Способы получения рисунка печатных плат

Способы получения рисунка печатных плат

Способов получения рисунков печатной платы существует множество. Можно применять метод нанесения рисунка способом термопереноса, используя тонер лазерного принтера или ксерокса, т.е. прогревая утюгом приложенную к плате бумагу с чертежом.

Другие способы — прорезание дорожек по линейке резаком либо покрытие дорожек слоем лака, фаски или клея. Для рисования платы можно использовать обычный маркер. Как показала практика, рисунок не смывается при травлении платы. Кроме того, можно применить и липкую ленту — скотч. На обезжиренную поверхность платы накладывается липкая лента. Затем скальпелем или специально заточенным резаком вырезаются контуры дорожек и площадок. Лишняя лента аккуратно снимается пинцетом. Рисовать дорожки можно и клеем ПВА. Загустевший клей лучше разводить нашатырным спиртом, а не водой, так как после разведения водой клей расслаивается. После высыхания клей становится прозрачным, а дорожки хорошо видны, так как фольга, покрытая клеем, темнеет. После полного высыхания клея плату можно травить в растворе хлорного железа. Клей при этом не растворяется. После травления клей нужно соскоблить с еще теплой платы, затем плату зашлифовать и хорошо промыть.

Существует еще один состав для рисования дорожек- смесь клея ПВА с водорастворимой тушью черного цвета и хромпика. Этот состав очень быстро высыхает, он контрастный по цвету, его легко наносить обычным пером.

Если на плате необходимо оставить почти всю фольгу, протравив лишь узкие промежутки между контактными площадками, то удобнее использовать в качестве краски для рисования контуров дорожек тушь, в которой растворен сахар. Когда тушь просохнет, вся оставляемая поверхность фольги покрывается асфальтно-битумным лаком.

Для выполнения рисунка печатных плат можно предложить множество приспособлений:

— ученическую ручку с пером;

— иглу одноразового шприца;

— обычный или стеклянный рейсфедер;

— стержень от авторучки;

— обыкновенную заостренную спичку.

Следующий этап в работе — травление. Существуют различные растворы для травления печатных плат — кислотные, электролитические и т.п. Наиболее популярным и безопасным можно считать раствор хлорного железа. Для травления лучше использовать пластмассовую или стеклянную посуду. Процесс травления можно ускорить, если сосуд, в котором проводится травление, покачать или подогреть до температуры 25. 30°С (но не на открытом огне). Кроме того, с помощью аэратора для домашних аквариумов можно ускорить травление плат путем постоянного перемешивания раствора воздушными пузырьками. Использование аэратора сокращает время травления примерно в два раза.

Хлорное железо можно приобрести в порошке или в гранулах. Для приготовления раствора насыпьте порошок в стакан примерно на 3/4 его объема и долейте теплой водой. Раствор готов. Если готового порошка нет, раствор хлорного железа можно получить таким способом. Приготовьте сосуд с соляной кислотой, всыпьте в него измельченную «ржавчину» (в соотношении 5 ч. соляной кислоты на 1 ч. «ржавчины»). Такой раствор будет готов через несколько суток. По мере растворения «ржавчины» ее нужно периодически досыпать в раствор до прекращения реакции — выделения пузырьков газа. После этого раствор профильтруйте. В таком растворе печатная плата травится достаточно быстро. В процессе травления печатных плат раствор хлорного железа теряет свою активность, и скорость травления уменьшается. Активность раствора можно восстановить очень простым способом. В отработанный раствор нужно погрузить несколько больших гвоздей. Излишек меди из раствора осядет на поверхности гвоздей и на дне сосуда. Раствор после этого сливается, гвозди очищаются и снова помещаются в раствор. Таким образом «жизнь» раствора хлорного железа продолжается.

Раствор для травления плат можно приготовить не только на основе хлорного железа. Более доступным может быть раствор медного купороса и поваренной соли. Его приготовить нетрудно. В 0,5 л горячей воды (с температурой порядка 80°С) всыпьте 2 столовые ложки растолченного в порошок медного купороса и 4 столовые ложки поваренной соли. Такой травильный раствор лучше выдержать 2. 3 недели. Его эффективность будет значительно выше, чем свежеприготовленного.

Кроме перечисленных, существуют также растворы на основе кислот. Процесс травления платы в концентрированном растворе азотной кислоты длится всего 5. 7 минут. Хорошие результаты дает применение раствора соляной кислоты с перекисью водорода.

После окончания процесса травления плата вынимается из раствора, тщательно промывается в проточной воде, просушивается, и только потом снимается краска — ацетоном, уайт-спиритом или другими подобными растворителями. Затем дорожки очищаются от налета грязи и окислов. Убедиться в том, что чистота дорожек достаточна, очень легко с помощью отражения света настольной лампы от проводников. В лучах света очень хорошо видно, что и где «чернит». Всю эту «черноту» необходимо подчистить и смыть. Можно вместо ацетона или растворителей использовать обыкновенную кухонную пасту для мытья посуды. Паста надежно очищает дорожки. При этом радиолюбитель избавлен от вдыхания вредных испаре-нщ ацетона или растворителей. Можно очистить дорожки и резинкой-ластиком.

Дорожки платы можно залудить следующим образом:

— смазать их спиртоканифольным флюсом (15% канифоли, 85% этилового спирта);

— отрезок оплетки от экранированного провода пропитать этим же фпюсом;

— паяльником через оплетку «втирать» припой в фольгу. Можно ограничиться залу-живанием только контакных площадок.

При лужении печатной платы существует опасность отслоения печатных проводников от материала платы при перегреве или при неправильно подобранной скорости движения паяльника. Чтобы избежать этого, рекомендуется для лужения использовать низкотемпературный сплав (сплав Вуда). Плату опускают в кипящую воду, в которую добавлена уксусная или лимонная кислота. После этого натирают плату кусочком сплава. Покрытие получается ровным и блестящим. После лужения плату необходимо хорошо промыть моющим средством и просушить.

При приготовлении флюса можно использовать не только спирт, но и нитрораствори-тепи 646,647 и им подобные. Фпюс следует наносить кисточкой на облуживаемые части фольги.

Закончив лужение проводников, нужно удалить остатки флюса и лишний припой, проверить качество готовой ппаты, а затем приступить к установке на нее радиоэлементов.

1 .Шепипов А. Способ изготовления плат. — Радио, 1987, N10, С.46.
2. Садыков В. Рисуем плату. — Радиолюбитель, 1994, N3.C.47.
3.Павлова Е. Изготовление печатной платы. — Радио, 1995, N8, С.47.
4. Коваленко С. Методика изготовления и монтажа электронных устройств в домашних условиях. — РадюАматор, 1996, N2, С.27.
5. Зызюк. Как изготовлять печатные платы. — РадюАматор, 1997, N12. С.50-51.

Источник

Получение рисунка печатной платы

Основными методами получения защитного рисунка печатной платы являются фотопечать и трафаретная печать.

Фотопечать.Фотопечать представляет собой способ нанесения изображения рисунка печатных проводников на материал основа­ния, покрытый светочувствительным слоем (фоторезистом), экспо­нируемым через фотошаблон с требуемым изображением.

Фотошаблон рисунка печатной платы— это негативное или по­зитивное изображение требуемого рисунка в масштабе 1:1 на стек­лянной фотопластинке или пленочном материале, полученное путем фотографирования с оригиналов рисунка печатной платы.

Оригинал рисунка печатной платыпредставляет собой изобра­жение технологического слоя платы, выполненное в увеличенном масштабе, обычно в позитивном изображении. При этом рисунок оригинала соответствует рисунку чертежа платы по степени почер­нения (проводники и контактные площадки черные, а пробельные места белые). Если на плате имеются экраны, занимающие боль­шую площадь, то оригиналы рисунка печатной платы выполняют в негативном изображении (рисунок оригинала противоположен ри­сунку печатной платы по степени почернения).

Для получения оригиналов рисунка печатной платы применяют вычерчивание, наклеивание липкой ленты, резание по эмали и дру­гие способы.

Вычерчивание оригинала печатной платы произ­водят на специальной чертежной бумаге с помощью сдвоенных рейс­федеров, плакатных перьев, лекал и др. Для ускорения процесса вычерчивания рекомендуется на бумагу предварительно нанести типографским способом координатную сетку. Вследствие высокой трудоемкости и низкой точности этот способ используется редко.

Наклеивание липкой ленты значительно сокращает трудоемкость изготовления оригинала печатной платы. При этом на бумагу с координатной сеткой, наклеенную на недеформирующуюся основу (стекло, алюминий и др.), наносят центры монтажных отвер­стий и контактные площадки, а проводники получают приклеивани­ем непрозрачной липкой ленты.

Резание по эмали применяют для плат, требующих высо­кой точности выполнения проводников. Толщина слоя эмали, нано­симого на заготовки из стекла, составляет 30. 50 мкм. Эмаль нано­сят краскораспылителем в несколько слоев. После сушки заготовку устанавливают на стол координатографа. Головка, в которой за­креплен резец, может перемещаться по координатным осям и про­резать контуры элементов печатной схемы с точностью ±0,05 мм. Надрезанную эмаль удаляют пинцетом. Если оригинал изготовляют в позитивном изображении, то ее удаляют с пробельных мест. Вы­сокая точность изготовления оригинала печатной платы позволяет применять сравнительно небольшое увеличение при его изготовлении и получать фотошаблоны более высокой точности (в 4. 10 раз), чем при ручном способе.

Для определения размеров оригинала печатной платы при фо­тографировании и для совмещения фотошаблонов на технологиче­ском поле оригинала печатной платы выполняют кресты и дру­гие реперные знаки. Кресты, выполненные по углам (рис. 24.3, а), предназначены для проверки точности соблюдения заданного мас­штаба уменьшения при фотографировании. Два из них, располо­женные по диагонали или по большой стороне, используют в даль­нейшем для пробивки базовых отверстий, а пятый крест — для ориентирования. При изготовлении печатных плат, не требующих высокой точности, допускается использование при фотографирова­нии в качестве базового размер между наиболее удаленными кон­тактными площадками (размер Л).

Рис.24 3. Пример выполнения фотооригинала:

а — односторонней печатной платы;

с — диаметр контактной

площадки под отверстие минимального диаметра;

d — диаметр контактной площадки под отверстие максимального размера.

На технологическом поле платы могут предусматриваться сле­дующие элементы для контроля параметров печатной платы (рис.24.3 ,б):

1 — для определения числа перепаек;

2 — для контроля прочности сцепления фольги с диэлектриком;

3—для контроля сопротивления изоляции между отверстиями;

4 — для контроля сопротивления изоляции между проводниками.

Недостатком рассмотренных методов получения фотошаблонов является необходимость масштабного фотографирования. Этот не­достаток устраняется при получении требуемой схемы в масштабе 1 :1 непосредственно на фотопластинке сканирующим световым лучом с помощью координатографа. Последний позволяет наносить изображения прямолинейных линий шириной 0,25. 4 мм и контакт­ные площадки различной конфигурации. Рисунок печатного монта­жа кодируется и переносится на перфоленту, которая помещается в, считывающее устройство координатографа. Информация одного кадра вводится в блок управления, где преобразуется в импульсы для шаговых двигателей. Последние работают раздельно, переме­щая координатный стол по оси х или у. При совместной работе двигателей стол перемещается под углом 45°. Точность установки координат ±25 мкм. Форму и размеры контактных площадок оп­ределяют диафрагмы. Сменные диски содержат от 16 до 32 различ­ных по конфигурации диафрагм. Требуемые размеры и яркость све­тового луча обеспечивается оптической головкой.

Рис. 24.4. Схема системы автоматизированного проектирования печатных плат

Наиболее целесообразным является получение оригиналов фото­шаблонов в системах автоматизированного проектирования печат­ных плат (рис.24.4).

Фоторезистыпредставляют собой тонкие пленки органических растворов, которые должны обладать свойствами после экспониро­вания полимеризоваться и переходить в нерастворимое состояние. Основные требования, предъявляемые к фоторезистам, — высокая разрешающая способность, светочувствительность, устойчивость к воздействию травителей и различных химических растворов, хоро­шая адгезия с поверхностью изделия.

Под разрешающей способностью фоторезистапонимается число линий, которое можно нанести на один миллиметр поверхности пла­ты с расстоянием между ними, равным их ширине. Разрешающая способность зависит от вида фоторезиста и толщины слоя. При тон­ких слоях она больше, чем при толстых.

По способу образования рисунка фоторезисты делятся на:

Участки негативного фоторезиста, находящиеся под прозрачны­ми участками фотошаблона, под действием света получают свойст­во не растворяться при появлении. Участки фоторезиста, располо­женные под непрозрачными местами фотошаблона, легко удаляют-г ся при проявлении в растворителе. Таким образом создается’ рельеф, представляющий собой изображение светлых элементов фотошаблона (рис. 24.5, а).

Рис. 24.5. Образование за­щитного слоя фоторезиста:

а — негативного, б — позитивного;

1 — фотошаблон; 2 — фоторезист; 3 — плата

Негативные фоторезисты изготовляют на основе поливинилово­го спирта. Их широко применяют вследствие отсутствия токсичных составляющих, высокой разрешающей способности (до 50 линий/мм), прос­тоте проявления и низкой стоимости. Недостатком этих фоторезистов явля­ется невозможность хранения более 3 . 5 ч заготовок с нанесенным слоем, так как последний задубливается не только под действием света, но и в темноте. Кроме того, с понижением влажности и температуры окружаю­щей среды уменьшается механическая прочность светочувствительного слоя и его адгезия с фольгой.

Позитивный фоторезистпод дейст­вием облучения изменяет свои свойст­ва таким образом, что при обработке в проявителях растворяются его облу­ченные участки, а необлученные (находящиеся под непрозрачны­ми участками фотошаблона) остаются на поверхности платы (рис. 24.5, б).

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 фоторезистынаносят погружением (окунанием), поли­вом с центрифугированием, накатыванием ребристым роликом й другими способами.

Погружение (рис. 20.5, а) является самым простым способом, который дает возможность получить слой фоторезиста на двух сто­ронах платы.

Сухие резисты получили большее распространение, так как они более технологичны и просты в использовании.

Метод фотопечати обеспечивает высокую разрешающую способность, позволяющую получать проводники шириной и расстоянием между ними 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.

Рис. 24.6. Нанесение защитного слоя через трафарет: а — принципиальная схема; б — схема автомата.

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 кис-лотостойкостью, хорошей ад­гезией с платой, минимальным временем сушки и сметанооб-разной 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 ами. 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.

При нанесении краски вручную.(рис. 24.6, 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 техже опе­раций, что иручная. Движение шпателя, подача резиста и подъем трафарета автоматизированы. Платы подаются на рабочую пози­цию (рис. 24.6,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 0,08мм). Так как краска растекается, то разрешающая способность уменьшается до 0,10. 0,15 мм. Трафаретную печать используют, 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).

Лекция № 25: « Химические и гальванические процессы изготовления печатных плат».

Дата добавления: 2018-05-30 ; просмотров: 1143 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Источник