Формирование защитного рисунка схемы (стр. 1 из 3)

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

РЕФЕРАТ

На тему:

«ФОРМИРОВАНИЕ защитного РИСУНКА СХЕМЫ»

МИНСК, 2008

Нанесение рисунка схемы или защитного рельефа требуемой конфигурации необходимо при осуществлении процессов металлизации и травления. Рисунок должен иметь четкие границы с точным воспроизведением тонких линий, быть стойким к травильным растворам, не загрязнять платы и электролиты, легко сниматься после выполнения своих функций. Перенос рисунка печатного монтажа на фольгированный диэлектрик осуществляют методами сеткографии, офсетной печати и фотопечати. Выбор метода зависит от конструкции платы, требуемой точности и плотности монтажа, серийности производства.

Сеткографический метод нанесения рисунка схемы наиболее рентабелен для массового и крупносерийного производства плат при минимальной ширине проводников и расстоянии между ними ³ 0,5 мм, с точностью воспроизведения изображения ±0,1 мм. Суть заключается в нанесении на плату специальной кислотостойкой краски путем продавливания ее резиновой лопаткой (ракелем) через сетчатый трафарет, в котором необходимый рисунок образован открытыми ячейками сетки (рис. 1).

1 – ракель; 2 – трафарет;3 – краска; 4 – основание

Рис. 1 Принцип трафаретной печати

Для изготовления трафарета используют металлические сетки из нержавеющей стали с толщиной проволоки 30-50 мкм и частотой плетения 60—160 нитей на 1 см, металлизированного нейлонового волокна, имеющего лучшую эластичность, с толщиной нити 40 мкм и частотой плетения до 200 нитей на 1 см, а также из полиэфирных волокон и капрона. Одним из недостатков сеток является их растяжение при многократном использовании. Самой большой стойкостью обладают сетки из нержавеющей стали (до 20 тыс. отпечатков), металлизированных пластмасс (12 тыс.), полиэфирных волокон (до 10 тыс.), капрона (5 тыс.).

Изображение на сетке получают с помощью экспонирования жидкого или сухого (пленочного) фоторезиста, после проявления которого образуются открытые (свободные от рисунка) ячейки сетки. Трафарет в сеткографической раме устанавливают с зазором 0,5—2 мм от поверхности платы так, чтобы контакт сетки с поверхностью платы был только в зоне нажатия на сетку ракелем. Ракель представляет собой прямоугольную заточенную полосу резины, установленную по отношению к подложке под углом 60—70°.

Для получения рисунка ПП используют термоотверждающиеся краски СТ 3,5; СТ 3,12, которые сушат либо в термошкафу при температуре 60 °С в течение 40 мин, либо на воздухе в течение 6 ч, что удлиняет процесс сеткографии. Более технологичными являются фотополимерные композиции ЭП-918 и ФКП-ТЗ с УФ-отверждением в течение 10—15 с, что является решающим фактором при автоматизации процесса. При однократном нанесении покрытие зеленого цвета имеет толщину 15—25 мкм, воспроизводит рисунок с шириной линий и зазорами до 0,25 мм, выдерживает погружение в расплав припоя ПОС 61 при температуре 260 °С в течение до 10 с, воздействие спиртобензиновой смеси до 5 мин и термоциклирование в интервале температур от –60 до +120 °С. После нанесения рисунка плату просушивают при температуре 60 °C в течение 5—8 мин, контролируют качество и при необходимости подвергают ретуши. Удаление защитной маски после травления или металлизации осуществляют химическим методом в 5 %-м растворе едкого натра в течение 10—20 с.

Для трафаретной печати используют полуавтоматическое и автоматическое оборудование, отличающееся форматом печати и производительностью (табл. 1). Автоматические линии трафаретной печати имеют автоматические системы подачи и установки плат, движения ракеля и подачи резиста. Для сушки резиста применяют ИК-печи туннельного типа.

Таблица 1 - Оборудование для трафаретной печати

Тип оборудования	Марка	Формат печати, мм	Производительность, оттисков/ч
Автомат шелкографический	AШ-2 (СССР)	380´220	600
Полуавтомат трафаретной печати	ПТП-3 (СССР)	400´300	800
Трафаретная печатная машина	ПТ-2 (СССР)	430´200	900
Полуавтомат	Minimatik (Швеция)	300´500	1000
Полуавтомат	Beltron (Германия)	500´700	1000
Автоматическая линия	Chemсut (США)	500´700	1000
	Resco (Италия)	510´760	1000
Автомат	Astromat (Италия)	650´650	550

Офсетная печать применяется для крупносерийного производства ПП при малой номенклатуре схем. Разрешающая способность 0,5—1 мм, точность получаемого изображения составляет ± 0,2 мм. Суть метода состоит в том, что в клише, несущее изображение схемы (печатные проводники, контактные площадки), закатывается краска. Затем она снимается офсетным валиком, покрытым резиной, переносится на изоляционное основание и подвергается сушке. Клише и основание платы располагаются друг за другом на основании машины для офсетной печати (рис. 2).

1 – офсетный валик; 2 – клише; 3 – плата; 4 – валик для нанесения краски; 5 – прижимной валик

Рис. 2. Схема офсетной печати

Точность печати и резкость контуров определяются параллельностью валика и основания, типом и консистенцией краски. С помощью одного клише можно выполнить неограниченное число оттисков. Производительность метода ограничена длительностью колебательного цикла (нанесение краски — перенос) и не превышает 200—300 оттисков в час. Недостатки метода: длительность процесса изготовления клише, сложность изменения рисунка схемы, трудность получения беспористых слоев, высокая стоимость оборудования.

Фотографический метод нанесения рисунка позволяет получать минимальную ширину проводников и расстояния между ними 0,1—0,15 мм с точностью воспроизведения до 0,01 мм. С экономической точки зрения этот способ менее рентабельный, но позволяет получать максимальную разрешающую способность рисунка и поэтому применяется в мелкосерийном и серийном производстве при изготовлении плат высокой плотности и точности. Способ основан на использовании светочувствительных композиций, называемых фоторезистами, которые должны обладать: высокой чувствительностью; высокой разрешающей способностью; однородным по всей поверхности беспористым слоем с высокой адгезией к материалу платы; устойчивостью к химическим воздействиям; простотой приготовления, надежностью и безопасностью применения.

Фоторезисты разделяются на негативные и позитивные. Негативные фоторезисты под действием излучения образуют защитные участки рельефа в результате фотополимеризации и задубливания. Освещенные участки перестают растворяться и остаются на поверхности подложки. Позитивные фоторезисты передают рисунок фотошаблона без изменений. При световой обработке экспонированные участки разрушаются и вымываются.

Для получения рисунка схемы при использовании негативного фоторезиста экспонирование производят через негатив, позитивного — через позитив. Позитивные фоторезисты имеют более высокую разрешающую способность, что объясняется различиями в поглощении излучения фоточувствительным слоем. На разрешающую способность слоя влияют дифракционное огибание света на краю непрозрачного элемента шаблона и отражение света от подложки (рис. 3, а).

В негативном фоторезисте дифракция не играет заметной роли, поскольку шаблон плотно прижат к резисту, но в результате отражения вокруг защитных участков появляется ореол, который снижает разрешающую способность (рис. 3, б). В слое позитивного резиста под влиянием дифракции разрушится и вымоется при проявлении только верхняя область резиста под непрозрачными участками фотошаблона, что мало скажется на защитных свойствах слоя. Свет, отраженный от подложки, может вызвать некоторое разрушение прилегающей к ней области, но проявитель эту область не вымывает, так как под действием адгезионных сил слой опустится вниз, вновь образуя четкий край изображения без ореола (рис. 3, в).

а - экспонирование ; б - негативный фоторезист; в - позитивный фоторезист; 1 – дифракция; 2 – рассеяние; 3 – отражение 4 – шаблон; 5 – резист; 6 – подложка

Рис. 3. Экспонирование светочувствительного слоя

В настоящее время в промышленности используются жидкие и сухие (пленочные) фоторезисты (табл. 2). Жидкие фоторезисты — коллоидные растворы синтетических полимеров, в частности поливинилового спирта (ПВС). Фоторезист на основе ПВС наносят на предварительно подготовленную поверхность платы путем окунания заготовки, поливом с последующим центрифугированием. Затем слой фоторезиста сушат в термошкафу с циркуляцией воздуха при температуре 40 °С в течение 30—40 мин. После экспонирования осуществляется проявление фоторезиста в теплой воде. Для повышения химической стойкости фоторезиста на основе ПВС применяют химическое дубление рисунка ПП в растворе хромового ангидрида, а затем термическое дубление при температуре 120 °С в течение 45—50 мин. Снятие фоторезиста проводят в течение 3—6 с в растворе следующего состава: 200—250 г/л щавелевой кислоты, 50—80 г/л хлористого натрия, до 1000 мл воды при температуре 20 °С.

Достоинства фоторезиста на основе ПВС — низкие токсичность и пожароопасность, проявление с помощью воды. К недостаткам его относят эффект темнового дубления (поэтому срок хранения заготовок с нанесенным фоторезистом не должен превышать 3—6 ч), низкую кислото- и щелочеустойчивость, трудность автоматизации процесса получения рисунка, трудоемкость приготовления резиста, низкую чувствительность.