Ушаков_ТПЭВМ (Л2-Ушаков - Технология производства ЭВМ (в ворде)), страница 18

Для позитивных фоторезистов применяют материалы на основе диазосоединений, которые состоят из светочувствительной полимер­ной основы (новолачной смолы), растворителя и некоторых других компонентов. По адгезионной и разрешающей способности они пре­восходят негативные фоторезисты, но имеют более высокую стои­мость и содержат токсичные растворители. Разрешающая способ­ность позитивных фоторезистов составляет до 350 линий/мм. До­стоинством позитивного фоторезиста является отсутствие дубления при хранении заготовок с нанесенным светочувствительным слоем.

В технологическом процессе производства печатных плат приме­няют жидкие и сухие фоторезисты.

Жидкие фоторезисты наносят погружением (окунанием), поли­вом с центрифугированием, накатыванием ребристым роликом и другими способами.

Погружение (рис. 12.11, а) является самым простым способом, который дает возможность получить слой фоторезиста на двух сто­ронах платы.

Плата 7, закрепленная в держателе 6, погружается в сосуд 8 с фоторезистом. Держатель связан с блоком движения, снабженным электродвигателем 1, который через редуктор 2 вращает шкив 3. При этом ползун 5 перемещается в направляющих 4. Блок движе­ния уравновешивается грузом 9. Толщина получаемых слоев фото­резиста зависит от скорости, с которой плата извлекается из ванны. Для получения толстых слоев используют многократное окунание с промежуточной сушкой каждого слоя.

Рис. 12.11. Методы нанесения жидкого фоторезиста:

а - погружением; б - центрифугированием; в - накатыванием ребристым роликом

Поливом с центрифугированием можно получить почти беспо­ристое покрытие. Плату устанавливают на планшайбу 1 (рис. 12.11, б), которая получает вращение от электродвигателя 5 через зубчатые колеса 4, шкив 3 и фрикционный ролик 2. Изменяя рас­стояние между роликом и осью вращения планшайбы, можно регу­лировать частоту ее вращения. Фоторезист наносят во время первых оборотов центрифуги, а затем частоту вращения увеличивают. Тол­щина получаемого покрытия зависит от вязкости фоторезиста и частоты вращения центрифуги. Для получения тонких пленок используют высокую частоту вращения, при этом необходимы фото­резисты с достаточно низкой вязкостью. Толщина слоя обычно со­ставляет от 2 до 4 мкм, а неравномерность толщины 0,5 ... 1,0 мкм.

Накатывание фоторезиста ребристым роликом, (рис. 12.11, в) обеспечивает большую равномерность нанесенного слоя. Канавки на поверхности ролика служат резервуаром для фоторезиста.

Недостатки жидких фоторезистов - малая толщина и неравно­мерность слоя покрытия, большая трудоемкость процесса нанесения и невозможность его использования для нанесения на платы с от­верстиями.

Рис. 12.12. Последовательность фотопечати с применением сухого

фоторезиста:

а - нанесение фоторезиста; б - экспонирование; в - отделение несущей пленки;

г - удаление неэкспонированных участков

Сухие фоторезисты в настоящее время получили широкое при­менение. Они заменили жидкие, так как более технологичны и прос­ты в употреблении.

Сухой пленочный фоторезист представляет собой тонкую пленку, полимеризующуюся под действием ультрафиолетового облучения. Он состоит из трех слоев: оптически прозрачной пленки (обычно полиэтилентерефталата), светочувствительного полимера и защит­ной лавсановой пленки. Покрывающие пленки предохраняют фото­резист от механических повреждений и возможного загрязнения.

Нанесение сухого пленочного фоторезиста (рис. 12.12) осущест­вляется при помощи валкового механизма (ламинатора). Накаты­вающий валик 4 оснащен устройством для обеспечения заданного давления на заготовку 1. Процесс происходит при повышенной тем­пературе. При этом защитная пленка 3 удаляется, а открытая по­верхность полимера 5 приклеивается к медной фольге 6, так как адгезия светочувствительного полимера к фольге больше, чем к не­сущей пленке 2. В результате экспонирования на плате образуется изображение светлых мест фотошаблона 7. Оптически прозрачная пленка 8 отделяется от несущей поверхности, и изображение прояв­ляется в воде. При этом неэкспонированные участки удаляются.

Метод фотопечати обеспечивает высокую разрешающую способ­ность, позволяющую получать проводники, ширина которых и рас­стояние между ними составляет 0,1 мм.

Трафаретная печать (сеткографический метод). Метод основан на получении необходимого рисунка схемы на поверхности медной фольги путем продавливания защитной краски резиновым ракелем через сетчатый трафарет. Сетки для трафаретов изготовляют из капроновых или лавсановых нитей. Более высокая точность рисун­ка схемы получается при использовании сетки из фосфористой брон­зы или нержавеющей стали диаметром 35...40 мкм. Размер ячейки трафарета составляет 60...80 мкм. Металлическая сетка выдерживает большое число оттисков и применяется в серийном про­изводстве. Недостатками ее по сравнению с шелковой сеткой являются малая эластичность и склонность к окислению. Требуемый рисунок на трафа­рете получается с помощью фоторезистов. Открытые участ­ки сетки трафарета соответст­вуют рисунку печатной платы.

Краска для защитного слоя должна обладать высокой кислотостойкостью хорошей адгезией с платой, минимальным временем сушки и сметанообразной консистенцией. Жид­кая краска дает расплывчатое изображение, а густая трудно продавливается через трафа­рет. Печатные свойства крас­ки и их адгезионная способ­ность зависят от связующего вещества, в качестве которого используют различные смолы с олифами. В состав краски входят также растворители (керосиновая фракция, уайт-спирит и др.), разбавитель и компоненты, улучшающие вязкость, плас­тичность, растекаемость и адгезионные свойства краски. Наибо­лее широко используют краску СТ3.12—51 и гальваностойкую краску СТ3.13.

Рис. 12.13. Нанесение защитного слоя через трафарет:

а - принципиальная схема; б - схема авто­мата

При нанесении краски вручную (рис. 12.13, а) плату 4 устанав­ливают по базовым технологическим отверстиям и наносят некото­рое количество краски, обеспечивающее образование валика 2 вдоль всей длины шпателя 1 при его движении по трафарету 3. Волна краски перед шпателем является своеобразным резервуаром, обес­печивающим с некоторым избытком весь процесс печати. Отпеча­танную плату помещают в сушилку. Сушку осуществляют до тех пор, пока плату можно будет взять в руки без опасения повредить оттиск. В случае двусторонней платы таким же образом наносят схему с другой стороны платы.

Машинная печать предусматривает осуществление тех же опе­раций, что и ручная. Движение шпателя, подача резиста и подъем трафарета автоматизированы. Платы подаются на рабочую пози­цию (рис. 12.13, б) из магазина 1 столом 2, снабженным вакуум­ным присосом. Вакуумный насос 11 включается переключателем 10. Движением стола управляет кулачок 8, сидящий на распредели­тельном валу 9. Сетчатый трафарет 5, закрепленный в рамке, мо­жет перемещаться в вертикальном направлении от кулачка 7. Ра­бочий ход ракеля 3 осуществляется при движении стола от кулач­ка 6. В конце рабочего хода ракель поворачивается вокруг оси 4, вакуум снимается и плата с нанесенным рисунком направляется на сушку.

Получение рисунка схемы методом трафаретной печати на 60% дешевле, чем фотохимическим.

Однако метод трафаретной печати имеет малую разрешающую способность, которая определяется размером ячеек в сетке (обычно 0,08 мм). Так как краска растекается, то разрешающая способность уменьшается до 0,10...0,15 мм. Трафаретную печать используют в том случае, если ширина проводников и расстояние между ними более 0,3 мм, точность переноса изображений не выше 0,1 мм.

Типичные дефекты трафаретной печати - поры и проколы в слое нанесенного резиста, неровные края проводников, неравно­мерная толщина. Основными причинами дефектов являются запы­ленность помещения, несоответствующая вязкость резиста, износ трафарета, царапины на трафарете, возникающие от твердых час­тиц, попадающих в краску. На свойство красок существенно влия­ют климатические условия на участке (температура, влажность).

1. Химические и гальванические процессы изготовления печатных плат

Основное назначение химических и гальванических процессов заключается в металлизации монтажных отверстий и защите ри­сунка печатной платы при травлении.

Типовой технологический процесс химической и гальванической металлизации печатных плат (ГОСТ 23770—79) состоит из этапов подготовки поверхности, сенсибилизации, активации, химического и гальванического меднений, гальванического осаждения сплава SnPb.

Подготовка поверхности монтажных отверстий печатных плат заключается в гидроабразивной обработке, подтравливании ди­электрика в отверстиях серной кислотой и фтористым водородом, промывки в проточной воде.

Сенсибилизация (повышение чувствительности к меди) осущест­вляется в растворе двухлористого олова, соляной кислоты и метал­лического олова в течение 5...7 мин с последующей промывкой в дистиллированной воде. В результате сенсибилизации на поверхности стенок отверстий адсорбируется пленка ионов двухлористого олова, являющаяся восстановителем для палладия.

Активация проводится в водном растворе двухлористого палла­дия и аммиака в течение 5...7 мин. Металлический палладий служит центром кристаллизации при химическом меднении. Для сокраще­ния технологического цикла и улучшения качества металлизации используют совмещенный активирующий раствор, в состав которо­го входят соли палладия и олова.

Химическое меднение состоит в восстановлении меди на активированных поверхностях из раствора, в который входят соли меди, никеля, формалина, соды и др. Время осаждения слоя меди толщи­ной 0,25 ...0,5 мкм составляет 15...20 минут. Для облегчения удаления водорода, выделяющегося в процес­се меднения, и для лучшего смачи­вания отверстий раствором процесс ведется с плавным покачиванием плат или с наложением ультразву­кового поля. Осадки меди в этом случае имеют более плотную струк­туру, что объясняется лучшими ус­ловиями для удаления водорода закрывающего поверхность диэлектрика.

Гальваническую металлизацию применяют для увеличения тон­кого слоя меди, полученного при химической металлизации до тол­щины 5...8 мкм, и последующего образования проводящего рисунка схемы с толщиной меди в отверстиях 25 мкм.

Гальваническое меднение требует замкнутого контура проводя­щих покрытий, которое осуществляется технологическими провод­никами, прошивкой отверстий медной проволокой и применением специальных рамок. Медь наращивают в сернокислом, борфтористо-водородном и других электролитах. При продолжительном воздействии электролита на изоляционное основание возможно ухудшение его диэлектрических свойств.

Рис. 12.14. Схема гальваниче­ского меднения печатных плат

Нанесение гальванических покрытий осуществляют в ваннах (рис. 12.14).

Плату 4 зажимают в металлической рамке и подвешивают на шине 1, установленной в ванне 2 с электролитом. Шину подключа­ют к отрицательному источнику тока, а электроды 3, изготовлен­ные из электролитической меди, - к положительному источнику тока. На плате, которая является катодом, осаждается медь. Для получения хорошего покрытия на стенках отверстий предусматри­вается перемещение рамки, 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. Так как это отношение не может быть больше единицы, то необхо­димо наносить более толстый слой на поверхность платы, чтобы получить слой заданной толщины в отверстии.

Гальваническое осаждение сплава «олово — свинец» толщиной 8...20 мкм производится с целью предохранения проводящего рисунка при травлении плат и обеспечения хорошей паяемости. Возможно применение специальных покрытий (палладий, золото и др.) толщиной 2...5 мкм. Осаждение гальванических сплавов бо­лее сложно, что вызвано необходимостью поддержания определен­ного состава покрытия. Адгезия гальванического покрытия зави­сит от качества подготовки поверхности для металлизации и соблюдения режимов процесса.

Травление является химическим процессом, при котором участки медной фольги, не защищенные резистом, удаляются с поверхности диэлектрического основания, а участки, покрытые резистом, сохра­няются и формируют рисунок печатной платы. В качестве резиста используются фоторезист, трафаретная краска или устойчивый к воздействию травителей гальванически нанесенный слой оловянно-свинцового сплава (припоя) или благородных металлов. Процесс травления включает в себя предварительную очистку, собственно травление металла, очистку после травления и удаления фоторе­зиста.

Травление печатных плат с рисунками, защищен­ными сплавами на основе олова-свинца или благородных металлов, производится в растворах на основе хлорной меди (ГОСТ 23727— 79). Такие растворы имеют низкую стоимость, просты в приготовле­нии и легко удаляются с платы после травления. Если рисунок пла­ты защищен печатными красками, то травление производится в железомедном хлоридном растворе.

Травление набрызгиванием производится в ваннах (рис. 12.15, а). Плата 2 закрепляется в обойме / и устанавливается в ванне 6 на небольшом расстоянии от поверхности травильного рас­твора 5. Сетка 3 защищает ротор 4 от случайного попадания деталей.

Травильный раствор 5 набрызгивается на плату вращающимися лопастями ротора, установленного на дне ванны. По ходу процесса •концентрация раствора изменяется и содержание ванны необходимо своевременно корректировать.

Травление набрызгиванием обеспечивает равномерное удаление фольги и малое ее подтравливание. Однако этим методом можно обрабатывать одновременно небольшое количество плат при невы­сокой скорости травления.