого фоторезист віддаляється.

Другий варіант (рис. 11.3) – позитивний процес. Створюється провідниковий малюнок двосторонніх шарів з міжшаровими металізованими переходами (отворами). Сухий плівковий фоторезист (СПФ) нашаровується на заготовки фольгованого діелектрика, що пройшли операції свердління отворів і попередньої (5-7 мкм) металізації міддю стінок отворів і всієї поверхні фольги.

Рис. 11.3. Другий варіант субтрактивного методу

В процесі фотолітографії СПФ захисний рельєф отримують на місцях поверхні металізованої фольги, що підлягає подальшому видаленню травленням. На ділянки, що не захищені СПФ, послідовно осідають мідь і металорезист (сплав SnPb), в тому числі і на поверхню стінок отворів. Після видалення маски СПФ незахищені (більш тонкі) шари міді витравлюється. Процес складніший, проте, з його допомогою вдається отримати металізовані стінки отворів.

Третій варіант (рис. 11.4) – так званий тентінг-процес. Як і в позитивному процесі, береться заготовка у вигляді фольгованого діелектрика, формуються отвори, проводиться попередня металізація всієї плати, включаючи внутрішні стінки отворів. Потім наноситься СФП, який формує маску під час фотолітографії у вигляді малюнка друкованих провідників і утворює завіси – тенти над металізованими отворами, захищаючи їх під час наступної операції травлення вільних ділянок мідної фольги. У цьому процесі використовуються властивості плівкового фоторезисту нашаровуватися на свердлені підкладки без попадання в отвори і утворювати захисні шари над металізованими отворами. Застосування тентінг-методу спрощує технологічний процес виготовлення двосторонніх ДП з металізованими отворами. Однак необхідно забезпечити гарантоване запечатування отворів фоторезистом. Крім того, якість поверхні металу навколо отворів має бути дуже хорошою, без задирок.

Рис. 11.4. Третій варіант субтрактивного методу

Для отримання зображень використовується плівковий фоторезист товщиною 15-50 мкм. Товщина фоторезиста в разі методу "тентінг" диктується вимогами цілісності захисних завісів над отворами на операціях проявлення і травлення, що проводяться розбризкуванням розчинів виявлення і травлення під тиском 1,6-2 атм. і більше. Фоторезисти товщиною менше 45-50 мкм на цих операціях над отворами руйнуються.

Підготовка поверхонь заготовок під нашарування плівкового фоторезисту з метою видалення задирок свердлених отворів і наростів гальванічної міді проводиться механічною зачисткою абразивними кругами з наступною хімічною обробкою в розчині персульфата амонію або механічною зачисткою водної пемзової суспензією. Такі варіанти підготовки забезпечують необхідну адгезію плівкового фоторезисту до мідної поверхні підкладки і хімічну стійкість захисних зображень на операціях прояви і травлення. Крім того, механічна зачистка пемзою дає матову однорідну поверхню з низьким віддзеркаленням світла, що забезпечує більш однорідне експонування фоторезиста.

Фоторезист нашаровується по спеціально підібраному режиму: при низькій швидкості нашарування 0,5 м / хв, при температурі нагріву валків 115 °С ± 5 °С, на підігріті до температури 60 ÷ 80 °С заготовки. При експонуванні зображення використовуються установки з точковим джерелом світла, що забезпечує висококоллімірованний інтенсивний світловий потік на робочу поверхню з автоматичним дозуванням і контролем світлової енергії.

Субтрактивний метод отримання малюнка провідників ДП заснований на травленні мідної фольги по захисній масці. Через процеси бокового підтравлення міді під краями маски поперечний переріз провідників має форму трапеції, розташованої більшою мірою на поверхні діелектрика. Величина бічного підтравлення і, відповідно, розкид ширини створюваних провідних доріжок залежить від товщини шару металу: при травленні фольги товщиною 5 мкм інтервал розкиду ширини провідників близько 7 мкм, при травленні фольги товщиною 20 мкм розкид складає 30 мкм, а при травленні фольги товщиною 35 мкм розкид становить близько 50 мкм. Спотворення ширини мідних провідників по відношенню до розмірів ширини їх зображень у фоторезисті і на фотошаблон зміщуються в бік звуження. Отже, при субтрактивній технології розміри провідників на фотошаблон необхідно збільшувати на величину звуження. З цього випливає, що субтрактивна технологія має обмеження за дозволом, що визначаються товщиною фольги і процесами травлення. Мінімально відтворювана ширина провідників і зазорів становить:

• 50 мкм при товщині фольги 5-9 мкм;

• 100 - 125 мкм при товщині провідників 20 - 35 мкм;

• 150 - 200 мкм при товщині провідників 50 мкм.

 

Адитивний метод

Для виготовлення друкованих плат із шириною провідників і зазорів 50 -100 мкм з товщиною провідників 30-50 мкм рекомендується використовувати адитивний метод формування малюнка (метод ПАФОС). Це повністю адитивний електрохімічний метод, за яким провідники та ізоляція між ними (діелектрик) формуються селективним гальванічним осадженням провідників і формуванням ізоляції тільки в необхідних місцях пресуванням. Метод ПАФОС, як адитивний метод, принципово відрізняється від субтрактивного тим, що метал провідників наноситься, а не витравлюється. Провідниковий малюнок формується (рис. 11.5) послідовним нарощуванням шарів.

Рис. 11.5. Адитивний метод

 

 

У захисному рельєфі плівкового фоторезисту на верхню поверхню сформованих провідників проводиться також нанесення адгезійних шарів. Після цього плівковий фоторезист віддаляється, і проводить малюнок на всю товщину впресовується в препреги або інший діелектрик. Отриманий пресований шар разом з мідною шиною механічно відділяється від поверхні носіїв. Якщо не потрібні міжшарові переходи, то мідна шина стравливается.

За способом створення струмопровідного покриття адитивні методи поділяються на хімічні і хіміко-гальванічні. При хімічному процесі на каталітично активних ділянках поверхні відбувається хімічне відновлення іонів металу. В розроблених розчинах швидкість осадження міді становить 2-4 мкм / год і для отримання необхідної товщини процес продовжується тривалий час.

Для виготовлення друкованих плат із шириною провідників і зазорів 50 -100 мкм з товщиною провідників 30-50 мкм рекомендується використовувати адитивний електрохімічний метод формування малюнка, по якому провідники та ізоляція між ними (діелектрик) формуються селективним гальванічним осадженням провідників і формуванням ізоляції тільки в необхідних місцях пресуванням.

При виготовленні ДДП підготовлені пластини поділяються пластиною препреги або іншого діелектрика і спресовуються, після чого механічно видаляються носії. Якщо не потрібні міжшарові переходи, то мідні шини стравливается і плата готова.

При виготовленні двосторонніх шарів з міжшаровими переходами перед травленням тонкої мідної шини свердляться і металізуються отвори. ПРовідниковий малюнок, втоплений в діелектрик і зверху захищений шаром нікелю, при травленні мідної шини не піддається впливу травильного розчину. Тому форма, розміри і точність проводить малюнка визначаються формою і розмірами звільнень в рельєфі плівкового фоторезисту, тобто процесами фотохімії (фотолітографії). Звідси до процесів фотолітографії пред'являються більш жорсткі вимоги, зокрема, оптичної щільності білих і чорних полів фотошаблонів, різкості краї зображення, стабільності температури і вологості в робочих приміщеннях. Профіль фоторельефа плівкового фоторезисту залежить від застосовуваної моделі світлокопіювальний установки. При експонуванні на установках з досконалою експонує системою, що забезпечує високу колімації високоінтенсивних світлових променів і відсутність нагріву робочої копіювальної поверхні, фоторельеф має рівні бічні стінки з малим нахилом до поверхні підкладки.

При забезпеченні необхідних параметрів технологічного процесу адитивна технологія дозволяє отримувати малюнок провідників на платі з більшою точністю і відтворюваністю:

• ширина провідників, сформованих в рельєфі плівкового фоторезисту, практично по всій висоті провідника дорівнює ширині зображення на фотошаблоні, інтервал розкиду не перевищує 5-10 мкм;

• спотворення ширини провідників на поверхні підкладки щодо розмірів на фотошаблон в середньому становлять від 10 мкм до 20 мкм;

• сумарний інтервал розкиду ширини провідників по всій висоті фоторельефа не перевищує 15-20 мкм.

Таким чином, на відміну від субтрактивної технології адитивні процеси принципово дозволяють отримувати ПП за найвищими класами точності.

 

Методи нанесення малюнка ДП

Основними методами, застосовуваними в промисловості для створення малюнка друкованого монтажу, є офсетний друк, сіткографія і фотодрук. Вибір методу залежить від конструкції ДП, необхідної точності і щільності монтажу, продуктивності обладнання та економічності процесу.

Метод офсетного друку полягає у виготовленні друкованої форми, на поверхні якої формується малюнок шару. Форма закочується валиком з трафаретного фарбою, а потім офсетний циліндр переносить фарбу з форми на підготовлену поверхню основи ДП. Метод застосуємо в умовах масового і великосерійного виробництва з мінімальною шириною провідників і зазорів між ними 0,3-0,5 мм (плати 1 і 2 класів щільності монтажу) і з точністю відтворення зображення ± 0,2 мм. Його недоліками є висока вартість обладнання, необхідність використання кваліфікованого обслуговуючого персоналу і трудність зміни малюнка плати.

Сіткографічний метод заснований на нанесенні спеціальної фарби на плату шляхом продавлювання її гумової лопаткою (ракелем) через сітчастий трафарет, на якому необхідний малюнок утворений осередками сітки, відкритими для продавлювання. Метод забезпечує високу продуктивність і економічний в умовах масового виробництва. Точність і щільність монтажу аналогічні попередньому методу.

Метод фотодруку характеризується самою високою точністю (± 0,05 мм) і щільністю монтажу, відповідними 3-5 класу (ширина провідників і зазорів між ними 0,1-0,25 мм). Він полягає в контактному копіюванні малюнка друкованого монтажу з фотошаблона на основу, вкриту світлочутливим шаром (фоторезистом).

Одношарові ДП виготовляють переважно субтрактивним сітково-хімічним або адитивним методом, а ДДП і ГДП хіміко-гальванічним адитивним або комбінованими фотохімічними (негативним або позитивним) методами. Виробництво БДП засноване на типових операціях отримання ОДП і ДДП і деяких специфічних процесах, таких як пресування шарів, створення міжшарових з'єднань і ін. Вибір методу виготовлення БДП визначається такими факторами: числом шарів, надійністю з'єднань, щільністю монтажу, видом виводів ЕРЕ і ІС, можливістю механізації і автоматизації, тривалістю виробничого циклу, економічністю. Методи, засновані на використанні об'ємних деталей для міжшарових з'єднань, характеризуються підвищеною трудомісткістю, низькою надійністю, погано піддаються автоматизації.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.