16 Основные технологические этапы в производстве
Лекция №17. Основные технологические этапы в производстве ПП. Часть 2.
Получение рисунка ПП заключается в нанесении защитного рельефа с переносом изображения рисунка печатных проводников на материал основания ПП, который осуществляют фотохимическим (фотопечать), сеткографическим, офсетным способами и лазером. Защитный рельеф может быть негативным и позитивным.
Фотохимический способ представляет собой нанесение изображения рисунка печатных проводников на материал основания, покрытый светочувствительным слоем (фоторезистом), который заключается в экспонировании через фотошаблон с требуемым изображением. Этот способ позволяет получить проводники и зазоры между ними порядка 0,1 мм и менее с точностью ±0,03 мм. Процесс получения защитного рельефа состоит из следующих этапов:
– на поверхность заготовки ПП наносят фоторезист – фотополимерный материал, чувствительный к ультрафиолетовому излучению;
– устанавливают фотошаблон, реперные знаки (перекрестия) которого совмещаются под микроскопом с центрами фиксирующих (базовых) отверстий;
– проводят экспонирование рисунка схемы, в результате которого происходит полимеризация фоторезиста на участках ПП, которые находились под прозрачными частями фотошаблона;
– проявление изображения рисунка.
Рекомендуемые файлы
Фотошаблон рисунка ПП — это негативное или позитивное изображение требуемого рисунка в масштабе 1:1 на стеклянной фотопластине или пленочном материале, полученное путем фотографирования с оригиналов рисунка ПП.
Оригинал рисунка ПП представляет собой изображение технологического слоя платы, выполненное в увеличенном масштабе, обычно в позитивном изображении. Для получения оригинала рисунка ПП применяют вычерчивание, наклеивание липкой ленты, резание по эмали и другие способы. Наиболее целесообразным является получение оригиналов фотошаблонов в системах автоматизированного проектирования ПП, таких как PiCad.
Фоторезисты представляют собой тонкие пленки органических растворов, которые должны обладать свойством полимеризироваться после экспонирования и переходить в нерастворимое состояние.
Под разрешающей способностью фоторезиста понимается число линий, которое можно нанести на один миллиметр поверхности платы с расстоянием между ними, равным их ширине.
Фоторезисты делятся на позитивные и негативные, которые в свою очередь делятся на жидкие и сухие пленочные. Участки негативного фоторезиста, находящиеся под прозрачными участками фотошаблона, под действием света получают свойство не растворяться при проявлении в растворителе. Участки фоторезиста, расположенные под непрозрачными местами фотошаблона, легко удаляются при проявлении. Таким образом, создается рельеф. Позитивный фоторезист действует противоположным образом.
Жидкие фоторезисты наносят погружением (окунанием), поливом с центрифугированием, накатыванием ребристым роликом и другими способами. Они просты в приготовлении применении, нетоксичны, но имеется ряд недостатков: низкая разрешающая способность (50 линий/мм), разрастание проводников над фоторезистом при гальваническом осаждении меди, окисление, ухудшение механической прочности и адгезии фоторезиста в условиях повышенной влажности и температуры, заполнение монтажных и переходных отверстий при нанесении на ПП, низкая устойчивость к действию электролитов.
Сухие фоторезисты применяются для изготовления рисунка слоев МПП, ГПП, ГПК, шлейфов, полосковых плат и т.п. высокого класса точности. Они состоят их трех слоев: защитной полиэтиленовой пленки, среднего слоя, чувствительного к УФ-излучению, и оптически прозрачной лавсановой пленки, предназначенной для защиты фоторезиста от окисления в воздухе. После нанесения СПФ платы выдерживают 30 мин при комнатной температуре в помещении с неактивным желтым светом для снятия внутренних напряжений в пленке. Экспонирование проводят через прозрачную лавсановую пленку применяя УФ-источник (ртутно-кварцевые лампы). Продолжительность экспонирования обычно составляет 15-20 с. После экспонирования заготовка платы выдерживается 30 мин в затемненном месте для завершения процесса полимеризации засвеченных участков. Проявление изображения проводят в установках струйного типа в растворе метилхлороформа в течение 1-2 мин. Удаление фоторезиста осуществляют распылением растворителя хлористого метилена под давлением 0,3-0,4 МПа. После промывают проточной водой.
Сеткографический метод. Метод основан на получении необходимого рисунка схемы на поверхности медной фольги путем продавливания защитной краски резиновым ракелем через сетчатый трафарет.
Офсетный способ заключается в изготовлении клише с изображением рисунка схемы, нанесения краски на клише, перенос изображения с клише на резиновый валик, накатка резиновым валиком изображения на заготовку ПП.
Достоинствами этого способа являются высокая производительность, возможность автоматизации процесса, тиражеспособность, недостатком – низкая по сравнению с другими способами точность получения рисунка.
Нанесение защитной паяльной маски проводится на всей поверхности ПП за исключением контактных площадок и металлизированных отверстий, которые при групповом процессе пайки элементов будут контактировать с расплавленным припоем. Этим достигается экономия припоя. Защитные маски наносят сеткографическим способом с использованием эпоксидных композиций или фотохимическим способом с применением СПФ. Точность нанесения защитной паяльной маски ±0,4 мм. При фотохимическом способе имеются два метода нанесения паяльной маски: 1) после операции оплавления сплава олово-свинец – этот процесс называют «маска поверх оплавленного припоя»; 2) после удаления травильного резиста с токопроводящих участков – этот процесс называется «маска поверх открытой меди».
Травление меди с пробельных мест
Травление – химический процесс удаления меди с незащищенных резистом участков. Результатом является рисунок печатных элементов (проводников, контактных площадок, волноводов и пр.), точность выполнения которых влияет на электрические характеристики ПП. Одним из дефектов при травлении является боковое подтравливание проводников и контактных площадок. Величина подтравливания составляет примерно 70% от толщины медного слоя, что приводит к зауживанию проводников и нависанию травильного резиста. Применение материалов с тонкомерной медной фольгой (5 мкм) значительно снижает боковое подтравливание. В качестве травильных резистов применяют краску, фоторезист, металлорезист. В качестве травящего электролита применяются кислые и щелочные растворы хлорной меди, растворы на основе хлорного железа, растворы на основе персульфата аммония, железо-медно-хлористые растворы. Процесс травления происходит в специальных модульных установках. В модулях щелочного травления осуществляется автоматический контроль величины рН раствора, а в модулях кислотного травления производится регенерация раствора на основе хлорида меди.
Лекция «Парижские революции (кратко)» также может быть Вам полезна.
Оплавление. При проведении операции оплавления осуществляется превращение пористого гальванического покрытия олово-свинец в мелкозернистое, защита боковых стенок проводников от коррозии, повышение коррозионной стойкости покрытия, повышение способности к пайке и увеличение срока паяемости, одновременное горячее облуживание проводников.
Обработка по контуру. Окончательный контур платы получается вырубкой, фрезерованием, обработкой дисковой или алмазной пилой, обработкой лазером после изготовления печатных проводников в результате удаления технологического поля. Вырубка по контуру может совмещаться с пробивкой базовых отверстий, пазов и других элементов платы, не подлежащих металлизации. Фрезерование по контуру применяется для обработки сложного профиля и в случаях, когда не допускаются сколы и просветления.
Прессование. Операция прессования, т.е. соединение отдельных сигнальных слоев в монолитную конструкцию при помощи склеивающих прокладок, проводится в ходе ТП изготовления МПП. Прессование всех сигнальных слоев осуществляется одновременно с помощью прокладочной стеклоткани, пропитанной недополимеризированной термоактивной смолой в пресс-форме. Цикл прессования состоит из следующих этапов: 1) нагрев пакета до температуры 175 ± 5°С при низком давлении 0,05-0,1 МПа; 2) приложение высокого давления 2-3 МПа до полного расплавления смолы и начала гелеобразования; 3) выдержка при температуре полимеризации смолы в течение 40 мин; 4) охлаждение до температуры 30-40°С без снятия давления.
Контроль. Эту операцию проводят с целью проверки целостности проводников, установления наличия коротких замыканий между проводниками, проверки качества изоляции. В процессе автоматической проверки качества ПП попадает в контактирующее устройство, снабженное пробниками во всех узлах координатной сетки, где с помощью компьютера проверяется весь комплекс тестовых параметров.
Источник
Специфические операции при изготовлении многослойных печатных плат
23. Специфические операции при изготовлении многослойных печатных плат.
Получение заготовок печатных плат
Заготовки ПП получают из листа фольгированного или нефольгированного материала стандартных размеров путем резки на гильотинных или роликовых ножницах, дисковыми фрезами или штамповкой. Фрезерование применяют в мелкосерийном многономенклатурном производстве. Проводят раскрой листа на полосы и каждой полосы — на отдельные заготовки. Заготовка должна иметь технологическое поле, на котором располагаются базовые (фиксирующие), технологические отверстия, тест-купон и которое по завершении изготовления ПП удаляют штамповкой, фрезерованием или скрайбированием (рис. 8.17). Тест-купон — часть заготовки ПП, которая служит для оценки качества изготовления ПП, прошедшая с ней все технологические операции и отделяемая перед испытаниями. Базовые и технологические отверстия можно получить пробивкой одновременно при вырубке заготовки ПП из полосы; пробивкой в заготовке ПП, полученной резкой; сверлением на настольных сверлильных станках заготовок, полученных резкой.
Получение монтажных и переходных отверстий
в печатных платах
Эта операция является одной из наиболее важных в производстве ПП всех типов, так как: обеспечивает качество получения токопроводящего слоя в отверстиях после их металлизации и надежность электрических параметров ПП; обеспечивает точность совмещения токопроводящих рисунков схемы, расположенных на противоположных сторонах ДПП или разных слоях МПП;
брак на этой операции является необратимым. В связи с этим к качеству выполнения отверстий предъявляют следующие требования: цилиндрические отверстия должны быть с гладкими стенками;
отверстия должны быть без заусенцев; предельные отклонения центров отверстий относительно узлов координатной сетки должны составлять ±0,015 мм; отсутствие деструкции диэлектрика в отверстиях и размазывания (наволакивания) смолы по стенкам отверстий, так как это препятствует
осаждению меди и приведет к разрыву электрической цепи; точность сверления отверстий ±(0,12 или 0,08) мм.
Сверление монтажных и переходных отверстий. На качество сверления оказывают влияние конструкция сверлильного станка, геометрия и материал сверла, точность позиционирования, способ закрепления ПП на столе станка, скорость резания, точность осевой подачи при сверлении и обратном ходе сверла, способ удаления стружки и пр.
Лазерное сверление. При воздействии излучения на обрабатываемую заготовку ПП происходит испарение или взрывное разрушение материала. Лазерным сверлением в ПП могут быть получены сквозные отверстия диаметром менее 50 мкм в фольгированных и нефольгированных заготовках ПП, глухие отверстия диаметром до 25 мкм, глубиной менее 50 мкм в одностороннем фольгированном диэлектрике.
Подготовка поверхности. Основной целью этапа подготовки поверхности является удаление заусенцев, смолы и механических частиц из отверстий, получение необходимой шероховатости поверхности, активирование поверхности перед химическим меднением, удаление оксидов, масляных пятен, пыли, грязи. На этом этапе применяют механическую обработку дисковыми щетками, щеточную или струйную обработку абразивами, химическую подготовку, перманганатную очистку, электрохимическую обработку, плазмохимическое травление. Каждый из способов подготовки обладает преимуществами и недостатками, поэтому при выборе того или иного способа обработки необходимо учитывать все параметры ТП.
Металлизация печатной платы
Основным назначением процесса металлизации ПП является получение токопроводящих участков ПП (проводников, металлизированных отверстий, контактных площадок, концевых разъемов, ламелей и пр.), защита их от растравливания на операции травления меди с пробельных мест и от
окисления для обеспечения паяемости ПП. Для получения металлических покрытий в производстве ПП применяют: химическую металлизацию; гальваническую металлизацию; магнетронное напыление.
Получение защитного рельефа
Нанесение защитного рельефа заключается в процессе переноса изображения рисунка печатных проводников на материал основания ПП, который осуществляют фотохимическим, сеткографическим, офсетным способом и лазером. Защитный рельеф может быть негативным и позитивным. Выбор способа получения защитного рельефа зависит от класса точности ПП, ширины проводников и расстояний между ними, размеров контактных площадок, точности получения размеров печатных элементов.
Нанесение защитной паяльной маски
Защитная паяльная маска наносится на всю поверхность ПП за исключением контактных площадок и металлизированных отверстий, которые при групповых процессах пайки элементов будут контактировать с расплавленным припоем. Таким образом обеспечивается значительная экономия припоя, так как припой во время пайки не осаждается на печатные проводники. Защитные маски наносят сеткографическим способом (для ПП общегоприменения) с использованием эпоксидных композиций или фотохимическим способом, например, с применением СПФ (для прецизионных ПП). Точность нанесения защитной паяльной маски сеткографическим способом составляет ±0,4 мм. Такая низкая точность трафаретной печати объясняется тем, что необходимо обеспечить определенное расстояние между ПП и трафаретом для получения четкого несмазанного изображения.
Травление меди с пробельных мест
Травление — химический процесс удаления меди с незащищенных резистом участков. Результатом выполнения этой операции является рисунок печатных элементов (проводников, контактных площадок и пр.), точность выполнения которых влияет на электрические характеристики ПП. Следует учитывать, что брак на этой операции (растравливание проводников, уменьшение ширины, площади поперечного сечения, подтравливание проводников и пр.) является необратимым.
При проведении операции оплавления осуществляется: превращение пористого гальванического покрытия олово-свинец (ОС) в мелкозернистое покрытие; защита боковых стенок проводников от коррозии и электрокоррозии; повышение коррозионной стойкости покрытия; повышение способности к пайке и увеличение срока сохранения паяемости ПП; устранение «навесов» металла по кромкам проводников; исключение из технологического процесса операции горячего облуживания. Применяют жидкостное или инфракрасное (ИК) оплавление. ИК-оплавление экологичнее, пожаробезопаснее и чище жидкостного оплавления.
Обработка по контуру
При выполнении этой операции удаляется технологическое поле, ПП приобретает размеры, заданные в конструкторской документации. Обработка по контуру осуществляется штамповкой, фрезерованием; обработкой дисковой или алмазной пилой; лазерной обработкой (для прецизионных ПП) и скрайбированием. Гетинакс и стеклотекстолит штампуют, как и при получении заготовок ПП с подогревом или без него. Предельная толщина заготовок, штампуемых без подогрева: гетинакс всех марок при вырубке ПП простой формы — 1,5 мм, сложной формы — 1 мм; стеклотекстолит всех марок при вырубке ПП простой формы — 2 мм, сложной формы — 1,5 мм. При толщине материала, превышающей указанную, необходим подогрев заготовок.
Операция прессования, т. е. соединения отдельных сигнальных слоев (односторонних и двусторонних) в монолитную конструкцию при помощи склеивающих прокладок, осуществляется в ТП получения многослойных ПП. Прессование всех сигнальных слоев осуществляется одновременно с помощью прокладочной стеклоткани (препрег), пропитанной недополимеризованной термореактивной смолой в пресс-форме. Пресс-форма состоит из двух стальных плит; в нижней плите имеется несколько штырей для фиксации и базирования пакета слоев МПП при прессовании.
Пакет МПП (рис. 8.26) состоит из заготовок сигнальных слоев, переложенных прокладочной стеклотканью, расположенных в середине пакета, а также из нескольких слоев кабельной бумаги и
электроизоляционной триацетатной пленки, прилегающих к верхней и нижней плите прессформы.
Операцию контроля ПП проводят с целью проверки целостности проводников, установления наличия коротких замыканий между проводниками, проверки качества изоляции. В мелкосерийном многономенклатурном производстве операцию контроля осуществляют в основном вручную. В серийном и массовом производстве контроль осуществляется на полуавтоматических и автоматических тестовых установках, имеющих оптическую систему контроля и управляемых от компьютера.
Источник
