Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
РЕФЕРАТ
На тему:
«ФОРМУВАННЯ захисного МАЛЮНКА СХЕМИ»
МІНСЬК, 2008
Нанесення малюнка схеми або захисного рельєфу необхідної конфігурації необхідно при здійсненні процесів металізації і травлення. Малюнок повинен мати чіткі межі з точним відтворенням тонких ліній, бути стійким до травильним розчинів, не забруднювати плати і електроліти, легко зніматися після виконання своїх функцій. Перенесення малюнка друкованого монтажу на фольгований діелектрик здійснюють методами сеткографіі, офсетного друку і фотодруку. Вибір методу залежить від конструкції плати, необхідної точності та щільності монтажу, серійності виробництва.
Сеткографіческій метод нанесення малюнка схеми найбільш рентабельний для масового і великосерійного виробництва плат при мінімальній ширині провідників і відстані між ними ³ 0,5 мм , З точністю відтворення зображення ± 0,1 мм. Суть полягає в нанесенні на плату спеціальної кислотостійкої фарби шляхом продавлювання її гумової лопаткою (ракелем) через сітчастий трафарет, в якому необхідний малюнок утворений відкритими осередками сітки (рис. 1).
1 - ракель; 2 - трафарет, 3 - фарба; 4 - підстава
Рис. 1 Принцип трафаретного друку
Для виготовлення трафарету використовують металеві сітки з нержавіючої сталі з товщиною дроту 30-50 мкм і частотою плетіння 60-160 ниток на 1 см , Металізованого нейлонового волокна, що має кращу еластичність, з товщиною нитки 40 мкм і частотою плетіння до 200 ниток на 1 см , А також з поліефірних волокон і капрону. Одним з недоліків сіток є їх розтягування при багаторазовому використанні. Найбільшою стійкістю мають сітки з нержавіючої сталі (до 20 тис. відбитків), металізованих пластмас (12 тис.), поліефірних волокон (до 10 тис.), капрону (5 тис.).
Зображення на сітці отримують за допомогою експонування рідкого або сухого (плівкового) фоторезиста, після прояву якого утворюються відкриті (вільні від малюнка) осередки сітки. Трафарет в сеткографіческой рамі встановлюють із зазором 0,5-2 мм від поверхні плати так, щоб контакт сітки з поверхнею плати був тільки в зоні натискання на сітку ракелем. Ракель представляє собою прямокутну заточену смугу гуми, встановлену по відношенню до підкладки під кутом 60-70 °.
Для отримання малюнка ПП використовують термоотверждающіеся фарби СТ 3,5; СТ 3,12, які сушать або в термошкафу при температурі 60 ° С протягом 40 хв, або на повітрі протягом 6 год, що подовжує процес сеткографіі. Більш технологічними є фотополімерні композиції ЕП-918 і ФКП-ТЗ з УФ-затвердінням протягом 10-15 с, що є вирішальним фактором при автоматизації процесу. При одноразовому нанесенні покриття зеленого кольору має товщину 15-25 мкм, відтворює малюнок з шириною ліній і зазорами до 0,25 мм , Витримує занурення в розплав припою ПОС 61 при температурі 260 ° С протягом до 10 с, вплив спіртобензіновой суміші до 5 хв і термоциклювання в інтервалі температур від -60 до +120 ° С. Після нанесення малюнка плату просушують при температурі 60 ° C протягом 5-8 хв, контролюють якість і при необхідності піддають ретуші. Видалення захисної маски після травлення або металізації здійснюють хімічним методом у 5%-му розчині їдкого натру протягом 10-20 с.
Для трафаретного друку використовують напівавтоматичне і автоматичне обладнання, що відрізняється форматом друку і продуктивністю (табл. 1). Автоматичні лінії трафаретного друку мають автоматичні системи подачі і установки плат, руху ракеля і подачі резиста. Для сушіння резиста застосовують ІК-печі тунельного типу.
Таблиця 1 - Обладнання для трафаретного друку
Офсетний друк застосовується для великосерійного виробництва ПП при малій номенклатурі схем. Роздільна здатність 0,5-1 мм, точність одержуваного зображення становить ± 0,2 мм . Суть методу полягає в тому, що на кліше, що несе зображення схеми (друковані провідники, контактні площадки), закочується фарба. Потім вона знімається офсетним валиком, покритим гумою, переноситься на ізоляційне основу і піддається сушінню. Кліше і підстава плати розташовуються один за одним на підставі машини для офсетного друку (рис. 2).
1 - офсетний валик, 2 - кліше, 3 - плата; 4 - валик для нанесення фарби; 5 - притискний валик
Рис. 2. Схема офсетного друку
Точність друку і різкість контурів визначаються паралельністю валика і підстави, типом і консистенцією фарби. За допомогою одного кліше можна виконати необмежене число відбитків. Продуктивність методу обмежена тривалістю коливального циклу (нанесення фарби - перенесення) і не перевищує 200-300 відбитків на годину. Недоліки методу: тривалість процесу виготовлення кліше, складність зміни малюнка схеми, складність отримання безпористу шарів, висока вартість обладнання.
Фотографічний метод нанесення малюнка дозволяє отримувати мінімальну ширину провідників і відстані між ними 0,1-0,15 мм з точністю відтворення до 0,01 мм . З економічної точки зору цей спосіб менш рентабельний, але дозволяє отримувати максимальну роздільну здатність малюнка і тому застосовується в дрібносерійному і серійному виробництві при виготовленні плат високої щільності та точності. Спосіб заснований на використанні світлочутливих композицій, званих фоторезистом, які повинні володіти: високою чутливістю; високою роздільною здатністю; однорідним по всій поверхні безпористу шаром з високою адгезією до матеріалу плати; стійкістю до хімічних впливів; простотою приготування, надійністю і безпекою застосування.
Фоторезист поділяються на негативні і позитивні. Негативні фоторезиста під дією випромінювання утворюють захисні ділянки рельєфу в результаті фотополімеризації і задубливание. Освітлені ділянки перестають розчинятися і залишаються на поверхні підкладки. Позитивні фоторезиста передають малюнок фотошаблона без змін. При світловій обробці експоновані ділянки руйнуються і вимиваються.
Для отримання малюнка схеми при використанні негативного фоторезиста експонування роблять через негатив, позитивного - через позитив. Позитивні фоторезиста мають більш високу роздільну здатність, що пояснюється відмінностями в поглинанні випромінювання фоточутливим шаром. На роздільну здатність шару впливають дифракційне дифрагування світла на краю непрозорого елементу шаблону і відображення світла від підкладки (рис. 3, а).
У негативному фоторезисте дифракція не грає помітної ролі, оскільки шаблон щільно притиснутий до резисти, але в результаті відображення навколо захисних ділянок з'являється ореол, який знижує роздільну здатність (рис. 3, б). У шарі позитивного резиста під впливом дифракції зруйнується і вимиється при прояві тільки верхня область резиста під непрозорими ділянками фотошаблона, що мало позначиться на захисні властивості шару. Світло, відбите від підкладки, може викликати деяке руйнування прилеглої до неї області, але проявник цю область не вимиває, тому що під дією адгезійних сил шар опуститься вниз, знову утворюючи чіткий край зображення без ореолу (рис. 3, в).
а - експонування ; Б - негативний фоторезист; в - позитивний фоторезист; 1 - дифракція, 2 - розсіювання; 3 - відображення 4 - шаблон; 5 - резист; 6 - підкладка
Рис. 3. Експонування світлочутливого шару
В даний час в промисловості використовуються рідкі та сухі (плівкові) фоторезиста (табл. 2). Рідкі фоторезиста - колоїдні розчини синтетичних полімерів, зокрема полівінілового спирту (ПВС). Фоторезист на основі ПВС наносять на попередньо підготовлену поверхню плати шляхом занурення заготівлі, поливом з наступним центрифугуванням. Потім шар фоторезиста сушать у термошкафу з циркуляцією повітря при температурі 40 ° С протягом 30-40 хв. Після експонування здійснюється прояв фоторезиста в теплій воді. Для підвищення хімічної стійкості фоторезиста на основі ПВС застосовують хімічну дублення малюнка ПП в розчині хромового ангідриду, а потім термічне дублення при температурі 120 ° С протягом 45-50 хв. Зняття фоторезиста проводять протягом 3-6 с в розчині наступного складу: 200-250 г / л щавлевої кислоти, 50-80 г / л хлористого натрію, до 1000 мл води при температурі 20 ° С.
Переваги фоторезиста на основі ПВС - низькі токсичність і пожежонебезпека, прояв за допомогою води. До недоліків його відносять ефект темнового дублення (тому термін зберігання заготовок з нанесеним фоторезистом не повинен перевищувати 3-6 год), низьку кислото-і щелочеустойчівость, труднощі автоматизації процесу отримання малюнка, трудомісткість приготування резиста, низьку чутливість.
Поліпшення властивостей рідких фоторезистов (усунення дублення, підвищення кислотостійкості) досягається в фоторезист на основі ціннамата. Світлочутливим компонентом фоторезиста цього типу є полівінілціннамат (ПВЦ). Роздільна здатність його приблизно 500 лін / мм, прояв здійснюється в органічних розчинниках - тріхлоретане, толуолі, хлорбензолі. Для інтенсифікації процесу прояви і видалення фоторезиста ПВЦ використовують ультразвукові коливання. Час прояви скорочується до 10 с, тобто в 5-8 разів в порівнянні зі звичайною технологією. До недоліків фоторезиста ПВЦ відносяться його висока вартість, використання токсичних органічних розчинників. Тому резисти ПВЦ не знайшли широкого застосування у виготовленні ПП, а використовуються головним чином при виготовленні ІМС.
Фоторезиста на основі диазосоединений застосовують в основному як позитивні. Сушіння шару фоторезиста проводиться у дві стадії: при температурі 20 ° С протягом 15-20 хв для випаровування легколетучих компонентів; в термостаті з циркуляцією повітря при температурі 80 ° С протягом 30-40 хв. Проявниками є розчини тринатрійфосфату, соди, слабких лугів. Фоторезист ФП-383, ФН-11 на основі диазосоединений мають роздільну здатність 350-400 лін / мм, високу хімічну стійкість, проте мають високу вартість.
Сухі плівкові фоторезиста вперше розроблені в 1968 р . фірмою Du Pont (США). Сухий плівковий фоторезист марки СПФ-2 випускається з 1975 р . товщиною 20, 40 і 60 мкм і являє собою полімер на основі поліметилметакрилату 2 (рис. 4), розташований між поліетиленової 3 та лавсановій 1 плівками товщиною 25 мкм кожна. У СНД випускаються наступні типи сухих плівкових фоторезистов: притаманні в органічних речовинах - СПФ-2, СПФ-АС-1, СРФ-П; водно-лужні - СПФ-ВЩ2, ТФПК; підвищеної надійності - СПФ-ПНЩ; захисні - СПФ3-вЩ .
Перед накаткою на поверхню підстави ПП захисна плівка з поліетилену віддаляється і сухий фоторезист наноситься на плату Валіковим методом (плакування, ламінування) при нагріванні до 100 ° С зі швидкістю до 1 м / хв за допомогою спеціального пристрою, званого ламінатором. Сухий резист полімеризується під дією ультрафіолетового випромінювання, максимум його спектральної чутливості знаходиться в області 350 нм, тому для експонування використовують ртутні лампи. Прояв здійснюється в машинах струменевого типу в розчинах метилхлориду, диметилформаміду.
Таблиця 2 - Основні характеристики фоторезистов
СПФ-2 - сухий плівковий фоторезист, аналогічний за властивостями фоторезиста Riston, дозволяє обробку як в кислих, так і в лужних середовищах і використовується при всіх методах виготовлення ДПП. При його застосуванні необхідна герметизація обладнання для прояву. СПФ-вЩ володіє більш високою роздільною здатністю (100 - 150 мкм), стійкий у кислому середовищі, обробляється в лужних розчинах. До складу фоторезиста ТФПК (у полімеризуючої композицію) входить метакрилова кислота, що поліпшує експлуатаційні характеристики. Для нього не потрібно термообробка захисного рельєфу перед нанесенням гальванопокриття. СПФ-АС-1 дозволяє одержувати малюнок ПП як по субтрактивной, так і по адитивної технологиії, оскільки він стійкий і в кислих, і в лужних середовищах. Для поліпшення адгезії світлочутливого шару до мідної підкладці до складу композиції введений бензотриазол.
Рис. 4. Структура сухого фоторезиста
Застосування сухого фоторезиста значно спрощує процес виготовлення ПП, збільшує відсоток виходу придатних виробів з 60 до 90%. При цьому: виключаються операції сушіння, дублення і ретушування, а також забруднення, нестабільність шарів; забезпечується захист металізованих отворів від затікання фоторезиста; досягається висока автоматизація і механізація процесу виготовлення ПП і контролю зображення.
Установка для нанесення сухого плівкового фоторезисту - ламінатор (рис. 5) - складається з валиків 2, що подають плату 6 і прижимающих фоторезист до поверхні заготовок, валиків 3 та 4 для зняття захисного поліетиленової плівки, бобіни з фоторезистом 5, нагрівача 1 з терморегулятором. Швидкість руху заготовки плати сягає 0,1 м / с, температура нагрівача 105 ± 5 ° С. Конструкція установки АРСМ 3.289.006 НВО "Ратон" (Білорусь) забезпечує постійне зусилля притиснення незалежно від зазору, встановлюваного між валиками-нагрівачами. Максимальна ширина заготовки ПП 560 мм . Особливістю накочування є небезпека потрапляння пилу під шар фоторезисту, тому установка повинна працювати в гермозоні. Торована плівка фоторезиста витримується не менше 30 хв перед експонуванням для завершення усадочних процесів, які можуть викликати спотворення малюнка і зменшити адгезію.
Рис. 5. Схема ламінатора
Прояв малюнка здійснюється в результаті хімічного і металевого впливу метілхлороформа. За оптимальний час прояви береться час, в 1,5 рази більше, ніж необхідно для повного видалення незадубленного СПФ. Якість операції прояву залежить від п'яти чинників: часу прояви, температури прояву, тиску проявника у камері, забруднення проявника, ступеня остаточної промивки. По мірі накопичення в проявнику розчиненого фоторезиста швидкість прояви сповільнюється. Після прояви плату необхідно відмити водою до повного видалення залишків розчинника. Тривалість операції прояви СПФ-2 при температурі проявника 14-18 ° С, тиску розчину в камерах 0,15 МПа і швидкості руху конвеєра 2,2 м / хв становить 40-42 с.
Видалення і прояв фоторезиста здійснюється в машинах струминного типу (ГГМЗ.254.001, АРСМЗ.249.000) в хлористому метиленом. Це сильний розчинник, тому операція зняття фоторезиста повинна виконуватися швидко (за 20-30 с). В установках передбачається замкнутий цикл використання розчинників, після зрошення плат розчинники надходять в дистилятор, а потім чисті розчинники перемикаються на повторне використання.
Експонування фоторезиста призначено для ініціювання в ньому фотохімічних реакцій і проводиться в установках, що мають джерела світла (скануючі або нерухомі) і працюють в ультрафіолетовій області. Для щільного прилягання фотошаблонів до заготовок плат використовують рами, де створюється розрідження. Установка експонування СКЦІ.442152.0001 НВО "Ратон" при робочому полі завантажувальних рам 600'600 мм забезпечує продуктивність 15 плат / ч. Час експозиції ртутної лампою ДРШ-1000 1-5 хв. Після експонування для завершення темнової фотохімічної реакції необхідна витримка при кімнатній температурі протягом 30 хв перед видаленням лавсановій захисної плівки.
Для отримання проводить малюнка на ізоляційному підставі як сеткографіческім, так і фотохімічним способом необхідно застосовувати фотошаблони, що представляють собою графічне зображення малюнка в масштабі 1:1 на фотопластинках або фотоплівці. Фотошаблони виконують у позитивному зображенні при нарощуванні провідних ділянок на стрічках і в негативному зображенні, коли провідні ділянки отримують травленням міді з пробільних місць.
Геометрична точність і якість малюнка ПП забезпечуються в першу чергу точністю і якістю фотошаблона, який повинен мати:
· Контрастне чорно-біле зображення елементів з чіткими і рівними межами при оптичної щільності чорних полів не менше 2,5 од., Прозорих ділянок не більше 0,2 од., Виміряної на денсітомере типу ДФЕ-10;
· Мінімальні дефекти зображення (темні точки на пробільних місцях, прозорі крапки на чорних полях), які не перевищують 10-30 мкм;
· Точність елементів виконання малюнка ± 0,025 мм.
Більшою мірою переліченим вимогам задовольняють сверхконтрастние фотопластинки і плівки''Мікрат-Н''(СРСР), фотопластинки типу ФТ-41П (СРСР), РТ-100 (Японія) і Agfalit (Німеччина).
В даний час застосовуються два основних способи одержання фотошаблонів: фотографування їх з фотооригіналів і креслення світловим променем на фотоплівці за допомогою координатографа з програмним управлінням або лазерним променем. При виготовленні фотооригіналів малюнок ПП виконують у збільшеному масштабі (10:1, 4:1, 2:1) на малоусадочном матеріалу шляхом викреслювання, виготовлення аплікацій або різання по емалі. Спосіб аплікації передбачає наклеювання заздалегідь підготовлених стандартних елементів на прозору основу (лавсан, скло та ін.) Перший спосіб характеризується низькою точністю і великою трудомісткістю, тому використовується в основному для макетних зразків плат.
Різання по емалі застосовують для ПП із високою щільністю монтажу. Для цього поліроване листове скло покривають непрозорим шаром емалі, а вирізування малюнка схеми здійснюють на координатографа з ручним управлінням. Точність отримання малюнка 0,03-0,05 мм.
Виготовлений фотоорігінал фотографують з необхідним зменшенням на висококонтрастних фотопластину за допомогою фоторепродукціонних поліграфічних камер типу ПП-12, ЕМ-513, Klimsch (Німеччина) і отримують фотошаблони, які можуть бути контрольними та робітниками. Для тиражування і виготовлення робочих, поодиноких, а також групових фотошаблонів застосовують метод контактного друку з негативною копії контрольного фотошаблона. Операція виконується на мультиплікаторі моделі АРСМ 3.843.000 з точністю ± 0,02 мм.
Недоліки такого методу - велика трудомісткість отримання фотоорігінала, що вимагає висококваліфікованої праці, і труднощі рівномірного освітлення фотооригіналів значній площі, що знижує якість фотошаблонів.
Зростаюча складність і щільність малюнка ПП, необхідність збільшення продуктивності праці привели до розробки методу виготовлення фотошаблонів скануючим променем безпосередньо на фотоплівці. Для виготовлення фотошаблона світловим променем розроблені координатографа з програмним управлінням. З переходом на машинне проектування плат необхідність креслення креслення відпадає, тому що отримана з ЕОМ перфострічка з координатами провідників вводиться в пристрій, що зчитує координатографа, на якому автоматично виконується фотошаблон.
Координатографа (рис. 6) складається з вакуумного столу 8, на якому закріплюють фотоплівку, Плівка і блоку управління 1. Стіл переміщується з високою точністю в двох взаємно перпендикулярних напрямках за допомогою прецизійних ходових гвинтів 9 і 3, які приводяться в обертання кроковими двигунами 2 і 10. Плівка включає освітлювач 4, фокусуючу систему 5, кругову діафрагму 6 і фотозатвор 7. Діафрагма має набір отворів (25-70), що оформляють певний елемент малюнка ПП, і закріплюється на валу крокового двигуна. Відповідно до програми роботи сигнали від блоку управління подаються на крокові двигуни приводу столу, діафрагми і на освітлювач. Сучасні координатографа (табл. 5.4) забезпечуються системами автоматичної підтримки постійного світлового режиму, виведення з ЕОМ інформації про фотошаблона на плівку в масштабах 1:2; 1:1; 2:1; 4:1.
Рис. 6. Схема координатографа
Таблиця 3 - Основні технічні характеристики координатографа
ЛІТЕРАТУРА
1. Технологія поверхневого монтажу: Учеб. посібник / Кундас С.П., Достанко А.П., Ануфрієв Л.П. та ін - Мн.: «АРМІТ - Маркетинг, Менеджмент», 2000.
2. Технологія радіоелектронних пристроїв і автоматизація виробництва: Підручник / А.П. Достанко, В. Л. Ланін, А.А. Хмиль, Л.П. Ануфрієв; За заг. ред. А.П. Достанко. - Мн. Обчислюємо. шк., 2002
РЕФЕРАТ
На тему:
«ФОРМУВАННЯ захисного МАЛЮНКА СХЕМИ»
МІНСЬК, 2008
Нанесення малюнка схеми або захисного рельєфу необхідної конфігурації необхідно при здійсненні процесів металізації і травлення. Малюнок повинен мати чіткі межі з точним відтворенням тонких ліній, бути стійким до травильним розчинів, не забруднювати плати і електроліти, легко зніматися після виконання своїх функцій. Перенесення малюнка друкованого монтажу на фольгований діелектрик здійснюють методами сеткографіі, офсетного друку і фотодруку. Вибір методу залежить від конструкції плати, необхідної точності та щільності монтажу, серійності виробництва.
Сеткографіческій метод нанесення малюнка схеми найбільш рентабельний для масового і великосерійного виробництва плат при мінімальній ширині провідників і відстані між ними ³
1 - ракель; 2 - трафарет, 3 - фарба; 4 - підстава
Рис. 1 Принцип трафаретного друку
Для виготовлення трафарету використовують металеві сітки з нержавіючої сталі з товщиною дроту 30-50 мкм і частотою плетіння 60-160 ниток на
Зображення на сітці отримують за допомогою експонування рідкого або сухого (плівкового) фоторезиста, після прояву якого утворюються відкриті (вільні від малюнка) осередки сітки. Трафарет в сеткографіческой рамі встановлюють із зазором 0,5-2 мм від поверхні плати так, щоб контакт сітки з поверхнею плати був тільки в зоні натискання на сітку ракелем. Ракель представляє собою прямокутну заточену смугу гуми, встановлену по відношенню до підкладки під кутом 60-70 °.
Для отримання малюнка ПП використовують термоотверждающіеся фарби СТ 3,5; СТ 3,12, які сушать або в термошкафу при температурі 60 ° С протягом 40 хв, або на повітрі протягом 6 год, що подовжує процес сеткографіі. Більш технологічними є фотополімерні композиції ЕП-918 і ФКП-ТЗ з УФ-затвердінням протягом 10-15 с, що є вирішальним фактором при автоматизації процесу. При одноразовому нанесенні покриття зеленого кольору має товщину 15-25 мкм, відтворює малюнок з шириною ліній і зазорами до
Для трафаретного друку використовують напівавтоматичне і автоматичне обладнання, що відрізняється форматом друку і продуктивністю (табл. 1). Автоматичні лінії трафаретного друку мають автоматичні системи подачі і установки плат, руху ракеля і подачі резиста. Для сушіння резиста застосовують ІК-печі тунельного типу.
Таблиця 1 - Обладнання для трафаретного друку
| Тип оборудования | Марка | Формат друку, мм | Продуктивність, відбитків / год |
| Автомат шовкографічним | AШ-2 (СРСР) | 380'220 | 600 |
| Напівавтомат трафаретного друку | ПТП-3 (СРСР) | 400'300 | 800 |
| Трафаретний друкарська машина | ПТ-2 (СРСР) | 430'200 | 900 |
| Напівавтомат | Minimatik (Швеція) | 300'500 | 1000 |
| Напівавтомат | Beltron (Німеччина) | 500'700 | 1000 |
| Автоматична лінія | Chemсut (США) | 500'700 | 1000 |
| Resco (Італія) | 510'760 | 1000 | |
| Автомат | Astromat (Італія) | 650'650 | 550 |
1 - офсетний валик, 2 - кліше, 3 - плата; 4 - валик для нанесення фарби; 5 - притискний валик
Рис. 2. Схема офсетного друку
Точність друку і різкість контурів визначаються паралельністю валика і підстави, типом і консистенцією фарби. За допомогою одного кліше можна виконати необмежене число відбитків. Продуктивність методу обмежена тривалістю коливального циклу (нанесення фарби - перенесення) і не перевищує 200-300 відбитків на годину. Недоліки методу: тривалість процесу виготовлення кліше, складність зміни малюнка схеми, складність отримання безпористу шарів, висока вартість обладнання.
Фотографічний метод нанесення малюнка дозволяє отримувати мінімальну ширину провідників і відстані між ними 0,1-0,15 мм з точністю відтворення до
Фоторезист поділяються на негативні і позитивні. Негативні фоторезиста під дією випромінювання утворюють захисні ділянки рельєфу в результаті фотополімеризації і задубливание. Освітлені ділянки перестають розчинятися і залишаються на поверхні підкладки. Позитивні фоторезиста передають малюнок фотошаблона без змін. При світловій обробці експоновані ділянки руйнуються і вимиваються.
Для отримання малюнка схеми при використанні негативного фоторезиста експонування роблять через негатив, позитивного - через позитив. Позитивні фоторезиста мають більш високу роздільну здатність, що пояснюється відмінностями в поглинанні випромінювання фоточутливим шаром. На роздільну здатність шару впливають дифракційне дифрагування світла на краю непрозорого елементу шаблону і відображення світла від підкладки (рис. 3, а).
У негативному фоторезисте дифракція не грає помітної ролі, оскільки шаблон щільно притиснутий до резисти, але в результаті відображення навколо захисних ділянок з'являється ореол, який знижує роздільну здатність (рис. 3, б). У шарі позитивного резиста під впливом дифракції зруйнується і вимиється при прояві тільки верхня область резиста під непрозорими ділянками фотошаблона, що мало позначиться на захисні властивості шару. Світло, відбите від підкладки, може викликати деяке руйнування прилеглої до неї області, але проявник цю область не вимиває, тому що під дією адгезійних сил шар опуститься вниз, знову утворюючи чіткий край зображення без ореолу (рис. 3, в).
а - експонування ; Б - негативний фоторезист; в - позитивний фоторезист; 1 - дифракція, 2 - розсіювання; 3 - відображення 4 - шаблон; 5 - резист; 6 - підкладка
Рис. 3. Експонування світлочутливого шару
В даний час в промисловості використовуються рідкі та сухі (плівкові) фоторезиста (табл. 2). Рідкі фоторезиста - колоїдні розчини синтетичних полімерів, зокрема полівінілового спирту (ПВС). Фоторезист на основі ПВС наносять на попередньо підготовлену поверхню плати шляхом занурення заготівлі, поливом з наступним центрифугуванням. Потім шар фоторезиста сушать у термошкафу з циркуляцією повітря при температурі 40 ° С протягом 30-40 хв. Після експонування здійснюється прояв фоторезиста в теплій воді. Для підвищення хімічної стійкості фоторезиста на основі ПВС застосовують хімічну дублення малюнка ПП в розчині хромового ангідриду, а потім термічне дублення при температурі 120 ° С протягом 45-50 хв. Зняття фоторезиста проводять протягом 3-6 с в розчині наступного складу: 200-250 г / л щавлевої кислоти, 50-80 г / л хлористого натрію, до 1000 мл води при температурі 20 ° С.
Переваги фоторезиста на основі ПВС - низькі токсичність і пожежонебезпека, прояв за допомогою води. До недоліків його відносять ефект темнового дублення (тому термін зберігання заготовок з нанесеним фоторезистом не повинен перевищувати 3-6 год), низьку кислото-і щелочеустойчівость, труднощі автоматизації процесу отримання малюнка, трудомісткість приготування резиста, низьку чутливість.
Поліпшення властивостей рідких фоторезистов (усунення дублення, підвищення кислотостійкості) досягається в фоторезист на основі ціннамата. Світлочутливим компонентом фоторезиста цього типу є полівінілціннамат (ПВЦ). Роздільна здатність його приблизно 500 лін / мм, прояв здійснюється в органічних розчинниках - тріхлоретане, толуолі, хлорбензолі. Для інтенсифікації процесу прояви і видалення фоторезиста ПВЦ використовують ультразвукові коливання. Час прояви скорочується до 10 с, тобто в 5-8 разів в порівнянні зі звичайною технологією. До недоліків фоторезиста ПВЦ відносяться його висока вартість, використання токсичних органічних розчинників. Тому резисти ПВЦ не знайшли широкого застосування у виготовленні ПП, а використовуються головним чином при виготовленні ІМС.
Фоторезиста на основі диазосоединений застосовують в основному як позитивні. Сушіння шару фоторезиста проводиться у дві стадії: при температурі 20 ° С протягом 15-20 хв для випаровування легколетучих компонентів; в термостаті з циркуляцією повітря при температурі 80 ° С протягом 30-40 хв. Проявниками є розчини тринатрійфосфату, соди, слабких лугів. Фоторезист ФП-383, ФН-11 на основі диазосоединений мають роздільну здатність 350-400 лін / мм, високу хімічну стійкість, проте мають високу вартість.
Сухі плівкові фоторезиста вперше розроблені в
Перед накаткою на поверхню підстави ПП захисна плівка з поліетилену віддаляється і сухий фоторезист наноситься на плату Валіковим методом (плакування, ламінування) при нагріванні до 100 ° С зі швидкістю до 1 м / хв за допомогою спеціального пристрою, званого ламінатором. Сухий резист полімеризується під дією ультрафіолетового випромінювання, максимум його спектральної чутливості знаходиться в області 350 нм, тому для експонування використовують ртутні лампи. Прояв здійснюється в машинах струменевого типу в розчинах метилхлориду, диметилформаміду.
Таблиця 2 - Основні характеристики фоторезистов
| Тип і марка фоторезиста | Роздільна здатність, лин / мм | Спектральна чутливість, нм | Проявник | Сніматель фоторезиста | Термін зберігання заготовки |
| Негативні рідкі: ПВС | 40-50 | 350-420 | Вода 40 ° С | Гідрооксид калію - 30 - 50 г / л | 3-5 год |
| ПВЦ | 500 | 350-410 | Трихлоретилен - 70%, толуол - 30% | Хлористий метилен - 75%, трихлоретилен - 25% | 1 рік |
| Позитивні, ФП-383 | 350-400 | 480 | Тринатрійфосфат - 5% | Ацетон | 1 рік |
| Сухі негативні: СПФ-2 | 100-150 | 350 | Метілхлороформ | Хлористий метилен | 6 міс. |
| СПФ-АС-1 | 100-150 | 320-400 | Те ж | Те ж | 6 міс. |
| СПФ-вЩ | 100-150 | 320-400 | 2%-й розчин Na 2 CO 3 | Гідрооксид калію - 50 - 100 г / л | 6 міс. |
| СПФ-3-вЩ | 150-200 | 320-400 | Те ж | Те ж | 6 міс. |
| Riston (США) | 120-150 | 350 | Трихлоретан | Хлористий метилен | 1 рік |
Рис. 4. Структура сухого фоторезиста
Застосування сухого фоторезиста значно спрощує процес виготовлення ПП, збільшує відсоток виходу придатних виробів з 60 до 90%. При цьому: виключаються операції сушіння, дублення і ретушування, а також забруднення, нестабільність шарів; забезпечується захист металізованих отворів від затікання фоторезиста; досягається висока автоматизація і механізація процесу виготовлення ПП і контролю зображення.
Установка для нанесення сухого плівкового фоторезисту - ламінатор (рис. 5) - складається з валиків 2, що подають плату 6 і прижимающих фоторезист до поверхні заготовок, валиків 3 та 4 для зняття захисного поліетиленової плівки, бобіни з фоторезистом 5, нагрівача 1 з терморегулятором. Швидкість руху заготовки плати сягає 0,1 м / с, температура нагрівача 105 ± 5 ° С. Конструкція установки АРСМ 3.289.006 НВО "Ратон" (Білорусь) забезпечує постійне зусилля притиснення незалежно від зазору, встановлюваного між валиками-нагрівачами. Максимальна ширина заготовки ПП
Рис. 5. Схема ламінатора
Прояв малюнка здійснюється в результаті хімічного і металевого впливу метілхлороформа. За оптимальний час прояви береться час, в 1,5 рази більше, ніж необхідно для повного видалення незадубленного СПФ. Якість операції прояву залежить від п'яти чинників: часу прояви, температури прояву, тиску проявника у камері, забруднення проявника, ступеня остаточної промивки. По мірі накопичення в проявнику розчиненого фоторезиста швидкість прояви сповільнюється. Після прояви плату необхідно відмити водою до повного видалення залишків розчинника. Тривалість операції прояви СПФ-2 при температурі проявника 14-18 ° С, тиску розчину в камерах 0,15 МПа і швидкості руху конвеєра 2,2 м / хв становить 40-42 с.
Видалення і прояв фоторезиста здійснюється в машинах струминного типу (ГГМЗ.254.001, АРСМЗ.249.000) в хлористому метиленом. Це сильний розчинник, тому операція зняття фоторезиста повинна виконуватися швидко (за 20-30 с). В установках передбачається замкнутий цикл використання розчинників, після зрошення плат розчинники надходять в дистилятор, а потім чисті розчинники перемикаються на повторне використання.
Експонування фоторезиста призначено для ініціювання в ньому фотохімічних реакцій і проводиться в установках, що мають джерела світла (скануючі або нерухомі) і працюють в ультрафіолетовій області. Для щільного прилягання фотошаблонів до заготовок плат використовують рами, де створюється розрідження. Установка експонування СКЦІ.442152.0001 НВО "Ратон" при робочому полі завантажувальних рам 600'600 мм забезпечує продуктивність 15 плат / ч. Час експозиції ртутної лампою ДРШ-1000 1-5 хв. Після експонування для завершення темнової фотохімічної реакції необхідна витримка при кімнатній температурі протягом 30 хв перед видаленням лавсановій захисної плівки.
Для отримання проводить малюнка на ізоляційному підставі як сеткографіческім, так і фотохімічним способом необхідно застосовувати фотошаблони, що представляють собою графічне зображення малюнка в масштабі 1:1 на фотопластинках або фотоплівці. Фотошаблони виконують у позитивному зображенні при нарощуванні провідних ділянок на стрічках і в негативному зображенні, коли провідні ділянки отримують травленням міді з пробільних місць.
Геометрична точність і якість малюнка ПП забезпечуються в першу чергу точністю і якістю фотошаблона, який повинен мати:
· Контрастне чорно-біле зображення елементів з чіткими і рівними межами при оптичної щільності чорних полів не менше 2,5 од., Прозорих ділянок не більше 0,2 од., Виміряної на денсітомере типу ДФЕ-10;
· Мінімальні дефекти зображення (темні точки на пробільних місцях, прозорі крапки на чорних полях), які не перевищують 10-30 мкм;
· Точність елементів виконання малюнка ± 0,025 мм.
Більшою мірою переліченим вимогам задовольняють сверхконтрастние фотопластинки і плівки''Мікрат-Н''(СРСР), фотопластинки типу ФТ-41П (СРСР), РТ-100 (Японія) і Agfalit (Німеччина).
В даний час застосовуються два основних способи одержання фотошаблонів: фотографування їх з фотооригіналів і креслення світловим променем на фотоплівці за допомогою координатографа з програмним управлінням або лазерним променем. При виготовленні фотооригіналів малюнок ПП виконують у збільшеному масштабі (10:1, 4:1, 2:1) на малоусадочном матеріалу шляхом викреслювання, виготовлення аплікацій або різання по емалі. Спосіб аплікації передбачає наклеювання заздалегідь підготовлених стандартних елементів на прозору основу (лавсан, скло та ін.) Перший спосіб характеризується низькою точністю і великою трудомісткістю, тому використовується в основному для макетних зразків плат.
Різання по емалі застосовують для ПП із високою щільністю монтажу. Для цього поліроване листове скло покривають непрозорим шаром емалі, а вирізування малюнка схеми здійснюють на координатографа з ручним управлінням. Точність отримання малюнка 0,03-0,05 мм.
Виготовлений фотоорігінал фотографують з необхідним зменшенням на висококонтрастних фотопластину за допомогою фоторепродукціонних поліграфічних камер типу ПП-12, ЕМ-513, Klimsch (Німеччина) і отримують фотошаблони, які можуть бути контрольними та робітниками. Для тиражування і виготовлення робочих, поодиноких, а також групових фотошаблонів застосовують метод контактного друку з негативною копії контрольного фотошаблона. Операція виконується на мультиплікаторі моделі АРСМ 3.843.000 з точністю ± 0,02 мм.
Недоліки такого методу - велика трудомісткість отримання фотоорігінала, що вимагає висококваліфікованої праці, і труднощі рівномірного освітлення фотооригіналів значній площі, що знижує якість фотошаблонів.
Зростаюча складність і щільність малюнка ПП, необхідність збільшення продуктивності праці привели до розробки методу виготовлення фотошаблонів скануючим променем безпосередньо на фотоплівці. Для виготовлення фотошаблона світловим променем розроблені координатографа з програмним управлінням. З переходом на машинне проектування плат необхідність креслення креслення відпадає, тому що отримана з ЕОМ перфострічка з координатами провідників вводиться в пристрій, що зчитує координатографа, на якому автоматично виконується фотошаблон.
Координатографа (рис. 6) складається з вакуумного столу 8, на якому закріплюють фотоплівку, Плівка і блоку управління 1. Стіл переміщується з високою точністю в двох взаємно перпендикулярних напрямках за допомогою прецизійних ходових гвинтів 9 і 3, які приводяться в обертання кроковими двигунами 2 і 10. Плівка включає освітлювач 4, фокусуючу систему 5, кругову діафрагму 6 і фотозатвор 7. Діафрагма має набір отворів (25-70), що оформляють певний елемент малюнка ПП, і закріплюється на валу крокового двигуна. Відповідно до програми роботи сигнали від блоку управління подаються на крокові двигуни приводу столу, діафрагми і на освітлювач. Сучасні координатографа (табл. 5.4) забезпечуються системами автоматичної підтримки постійного світлового режиму, виведення з ЕОМ інформації про фотошаблона на плівку в масштабах 1:2; 1:1; 2:1; 4:1.
Рис. 6. Схема координатографа
Таблиця 3 - Основні технічні характеристики координатографа
| Модель | Розміри робочого поля, мм | Точність позиціонування, мм | Максимальна швидкість переміщення, м / хв | Ширина лінії, мм | Крок переміщення, мм |
| "Мінськ-2005" (СРСР) | 500'600 | ± 0,03 | 3 | 0,2-5 | 0,025 |
| КПА-1200 (СРСР) | 1200'1200 | ± 0,05 | 6 | 0,2-4 | 0,025 |
| 723 (Gerber Sientific, США) | 865'1120 | ± 0,01 | 5 | 0,1-4 | 0,025 |
| 201 (Ariston, Німеччина) | 865'1120 | ± 0.015 | 9,4 | 0,1-4 | 0,025 |
| "Мінськ-2010МГ" (Білорусь) | 500'600 | ± 0,006 | 9 | 0,1-2,5 | 0,025 |
ЛІТЕРАТУРА
1. Технологія поверхневого монтажу: Учеб. посібник / Кундас С.П., Достанко А.П., Ануфрієв Л.П. та ін - Мн.: «АРМІТ - Маркетинг, Менеджмент», 2000.
2. Технологія радіоелектронних пристроїв і автоматизація виробництва: Підручник / А.П. Достанко, В. Л. Ланін, А.А. Хмиль, Л.П. Ануфрієв; За заг. ред. А.П. Достанко. - Мн. Обчислюємо. шк., 2002