6) Нанесение защитного рельефа и паяльной маски на пп

Нанесение защитного рельефа — процесс переноса изображения рисунка печатных проводников на материал основания ПП. Он может осуществ­ляться следующими способами:

• фотохимическим (фотолитография);

• сеткографическим (сетко и шелкография, трафаретная печать);

• офсетной печатью;

• лучом лазера;

• фотоформированием.

Защитный рельеф бывает негативный и позитивный. Негативный за­щищает от вытравливания токопроводящие элементы ПП: печатные про­водники, контактные площадки, шины «земли» и «питания» и прочие, по­зитивный наносится на пробельные места, т. е. на участки ПП, на которых не должно быть меди, а токопроводящие элементы защищаются перед опе­рацией «травление меди с пробельных мест» устойчивыми в травильных растворах либо металлорезистом, либо полимерным травильным резистом.

Выбор способа получения защитного рельефа определяется конструк­цией ПП, классом точности ПП: шириной проводников и расстояний ме­жду ними, размером контактных площадок, точностью получения размеров печатных элементов; плотностью монтажа, а также ТП изготовления (про­изводительностью оборудования, экономичностью процесса и пр.).

А) Фотохимический способ нанесения защитного рельефа (фотолитография)

Этот способ имеет высокую разрешающую способность (значительно выше чем, сеткографический и офсетная печать) и позволяет получить про­водники и зазоры между ними порядка 0,1 мм (3—5 класс точности) и ме­нее (0,07...0,04 мм — 6—7 класс точности) с точностью (±0,03) мм и выше. Суть способа заключается в контактном копировании рисунка схемы с ФШ на заготовку ПП, покрытую светочувствительным слоем (фоторези­стом — ФР).

Основные этапы фотохимического способа в соответствии с рисунком 24:

• на поверхность заготовки ПП наносится фоторезист — фотополи­мерный материал, чувствительный к УФ-излучению;

• устанавливается ФШ, реперные знаки (перекрестия) которого совмещаются под микроскопом с центрами фиксирующих (базовых) от­верстий заготовки ПП;

• производится экспонирование рисунка схемы через ФШ, в результа­те которого образуется скрытое изображение;

• проявление изображения и задубливание рисунка, т. е. получение за­щитного рельефа (защитной фотомаски).

а — экспонирование ри­сунка схемы через ФШ; б — проявленное изображение рисунка схемы; 1 — ПП; 2 — СПФ; 3 — УФ-излучение; 4 — ФШ

Рисунок 24 - Фотохимический способ нанесения защитного рельефа

Для воспроизводимости элементов печатного монтажа малого размера при их переносе с ФШ на заготовку ПП процесс фотопечати должен осу­ществляться с соответствующей разрешающей способностью, которая из­меряется максимальным числом параллельных линий, воспроизводимых раздельно на 1 мм.

Разрешающая способность процесса фотопечати и точность размеров элементов печатного рисунка зависят от типа и толщины слоя фоторези­ста. С увеличением толщины слоя фоторезиста разрешающая способность падает.

Различают жидкие (на водных и органических растворителях) и сухие пленочные фоторезисты (СПФ), а также проявляемые в водных растворах и в органических растворителях.

По результату воздействия света фоторезисты бывают негативные и по­зитивные. При использовании негативных фоторезистов экспонированные области заготовки ПП остаются на плате, так как они переходят в нерас­творимое состояние, а неэкспонированные, сохранившие исходную струк­туру, вымываются при проявлении в органических растворителях. В случае применения позитивных фоторезистов экспонированные участки вымыва­ются при проявлении, так как в позитивных фоторезистах экспонирование имеет целью создать условия для деструкции экспонированных участков фоторезиста и перевода их в растворимое состояние в проявителе с щелоч­ными свойствами.

Основными характеристиками фоторезиста являются: стойкость к травителям и гальваническим ваннам (кислотостойкость), светочувствитель­ность, контрастность, высокая разрешающая способность, однородность и равномерность по толщине и пр.

Нанесение жидкого фоторезиста осуществляется следующими спосо­бами:

• центрифугированием (фоторезист растекается под действием центробежной силы); недостаток — неравномерность толщины слоя и краевое утолщение, препятствующее плотному прилеганию фотошаблона при экспонировании и приводящее к ухудшению контрастности изображения из-за наличия воздушного зазора;

• окунанием и вытягиванием заготовки из раствора фоторезиста с по­стоянной скоростью (15...50 см/мин); толщина фоторезиста зависит от скорости вытягивания, вязкости; равномерность — от плавности извлечения; достоинства — двухстороннее нанесение фоторезиста;

• валковым способом, основанном на офсетном принципе печати: заготовка перемещается между двумя валками нанесения фоторезиста, и фоторезист с их поверхности переносится на поверхности заготовки. При этом жидкий фоторезист на наносящие валки поступает с дозирующих валков меньшего диаметра с пазами, вращающегося во встречном направлении, на поверхность которого постоянно подается жидкий фоторезист. Достоинства — равномерность по толщине, возможность получения тонких слоев (толщина регулируется величи­ной зазора между двумя валками нанесения фоторезиста, толщиной слоя на наносящем валке, адгезионными свойствами фоторезиста и пр.), двухстороннее нанесение фоторезиста на жесткое или гибкое основание ПП, высокая производительность, экономичный расход фоторезиста, возможность совмещения с устройством для сушки и охлаждения. Недостатки — необходимость применения специальных фоторезистов, нестабильность характеристик слоев фоторезиста, вы­сокая стоимость оборудования и пр.

• пульверизацией (распылением); струя фоторезиста поступает из распылительной форсунки под углом, близким к 90°, на поверхность за­готовки ПП, перемещающуюся с определенной скоростью на конвейере. Достоинства — простота способа, равномерность по толщи­не, возможность применения для любых типов ПП; недостатки — сложность получения равномерных по толщине слоев фоторезиста на больших поверхностях заготовок;

• электростатическим распылением в поле высокого напряжения. Достоинства — высокая равномерность по толщине и однородность слоя фоторезиста, возможность получения тонких слоев фоторезиста, хорошая адгезия к поверхности заготовки и пр.; недостатки — высокая стоимость оборудования, необходимость применения специальных фоторезистов;

• способом электрофореза, который позволяет получить равномерные по толщине слои фоторезиста в гальванической ванне и регулировать толщину слоя изменением потенциала на электродах ванны. Фирма Shipley (Германия) разработала позитивный фоторезист PERT-2400, который наносится способом электрофореза из водного раствора (толщина 10 мкм) и может применяться при изготовлении ПП с по­слойным наращиванием перераспределительных слоев; обладает вы­сокой разрешающей способностью, позволяет получить проводники шириной 0,050 мм, стоек только при кислом травлении, удаляется в щелочном растворе.

Достоинствами жидких фоторезистов являются: простота приготовле­ния и применения, нетоксичность, защита боковых поверхностей провод­ников и контактных площадок. Последние три способа — валковый, пуль­веризация и электростатическое распыление — применяют для получения плотного и сверхплотного рисунка ПП.

• Недостатками жидких фоторезистов являются: низкая разрешающая способность (для первых двух способов); разрастание проводников над фоторезистом в соответствии с рисунком 25 при гальваническом осаждении меди (толщина которой составляет порядка 25...30 мкм); окисление; ухудшение механической прочности и адгезии фоторезиста в условиях повышенной влажности и температуры; заполнение монтажных и переходных отверстий при нанесении на ПП, препятствующее осаждению меди на стенки отверстий при химическом и гальваническом меднении; низкая устойчивость к действию электролитов гальванического меднения.

1 — разрастание; 2 — ширина провод­ника по рабочему фотошаблону; 3 — ширина проводника; 4 — материал основания; 5 — фоторезист; 6— осаждение металла; 7— медная фольга

Рисунок 25 - Разрастание проводника над фоторезистом

Жидкие фоторезисты, изготовленные, например, на основе поливини­лового спирта, имеют следующий состав, г/л: поливиниловый спирт 100...200, двухромовокислый аммоний 8...10, этиловый спирт 100...120 мл/л. Они наносятся в два слоя общей толщиной 12...15 мкм методом окунания с последующим медленным вытягиванием заготовки ПП из раствора для по­лучения равномерности по толщине на поверхности.

В качестве примера можно привести жидкие фоторезисты фирмы Shipley (Германия), применяемые для изготовления внутренних слоев МПП — негативный SN-35, который обладает способностью сглаживать неровности на заготовке слоя, и позитивный SN-24, допускающий много­кратное экспонирование. Сушка после нанесения фоторезиста необходима для удаления летучих веществ, уплотнения структуры слоя, уменьшения внутренних напряжений, улучшения адгезии фоторезиста к заготовке ПП.

Сухие фоторезисты применяются при изготовлении рисунка слоев МПП, ГПП, ГПК, полосковых плат и других плат высокого класса точно­сти (с высокими требованиями по разрешающей способности).

Сухие пленочные фоторезисты (СПФ) состоят из трех слоев: защитной полиэтиленовой пленки, среднего слоя, чувствительного к УФ-излучению и оптически прозрачной лавсановой пленки, предназначенной для защиты фоторезиста от окисления на воздухе. СПФ накатывают на поверхность ПП валиком, нагретым до 100...120 ºС на установках для ламинирования — ла­минаторах в соответствии с рисунком 26. При этом полиэтиленовая пленка наматывается на бобину в соответствии с рисунком 27.

Достоинства СПФ: высокая разрешающая способность (позволяет по­лучать ширину проводников и зазоры между ними до 0,04...0,1 мм), высо­кая стойкость в травильных растворах и электролитах гальванического мед­нения и нанесения оплава олово—свинец и олова, исключают попадания (затекания) фоторезиста в отверстия.

Недостатки СПФ: выделение при ламинировании токсичных хлористо­го метилена и трихлорэтилена, наличие внутренних напряжений и усадоч­ных процессов в пленке.

1 — ПП; 2 — бобина; 3 — СПФ

Рисунок 27 – Нанесение СПФ

1 — прижимной валик; 2 — полиэтиленовая пленка; 3 — боби­на; 4 — рулон фоторезиста (СПФ); 5 — СПФ; 6 — нож для резки СПФ; 7 — заготовка платы

Рисунок 26 - Схема ламинатора

Экспонировать — подвергать светочувствительный материал действию света. Экспонирование осуществляется УФ источником света (сканирую­щим, неподвижным, точечным или точечным с поворотной заслонкой) с диапазоном спектра 300...400 нм ртутно-кварцевыми лампами через лавса­новую пленку (для СПФ) способом контактной печати. Перед экспониро­ванием заготовка ПП с нанесенным фоторезистом совмещается с ФШ с помощью специальных знаков совмещения и производится засветка через ФШ. При экспонировании имеют место дифракция, преломление и отра­жение света, приводящие к разбросу размеров элементов рисунка и размы­тости их краев. Основным требованиям к выполнению операции экспони­рования является получение необходимой степени задубленности, полиме­ризации (для негативных фоторезистов) или степени деструкции (для позитивных фоторезистов), гарантирующей воспроизведение четкого изо­бражения элементов рисунка схемы при проявлении. Для этого необходи­мо обеспечить:

• плотный и равномерный прижим ФШ к поверхности заготовки ПП при помощи вакуумного прижима для исключения попадания света под темные участки фотошаблона и получения размытого края (вуали) фоторезиста;

• согласование спектральных характеристик источника света и спек­тральной светочувствительности фоторезиста, чтобы максимальная интенсивность излучения на определенных длинах волн совпадала с областью максимальной чувствительности фоторезиста, так как это позволяет повысить производительность операции экспонирования за счет уменьшения экспозиции (экспозиция — минимальная энер­гия излучения на единицу поверхности слоя фоторезиста, необходимая для проработки фотослоя на полную глубину); максимум поглощения позитивных фоторезистов соответствует более длинным волнам по сравнению с негативными;

• равномерное распределение освещенности по поверхности фоторези­ста, которое может быть в достаточной степени обеспечено применением коллиматоров; неравномерность освещенности приводит к появлению нерезкого контура (вуали) на элементах фотомаски;

• правильное определение времени экспонирования фоторезиста, которое определяет степень его стойкости при проявлении и точность воспроизведения изображения ФШ. Стойкость при проявлении определяется величиной задубленности, полимеризации для негативных фоторезистов и степенью деструкции для позитивных и зависит от времени воздействия и количества света, поглощенного фоторези­стом, которое в свою очередь зависит от плотности потока актиничного света, фотохимически взаимодействующего с фоторезистом. Продолжительность экспонирования зависит от толщины фоторезиста, освещенности поверхности фоторезиста и определяется опытным путем.

После экспонирования производится выдержка 20...30 мин в темном месте для завершения фотополимеризации.

Нарушения при выполнении операции экспонирования могут привести:

• к отслаиванию фоторезиста от заготовки ПП в процессе его проявле­ния в результате недостаточной экспозиции, затруднению проявления и увеличению ширины экспонированных элементов рисунка по сравнению с ФШ при избытке экспозиции при экспонировании негативных фоторезистов;

• к неполному проявлению фоторезиста, образованию вуали при ма­лой экспозиции; отслаиванию фоторезиста и уменьшению размеров элементов рисунка по сравнению с размером на ФШ при избытке экспозиции при экспонировании позитивных фоторезистов.

Стоимость установки экспонирования, например, ORC HMW-201 В составляет 65 000 долл., а лабораторной установки HELLAS-E — 1700 долл. Применяют также установку экспонирования марки и фирмы Anger (Авст­рия) для двустороннего экспонирования, с рабочим форматом рамы 600 600 мм, мощностью ламп 6000 Вт, количеством ламп — 2 шт. и уста­новку экспонирования с точечным источником света АРСМ3.258.000 с ос­вещенностью внутри загрузочной рамы до 45 кЛк.

Проявление рисунка защитного рельефа фоторезиста осуществляется при избирательном растворении неэкспонированных участков фоторезиста для негативных фоторезистов и экспонированных — для позитивных фоторе­зистов. Нерастворенные участки фоторезиста используются в качестве за­щитной фотомаски при травлении меди с пробельных мест или при хими­ко-гальваническом осаждении меди.

Основным требованием при проявлении является точность воспроизве­дения рисунка с ФШ, которая зависит от времени, температуры проявле­ния, концентрации проявителя, скорости растворения фоторезиста в дан­ном проявителе, времени экспонирования и пр. Скорость проявления за­висит от загрязненности проявителя, способа подачи проявителя на поверхность. Наиболее целесообразно применять перемешивание, ультра­звук или струйное проявление, так как увеличивается скорость проявле­ния, и выравниваются условия проявления по всей площади заготовки ПП. Для негативных ФШ режимы проявления незначительно влияют на точность передачи изображения и перепроявление для них неопасно. Для позитивных фоторезистов режимы проявления являются определяющими для качества изображения, так как их несоблюдение может привести к подтравливанию по контуру незасвеченных участков (фотомаски). Прояв­ление СПФ производится после удаления лавсановой пленки на установ­ках струйного типа в метилхлороформе в течение 1...2 мин под давлением или в ультразвуковых ваннах. Применяют конвейерные струйные установ­ки для проявления фоторезиста Circuitape CSP305 DR (34 600 долл.), УПФ 504, выпускаемые заводом Темп (г. Хмельницкий) и др. Для снятия фоторезиста применяют линии снятия фоторезиста КМ-501М и Circuitape СSP305/SR тех же производителей, а также установку проявления ФР (ГГМЗ.250.001) для струйного проявления СПФ-2 конвейерного типа со скоростью движения конвейера 0,2...4,0 м/мин, производительностью 100 м/ч на заготовках 500 500 мм и установку снятия фоторезиста или сеткографической краски (ГГМ3.254.001) струйного типа для ПП размера­ми 500 500 мм производительностью 100 м/ч.

Технология водо-щелочного проявления фоторезистов позволила ис­ключить из производства экологически вредные хлорированные углеводо­роды метилхлороформ и хлористый метилен. Обработка фоторезистов про­изводится в слабых (1...5)%-ных растворах соды и щелочи, которые ис­пользуются после обработки на очистных сооружениях в качестве реагентов для нейтрализации гальваностоков.

Сухие пленочные фоторезисты водо-щелочного проявления очень чув­ствительны к перепроявлению, при котором происходит дополнительное химическое воздействие раствора проявления, приводящее к частичному разрушению фоторезиста. Поэтому для операции проявления устанавлива­ются ограничения по времени проявления — «брейк пойнт»² (момент окончания) проявления СПФ.

Разработкой оборудования и материалов для фотохимических процес­сов занимается фирма Morton Int., фирма OCCLEPPO и др.

В настоящее время наиболее широко применяют следующие СПФ:

• СПФ-1, СПФ-2 (ТУ6-17-859—77) толщиной 20, 40 и 60 мкм (чем больше толщина, тем ниже разрешающая способность), со спек­тральной чувствительностью 320...400 нм, способностью воспроизво­дить линию шириной (100 ± 10) мкм, эффективным временем экспо­нирования не более 35, 40 с;

• СПФ-АС (ТУ6-17-691—83) для ПП высокого класса точности с по­вышенной разрешающей способностью;

• СПФ-В (ТУ АЛО-31-10), ТФПК (ТУ61У0.037.074), СПФ-ВЩ-25, СПФ-ВЩ-50 (ТУ16-503-244—84) — фоторезисты водо-щелочного проявления для исключения токсичных растворителей; СПФ-ВЩ-25, СПФ-ВЩ-50 — фоторезисты водо-щелочного проявления спектраль­ная чувствительность 320...400 нм, способность воспроизводить ли­нию шириной (100 ± 10) мкм и (125 ± 10) мкм, эффективным време­нем экспонирования 5...60 и 10...80 с, соответственно;

• СПФ-ПНЩ-25 и СПФ-ПНЩ-50 — фоторезисты повышенной надежности, водо-щелочного проявления, для негативной и позитив­ной технологии, спектральная чувствительность 320...400 нм, способ­ность воспроизводить линию шириной (75 ± 5) мкм и (100± 10) мкм, эффективным временем экспонирования 25 и 40 с, соответственно;

• СПФ Laminar 5000 фирмы Shihley — негативный водопроявляемый фоторезист, который применяют для нанесения на химически осажденную медь, в ТП с прямой металлизацией и тентинг-процессах. Толщина — 25; 32; 38 и 50 мкм. Выпускается в рулонах длиной 100 и 150 м, шириной 0,255; 0,305; 0,6 м. Он обладает высокой разрешающей способностью, светочувствительностью, устойчивостью при металлизации, адгезией, тентинговыми свойствами;

• другие СПФ фирмы Shihley: Pro Etch 1230; Laminar HG, GA, LP, PS; Pro Tent 3140, толщиной 40 мкм для тентинг-процесса;

• СПФ Riston, фирмы DuPont (Германия) водо-щелочного проявления;

• СПФ ORDYL ALPHA, фирмы Elga Ronai SPL Prodact (Италия) по технологии фирмы ТОК (Япония) водо-щелочного проявления и др.

Для нанесения СПФ применяется следующее оборудование:

• автоматический ламинатор марки DYNACHEM мод. 1024 фирмы Theokol (Англия), для нанесения СПФ с автоматической загрузкой ПП из стопы, с шириной ПП до 610 мм, толщиной до 6 мм; скоро­стью нанесения рисунка до 5 м/мин;

• ламинатор мод. 1.60.2 фирмы Anger (Австрия) для одно- и двусторон­него нанесения СПФ (для получения рисунка и защитной маски) с плавным регулированием прижима, температурным диапазоном 80...135 ºС, с шириной ламинирования до 600 мм;

• ламинатор DFL 305, 300 мм;

• ламинатор RLM 419р, 400 мм;

• ламинатор АРСМ3.289.006 для ПП шириной до 560 мм и др.

Дубление полученного при проявлении защитного слоя рисунка (фото­маски) необходимо для повышения химической стойкости при последую­щих химических обработках за счет увеличения степени его полимериза­ции. Жидкие негативные фоторезисты для повышения химической стойко­сти подвергают температурной обработке или облучению УФ светом после проявления. Жидкие позитивные фоторезисты обычно не требуют допол­нительного дубления, а для СПФ характерным является не столько повы­шение химической стойкости после термообработки, сколько значительное увеличение механической прочности.

Б) Сеткографический способ нанесения защитного рельефа

Сеткографический способ нанесения защитного рельефа заключается в получении изображения рисунка схемы путем продавливания специаль­ных кислотостойких быстросохнущих трафаретных красок ракелем (рези­новой лопаткой) через сетчатый трафарет, на котором рисунок схемы об­разован ячейками сетки, открытыми для продавливания, и закрепления красок на поверхности заготовки ПП в результате испарения растворите­ля в соответствии с рисунком 28

1 — трафарет; 2 — краска; 3 — основание ПП

Рисунок 28 - Сеткографический способ нанесения защитного рельефа

Защитные свойства трафаретных красок зависят от оптимальной вели­чины вязкости, которая устанавливается в соответствии с температурой, номером сетки, сложностью рисунка схемы и пр. Оптимальная величина вязкости характеризуется легким и равномерным растеканием и продавливанием краски сквозь отверстия сетки трафарета под воздействием ракеля, изготовленного из листов маслобензостойкой резины или полиуретана. Ос­новными видами трафаретных красок являются защитные щелочесмываемые; быстросохнущие и защитные гальваностойкие, смываемые органиче­ским растворителем (хлористым метиленом).

Сетчатые трафареты представляют собой металлическую раму из алю­миниевого сплава, на которую натянут тканый материал, к которому предъявляют следующие требования: материал ткани должен быть проч­ным на разрыв, устойчив к растяжению, истиранию, бездефектным, не должен взаимодействовать с растворителями трафаретной краски, величи­на просветов должна быть в 1,5—2 раза больше толщины нити.

Сетчатые трафареты изготавливают из синтетических тканей, из метал­лических сеток (латунь, бронза, коррозионностойкая сталь) и из комбини­рованных сеток, в которых металлическая центральная часть, соответствую­щая размеру рабочего поля, вклеивается в натянутую на раму капроновую ткань клеем «Адгезив-2В» или клеем «Виланд-5К» (ТУ6-0,5-221-1—77), а капрон под металлической сеткой удаляют концентрированной азотной кислотой.

Наибольшую точность и долговечность имеют сетки из нержавеющей стали или фосфористой бронзы с размером ячеек от 40 до 50 мкм; наибольшую эластичность — сетки из лавсана, капрона, металлизированного нейлоно­вого моноволокна.

Сетка равномерно натягивается в раме с заданным усилием на пневма­тических установках натяжения сетки (например, ПУНС-901) с пневмоцилиндрами, обеспечивающими равномерное натяжение сетки на трафарет с таким условием, чтобы относительная деформация не превышала 6...8 % — для капрона, 5...7 % — для фосфористой бронзы, 2...3 % — для коррозионностойкой нержавеющей стали.

Для получения рисунка трафарета применяют прямой или косвенный способы.

При прямом способе на натянутые сетки с временной подложкой из полиэтилентерефталатной пленки наносится фотополимеризующаяся ком­позиция методом полива («Полисет», или типа ФСТ (ТУ610-028-029), или композиция «Фотосет-Ж» — для синтетических тканей), и получают изо­бражение схемы фотохимическим способом (экспонирование через ФШ, проявление, дубление, промывка, обезжиривание, контроль качества). Для экспонирования изображения на сетку может быть использована уста­новка экспонирования сетчатых трафаретов УЭСТ-901А, выпускаемая АООТ НИТИ-ТЕСАР (г. Саратов).

При косвенном способе рисунок схемы переносится на сетку из пле­ночных материалов, таких как пленка СПФ, пигментная бумага (ТУ29-01-06—70) и др. Достоинством косвенного метода является высокое качество изображения, недостатком — низкая тиражестойкость трафарета (до 600 оттисков), длительность процесса его изготовления.

Получение рисунка трафарета возможно также с применением фоторе­зиста марки «Фотосет-Ж» (ТУ6-15-1467—84), который наносится на натя­нутую сетку, обработанную в адгезионном составе, поливом. Затем на сет­ку устанавливают ФШ с антиадгезионным слоем (5%-ный раствор парафи­на и уайт-спирт), чтобы не прилип к сетке, и проводят экспонирование изображения в течение 3...5 мин при освещенности 3000...3500 лк. Прояв­ляют этиловым спиртом при помощи ватного тампона.

Достоинством фоторезиста «Фотосет-Ж» является высокая тиражестой­кость и разрешающая способность (40 линий/см), что позволяет получать ПП по 3—4 классу точности (порядка 0,2 мм ширина проводников и рас­стояний между проводниками), короткий процесс изготовления трафарета и способность полимеризоваться в жидком состоянии.

После нанесения изображения участки сетки, свободные от рисунка, покрывают клеем БФ-4. Рязанский проектно-технологический институт разработал серию нового оборудования для изготовления сетчатых трафаретов с получением изображения от 20 до 40 дюймов и более.

Параметры, характеризующие сетки трафарета:

• металлические: номер сетки, размер стороны ячейки, мкм, диаметр проволоки, мкм (от 30 до 65), число отверстий на 1 см (от 4450 до 20 450), живое сечение, % (от 28 до 34,6);

• капроновые: номер сетки, размер ячейки, мкм (от 82 до 142), диа­метр нитей, мкм (от 35 до 40; от 40 до 45), живое сечение, % (от 41,5 до 53,4).

При сеткографическом способе нанесения защитного рельефа используют полуавтоматы трафаретной печати, автоматы шелкографии, автомати­ческие линии сеткографической печати.

Оборудование для трафаретной печати обеспечивает нанесение красок теплового или УФ отверждения, плавную регулировку скорости движения ракеля, быстрое и точное совмещение заготовки и трафарета, вакуумную фиксацию заготовок, печать через сетчатый трафарет, загрузку и разгрузку заготовок и включает загрузочное устройство, машину для рихтовки заго­товок ПП, сеткографический станок, сушильную печь, накопитель.

Нанесение трафаретной краски на автоматическом оборудовании осу­ществляется в такой последовательности:

• загрузка заготовок ПП при помощи ленточного конвейера;

• фиксация заготовок в рабочей зоне на штифтах с точностью (±0,025) мм;

• закрепление заготовок при помощи вакуумной системы;

• дозированная подача краски в зону обработки и автоматическое продавливание ее ракелем через трафарет; время одного цикла 5...7 с;

• сушка красок с органическими растворителями в туннельных кон­вейерных печах горячим воздухом при Т= 150...180 °С или ИК-излучением.

Наибольший формат печати составляет 620 650 мм, производитель­ность — порядка 1000 оттисков/ч.

Одной из проблем трафаретной печати является продолжительность сушки, для решения которой разрабатывают краски мгновенной сушки, содержащие мономерно-полимерные композиции и фотоинициатор, кото­рые закрепляются на заготовке под действием УФ-излучения; высокопро­изводительное оборудование.

Удаление трафаретной краски с заготовки ПП после операции травле­ния меди с пробельных мест производится в установках струйного типа (3...5)%-ным раствором горячей щелочи при Т= 40...60 °С в течение 10...20 с.

В оборудовании для одновременного нанесения трафаретной краски на две стороны заготовки ПП устанавливаются вертикально.

В) Офсетная печать

Офсетная печать обеспечивает 1 и 2 класс точности ПП с точностью воспроизведения рисунка (±0,2) мм. Способ нашел применение в массо­вом и крупносерийном производстве и состоит из следующих основных этапов:

• изготавливается клише (форма для офсетной печати) из алюминия, цинка, их сплавов и пластмасс с изображением рисунка схемы; основными операциями изготовления являются травление, гравирование, прессование, обработка гидрофобизирующей жидкостью, сборка; конструктивно формы для офсетной печати разделяются на не­сколько видов: высокой печати, глубокой печати и с расположением печатных участков в одной плоскости;

• клише (форма) закатывается трафаретной краской;

• краска с клише снимается с помощью офсетного валика, покрытого резиной;

• офсетным валиком краска переносится на подготовленную поверх­ность заготовки ПП;

• сушка краски при высокой температуре.

Наиболее технологичной, надежной и точной является форма для су­хого офсета, для которого в качестве основания используют пластину из алюминия толщиной 0,5...1,0 мм. На нее наносят тонкий слой силиконо­вого лака, не смачиваемого трафаретной краской, которой впоследствии закатывается форма. На слое лака лазерным гравировальным автоматом выжигается рисунок ПП. Готовую форму устанавливают на станок офсет­ной печати, который имеет рабочее поле размером до 500 600 мм, точ­ность совмещения контактных площадок (±0,1) мм, производительность 300 отпечатков /ч.

Достоинства способа — высокая производительность, возможность ав­томатизации процесса, тиражеспособность; недостатки — низкая точность получения рисунка, пористость слоев краски вследствие малой толщины, высокая стоимость оборудования.

Г) Лазерное формирование рисунка схемы

В настоящее время применяется и в перспективе планируется широко использовать лазер:

• при экспонировании фоторезистов путем вычерчивания рисунка, соответствующего топологии схемы, без применения ФШ, что исключает боковую подсветку проводников и смещение рисунка в резуль­тате усадки пленочных ФШ;

• при получении рисунка схемы без использования фоторезиста, ФШ и целого ряда операций получения защитного рельефа путем обработки фольгированного диэлектрика мощным излучением ультрафиолетового лазера с длиной волны 250...300 нм. Обработка прово­дится в такой последовательности:

1. сначала излучением УФ-лазера большой мощности (плотность энергии излучения составляет более 4 Дж/см²) частично испаряют металлическое покрытие на поверхности заготовки ПП в тех мес­тах, где в дальнейшем будут пробельные места ПП, т. е. изоляци­онные участки. Частичное испарение проводят для того, чтобы мощное излучение УФ-лазера, проникающее сквозь тонкий слой металлического покрытия, не разрушило диэлектрик под обрабатываемым участком;

2. осуществляется химическое травление остаточной толщины (единицы микрометров) проводящего покрытия в местах лазерной обработки, которое происходит без подтравливания проводников вследствие малой толщины удаляемого металла и продолжительности процесса травления.

Ширина проводников и расстояние между ними в результате лазерно-химической обработки соизмеримы с первоначальной толщиной металлического покрытия заготовки ПП, а минимальные размеры зависят от диаметра пятна фокусировки и составляют приблизитель­но 20 мкм;

• при прямом лазерном формировании проводящего рисунка ПП. Процесс обработки состоит из следующих основных этапов:

1. получение заготовки из нефольгированного полиимида;

2. подготовка поверхности и сушка;

3. напыление промежуточного слоя хрома толщиной порядка 20 нм, затем меди или золота толщиной не более 100 нм на всю поверх­ность заготовки ПП. Ограничения по толщине связано с необхо­димой прозрачностью напыленных слоев для УФ-излучения, которая гарантирует возникновение плазмы на границе раздела ме­жду металлическим покрытием и полиимидом;

4. лазерное формирование рисунка путем облучения поверхности УФ-лазером с плотностью энергии излучения порядка 50...200 мДж/см² через рабочую маску, изготовленную из кварцевого стекла с хромовым напылением рисунка схемы, и проециро­вания излучения с помощью объектива на определенный участок поверхности. Излучение лазера проникает через металлическое покрытие, вызывает мгновенное испарение полиимида, приводя­щее к удалению металла с поверхности;

5. синхронное перемещение заготовки и хромовой маски при помо­щи отдельных координатных столов на соседний участок поверх­ности и его лазерная обработка;

6. химическое осаждение меди, никеля или золота на сформирован­ный проводящий рисунок заготовки ПП, и получение проводни­ков шириной более 15 мкм и толщиной порядка нескольких микрометров.

Д) Паяльная маска

Паяльная маска предназначена для защиты всей поверхности ПП кро­ме контактных площадок от воздействия расплавленного припоя и флюса при групповых процессах пайки ЭРИ и ПМК и проводники от перегрева. Паяльная маска наносится на всю поверхность ПП за исключением кон­тактных площадок и металлизированных отверстий, которые при группо­вых процессах пайки ЭРИ будут контактировать с расплавленным припо­ем. Таким образом, обеспечивается значительная экономия припоя, так как припой во время пайки не осаждается на печатные проводники. Кроме того, паяльная маска защищает стеклоэпоксидную основу ПП, которая не обладает высокой теплостойкостью при температурах пайки (250 ± 10) °С, от поверхностной деструкции диэлектрика.

Паяльные маски по способу формирования рисунка бывают двух ос­новных типов:

• наносимые через трафарет (способ трафаретной печати);

• фотопроявляемые (фотолитографический способ).

Нанесение паяльной маски в виде жидкого эпоксидного композита че­рез трафарет, отверждаемой термически или ультрафиолетовым излучени­ем, имеет ограниченную точность порядка (±0,38) мм (0,015") и низкую разрешающую способность. Низкая точность трафаретной печати объяс­няется тем, что необходимо обеспечить определенное расстояние (дистан­цию отрыва) между ПП и трафаретом для получения четкого несмазанно­го изображения. Наличие этого зазора приводит к прогибу трафарета во время продавливания маски через него и ограничивает точность нанесе­ния. Трафаретный способ печати используют при изготовлении ПП об­щего применения.

Фотопроявляемая паяльная маска бывает жидкой (Liquit Photo Imageable — LPI) и сухой (Dry film soldermask — DFS). Наносимая в жид­ком состоянии паяльная маска лучше, чем сухая пленочная, защищает проводники, особенно при высокой плотности рисунка. Точность нанесе­ния маски фотолитографическим способом составляет (±0,13) мм (0,005"). Фотопроявляемые паяльные маски применяют в прецизионных ПП, когда требуется высокая точность нанесения рисунка. Однако фото­проявляемые паяльные маски требуют более сложных химических про­цессов и больших затрат.

Из жидких паяльных масок в настоящее время применяют:

• однокомпонентную защитную паяльную маску UV 1200 LV фирмы Coates Circuit Prodact УФ-отверждения, которая наносится сеткографическим способом на медную поверхность толщиной 12...15 мкм на сеткографических полуавтоматах или автоматах. Она устойчива к припою или горячему лужению HAL в течение 10 с при Т=260°С; класс горючести — V-0 по UL94; сопротивление изоляции 5 10¹¹ Ом;

• двухкомпонентную жидкую фоточувствительную защитную паяльную маску Imagecure XV-501 TSM фирмы Coates Circuit Prodact, — термоотверждаемая, водо-щелочного проявления, наносится сеткографическим способом и после термического отверждения образует полуматовую поверхность;

• двухкомпонентную жидкую фоточувствительную защитную паяльную маску OPSR 5600, фирмы ТОК и др.

Для нанесения жидкой паяльной маски используют специальные уста­новки для нанесения, например, FUTURTEK EASY-PRINT 1827 — для ПП размером до 500 700 мм (9100 долл.), а для сушки — установки кон­вейерной конвекционной сушки ПП, покрытых жидкой защитной паяль­ной маской, например, FUTURTEK THERMO-MATIC I 2/0 AUT. MOD. 2727, производительностью 105 ПП/ч (75 000 долл.), а также конвекцион­ные сушильные печи для разных размеров ПП.

В настоящее время также применяются сухие защитные фотографиче­ские маски, например:

• Dynamask KM фирмы Shipley — сухая пленочная глянцевая тем­но-зеленая паяльная маска на основе эпоксидных смол, водо-щелоч­ного проявления, УФ-отверждения с последующим термическим. Применяется только для жестких ПП. Толщина — 62,5; 75; 100 мкм. Выбор толщины маски зависит от толщины проводников;

• СПФ — «Защита», Россия (ТУ16-504.049) толщиной до 100 мкм для защиты проводников от обслуживания при пайке волной припоя.

Возможны два варианта нанесения паяльной маски:

1. после операции оплавления сплава олово—свинец — этот процесс называется «маска поверх оплавленного припоя» или «solder mask over tin-lead» (SMOTL-процесс);

2. после удаления травильного резиста с токопроводящих участков. Этот процесс называется «маска поверх открытой меди» или «solder mask over bare copper» (SMOBC-процесс).

В первом варианте при пайке ЭРИ волной припоя происходит расплав­ление припоя, находящегося под маской, а также вспучивание и разруше­ние самой защитной маски. Кроме того, существует вероятность образова­ния перемычек припоя между соседними проводниками при высокой плотности монтажа.

Преимуществом SMOTL-процесса является более надежная защита проводников оплавленным припоем, которая необходима для ПП, рабо­тающих в условиях повышенной влажности.

Во втором варианте (SMOBS-процесс) таких проблем не существует, так как под защитной маской нет припоя.

Печатные платы для поверхностного монтажа обычно изготавливают по SMOBS-технологии. Это связано с высокой плотностью монтажа, необ­ходимостью предотвращения растекания маски и ее смещения на контакт­ные площадки. Применение SMOBS-процесса связано также с жесткими экологическими ограничениями по свинцу, необходимостью очистки отра­ботанной воды при применении свинца и затратами на приобретение соот­ветствующего оборудования.

Нанесение сухой паяльной маски производят на ламинаторах. Напри­мер, вакуумный ламинатор марки DYNACHEN Solder Mask фирмы Thiokol (Англия) для нанесения защитной маски СПФ состоит из ламинатора и ва­куумной установки; ширина ламинирования составляет до 610 мм, толщи­на материала — до 6 мм; скоростью нанесения — до 5 м/мин, цикл вакуумирования — 20 с. Пленка полностью облегает выступающие проводники и исключается проникновение влаги в зазоры между ФР и основанием ПП.