lec13 Технологические операции изгот ПП (Лекции проф Давыдова УГГИ), страница 3

Загрузка ПП в станок происходит посредством ленточного конвейера. Подведенная заготов­ка фиксируется в рабочей зоне на штифтах с точностью ±25 мкм и закрепляется при помощи вакуумной системы. Краскодозирующим устройством краска подается в зону обработки, а ракель продавливает ее через ячейки трафарета. В системе управления ракелем регулируется угол наклона, ско­рость движения, давление и диапазон хода. Время, затрачиваемое на один цикл печатания, составляет 5-7 с. Смена трафарета и настройка станка на новый тип плат производится по контроль­ному шаблону. В станках для одновременного нанесения рисунка на две стороны заготовки ПП устанавливается вертикально.

Закрепление краски на заготовке осуществляется сушкой. Краски с органическими растворителями сушат в туннельных конвейерных печах горячим воздухом при температуре 150-180 °С или под действием ИК-излучения. Краски мгновенной сушки, содержащие мономерно - полимерные композиции и фотоинициатор, закрепляются под воздействием ультрафиолетовых лучей. Однако они имеют не­большой срок хранения и высокую стоимость.

Срок хранения отпечатанных плат в условиях производства составляет 3-5 суток. При больших сроках хранения стано­вится затруднительным удаление краски. Снимают трафаретную краску 3-5%-ным раствором горячей (40-60°С) щелочи в течение 10-20 с. Аналогично промываются сетчатые трафареты после работы.

Фотографический метод предусматривает нанесение на поверхность заготовки ПП специальных светочувстви­тельных материалов - фоторезистов, негативных или позитивных. Негативные фоторезисты образуют при воздействии света защитные маски вследствие реакции фотополимеризации, при этом облученные участки остаются на плате, а не­облученные удаляются при проявлении. В позитивных фоторези­стах под действием света происходит фотодеструкция органиче­ских молекул, облученные участки удаляются при проявлении. Фоторезисты могут быть жидкими и пленоч­ными. Жидкие фоторезисты значительно дешевле пленочных, для работы с ними требуется несложное оборудование. Примене­ние пленочных фоторезистов значительно упрощает ТП (исклю­чаются операции сушки, дубления, ретуширования) и обеспечивает нанесение защитных слоев при наличии монтажных отверстий.

Жидкие позитивные фоторезисты на основе диазосоединений имеют повышенную разрешающую способность, химическую стойкость, в них отсутствует темновое дубление. Нано­сят жидкие фоторезисты окунанием, центрифугированием, накат­кой валками, разбрызгиванием. При покрытии окунанием заго­товки погружаются в кювету с фоторезистом и вытягиваются с постоянной скоростью (10-50 см/мин). Толщина слоя опре­деляется вязкостью, скоростью вытягивания и колеблется от 4 до 8 мкм. Способ обеспечивает двустороннее нанесение фоторезиста. Недостатком является неравномерность нанесенного слоя. Применение центри­фугирования и накатки валками приводит к повышению равно­мерности наносимых слоев. Валковые кон­вейерные установки имеют секции инфракрасной сушки резиста.

Сухие пленочные фоторезисты (СПФ) представляют собой структуру, состоящую из свето­чувствительного слоя, который помещается между защитной поли­этиленовой и светопроницаемой лавсановой пленками. Типичная толщина СПФ 20, 40 и 60 мкм, защитных СПФЗ 90, 110, 130 мкм. Тонкие слои СПФ применяют в качестве маски при травлении меди с пробельных мест, сред­ние - для создания рисунка при нанесении слоя металлизации, а толстые - для защиты отверстий с металлизацией при травле­нии. Фоторезисты наносят на платы валковым методом при нагреве до 105-120 °С и плотно прикатывают к поверхно­сти заготовки для удаления воздушных включений. Реализующие этот метод установки называются ламинаторами. Они снабжены терморегуляторами, тарированными устройствами прижима по­дающих валков, устройствами для обеспечения давления на заготовку и обрезания фоторезиста после его нанесения.

Экспонирование предназначено для инициирования фотохими­ческих реакций в фоторезистах. Оно проводится в установках, состоящих из источников света, работающих в ультрафиолетовой области, рефлекто­ров и коллиматоров. Для плотного прилегания фотошаблонов к заготовкам плат используют рамы, оснащенные специальными откачными системами для создания ва­куума.

Для проявления СПФ используют два вида установок: камер­ные для мелкосерийного производства и конвейерные для серий­ного производства. Камерные установки имеют насос для подачи проявителя под давлением, систему струйной промывки, змеевики охлаждения проявителя, таймеры, систему терморегулирования и устрой­ства фильтрации проявителя. Конвейерные уста­новки имеют зоны загрузки, первичного проявления, допроявления и промывки плат. Установки оснащены регуляторами скорости конвейера и давления жидкости, системами охлаж­дения и терморегулирования, основными и вспомогательными на­сосами фильтрации жидкости и отстойниками промывных вод.

После проявления оставшийся фоторезист должен быть твер­дым, блестящим, сплошным покрытием на поверхности заготов­ки с хорошей адгезией к ней, без проколов и других дефектов.

Травление меди с пробельных мест представляет собой сложный окислительно-восста­новительный процесс удаления меди с не­проводящих (пробельных) участков. Травление выполняют хими­ческим или электрохимическим способом. Для химического про­цесса разработаны и используются в промышленности многочис­ленные составы на основе хлорного железа, персульфата аммония, хлорной меди, хромовой кислоты, и др. Выбор травильного раствора определяется типом применяемого резиста, скоро­стью травления, величиной бокового подтравливания, возможностью регенерации и экономичностью процесса.

Скорость травления меди зависит от состава травителя, условий его доставки в зону обра­ботки, температуры раствора и количества меди, перешедшей в раствор. Скорость травления оказывает существенное влияние на качество формируемых элементов ПП. При малых скоростях время пребывания платы в травителе увеличивается, что приво­дит к ухудшению диэлектрических свойств оснований и увеличе­нию бокового подтравливания. Величина бокового подтравливания оценивается фактором травления K=S/a, который представляет со­бой отношение толщины фольги S к величине изменения ширины печатного проводника а. Уменьшают фактор травления введением в используемые растворы специальных добавок: ионы металлов с более низким потенциалом, чем у меди (Ag, Hg, Pt, Pd, Au).

Технологический процесс травления состоит из операций предва­рительной очистки меди, повышающей равномерность ее удале­ния, непосредственно удаления меди с пробельных участков пла­ты, очистки поверхности диэлектрика, осветления при необходимо­сти поверхности металлорезиста и сушки.

Наибольшее распространение в технологии производства ПП получили травильные растворы на основе хлорного железа. Они отличаются высокой и равномерной скоростью травления, малой величиной бокового подтравливания, высокой четкостью получаемых контуров, экономичностью. Скорость процесса в свежеприготовленном растворе составля­ет 40 мкм/мин, но по мере накопления в нем ионов меди постепен­но снижается и при 100 г/л составляет 5-6 мкм/мин. Повышение температуры и рН травителя относительно оптимальных значений приводит к образованию смеси фильтрующейся меди и оксида железа, который адсорбируется поверхностью диэлектрика, с трудом удаляется при промывке и ухудшает изоляционные свойства подложки.

Травитель не пригоден для получения плат, покрытых металлорезистами на основе олова. В этом случае рекомендуется применять раствор персульфата аммония. Он дешевле хлорного железа, быстро при­готавливается на рабочем месте, прозрачен и невязок, не образует шлама при травлении, легко поддается регенерации. Реакция сопровождается выделением тепла, что вызывает необхо­димость стабилизации температурного режима. Травление приво­дит к большому боковому подтравливанию медных проводников, сопровождается зубчатостью краев из-за различия скоростей хи­мических реакций по зернам металла, а рас­твор склонен к саморазложению.

Стабильными параметрами травления характеризуются рас­творы на основе хлорной меди. Разработанные кислые и щелочные составы несколько уступают по скорости растворам хлорного же­леза, но намного их дешевле. В них не образуется шлам, ПП легко отмываются по после обработки, а боковое подтравливание не пре­вышает 3-6 мкм. Отсутствие в растворе посторонних катионов позволяет проводить полную регенерацию в непрерыв­ном замкнутом цикле. Повышение производительности процесса достигается использованием раствора на основе двух окислите­лей - хлорной меди и хлорного железа.

Травление меди в растворе перекиси водорода проводится в кислый среде с добавлением серной или соляной кислоты. Используемые травители совместимы практически со всеми типами резистов. Получаемая H₂S0₄ является химически чистым веществом, лег­ко извлекается и используется для технических целей. При накоп­лении 60-80 кг/м² меди раствор истощается и скорость травления снижается. Полезную емкость по меди до 130 кг/м² имеют соляно-кислые растворы. В них травящей способностью обладают не только ис­ходные компоненты, но и продукты реакции. Процесс травления сопровождается поддержанием со­става ванны и разложением перекиси водорода.

Химическое удаление меди проводится погружением ПП в тра­витель, наплескиванием раствора на их поверхность или разбрыз­гиванием через форсунки. Давление раствора в форсунках колеблется в пределах 0,1-0,5 МПа, а струя подается перпендикулярно поверхности платы или при небольшом отклоне­нии от перпендикуляра. Постоянное обновление окислителя в зоне обработки и удаление продуктов реакции обеспечивают высокую производительность струйному травлению, а траектория струи - незначительное боковое подтравливание. Производительное технологическое оборудование компонуется по модульному принципу и содержит модули травления, регенера­ции, промывки, осветления и сушки, которые объединяются транс­портной системой и системой трубопроводов. Автоматические модульные линии конвейерного типа оснащаются устройствами для контроля кислотности раствора, его температуры и давления в форсунках.

Электрохимическое травление ПП основано на анодном раство­рении меди с последующим восстановлением ионов стравленного металла на катоде. Такой процесс по сравнению с химическим травлением обладает рядом преимуществ: упрощением состава электролита, методики его приготовления, регенерации и очистки сточных вод, высокой и стабильной скоростью травления в течение дли­тельного периода времени, экономич­ностью, легкостью управления и авто­матизацией всех стадий.

Широкое применение электрохи­мического травления сдерживается неравномерностью удаления металла по плоскости платы, что приводит к образованию невытравленных островков. Полностью реализовать преимущества электрохимического метода позволяют подвижные носители заряда, которые представ­ляют собой частицы графита в суспензированном электролите. Эти частицы принимают заряд с анода и переносят его на поверхность меди, переводя последнюю в ионную форму. Использование электрохимического травления сводит к минимуму боковое подтравливание токопроводящих дорожек и обеспечивает разрешающую спо­собность, равную 70-100 мкм, но стоимость технологического оборудования превышает стоимость машин для химического трав­ления.

После удаления меди с пробельных участков ПП промывают холодной проточной водой. Если на поверх­ности металлических резистов (особенно Sn-Pb) в результате химического взаимодействия с травителем образуются нераство­римые соединения, вызывающие потемнение и ухудшение их паяемости, то их осветляют при температуре 18-25 °С в течение 3-5 мин. Растворы осветления готовят на основе кислот и тиомочевины, например (г/л): соляная кислота – 50-60, тиомочевина – 90-100, этиловый спирт – 5-6, моющее средство или поверхностно-активное вещество – 1-10.

Особенности изготовления МПП. Для изготовления МПП разработано много вариан­тов конструктивно-технологического исполнения, номенклатура их постоянно обновляется и совер­шенствуется. Практический опыт изготовления МПП показывает, что наиболее технологичным является вариант МПП с металли­зацией сквозных отверстий. Он позволяет получать до 20 слоев МПП, характеризуется высокой плотностью, хорошим качеством межслойных соединений, относительной простотой и экономично­стью. При этом методе используются: для наружных слоев одно­сторонний фольгированный диэлектрик, для внутренних одно- или двусторонний фольгированный диэлектрик, а в качестве межслойной изоляции стеклоткань. Из этих материалов изготавливают заготовки, в которых пробивают базовые отверстия для совмещения слоев и производят очистку поверхностей. На за­готовках внутренних слоев рисунок получают с двух сторон нега­тивным фотохимическим методом, выполняя при необходимости контактные переходы химико-гальванической металлизацией. Ри­сунок наружных слоев получают комбинированным позитивным фотохимическим методом. Изготовленные слои совмещают друг с другом по базовым отверстиям, прокладывая между ними межслойную изоляцию, и спрессовывают в монолитную структуру.

Внутренние слои МПП, выполненные на тонком одностороннем фольгированном диэлектрике, после стравливания медного покры­тия склонны к линейной деформации. Поэтому базовые отверстия на технологическом поле заготовок пробивают после операции травления меди, ориентируясь на специальные реперные знаки.

Процесс прессования является одной из важнейших операций изготовления МПП. Монолитность структуры и точность ее элементов обеспечиваются качеством прокладочной стеклоткани, тщательно­стью подготовки слоев, совершенством технологической оснастки и строгим поддержанием режимов прессования.