Заводян Лабораторный практикум

сложныхустройствахсвысокоплотныммонтажом.Крометого,немаловажно учитыватьпроблемыулавливанияипереработкисточныхотходовхимикогальваническогопроизводственногоучасткавпланетребований

Таблица2 Сравнительнаяхарактеристикаперспективныхметодовполученияметаллических

покрытий

1Химическое Осаждениевхимическихрастворахприпротекании осаждение окислительно-восстановительныхреакцийв

присутствиикатализатора(катализаторомслужит обычнопалладий,которыйнаноситсяна поверхностьматериалаоснованияплатыприее активации).Процессболеесложный,чем электролиз.Толщинапокрытийравномерная. Стоимостьпокрытийв3-4разавыше гальванических,аадгезия,физико-химические свойстваиэлектросопротивлениехимических покрытийуступаютэлектролитическим (гальваническим)покрытиям.Требуетспециальной подготовкиповерхностизаготовкиперед

41

осаждением.Низкаяскоростьосаждения1-2,4 мкм/ч(прималыхскоростяхкачествопокрытий лучше).Толщинапокрытий1-30мкм.Процесс трудноуправляемый.

продолжениетабл.2

42

экологииипоискивэтойсвязиальтернативныхэкологическичистыхтехнологий. Освоениеновыхтехнологийвакуумнойметаллизации(восновукоторых

43

положеныметодыосажденияэлектропроводящихпокрытийввакууме)для производстваППиМПП(см.табл.1)позволяетвотдельныхслучаяхрешить несколькопроблемсразу,хотяитребуетпрецизионногооборудованияисредств контролятехнологическогопроцесса.Использованиесухихпленочных фоторезистоввпроизводствеППперспективнонетольковсвязисувеличением выходагодныхплат(до90%)засчетулучшениякачествазащитноймаски (особеннопередхимическиммеднением),ноивследствиесокращениячисла операцийприформированиимаскирующегопокрытия,атакжевозможности организациянепрерывногоэкологическиболеечистого(чемтрадиционные) производственногоцикладляполучениярисункакоммутациивгерметично замкнутомобъеме.

Основныетехнологическиепроцессыполучениямногоуровневой коммутацииприизготовленииМППохарактеризованывтабл.2,гдеих перспективностьпредставленасточкизренияплотностирисунка коммутирующихэлементов,электрофизическихпараметров,атакжеодногоиз показателейоценкинадежностиплат.

ФормированиемонолитнойструктурыМППосуществляетсяс применениемследующихтехнологий:

- пакетной,основаннойнаметоденаборавпакетбазовыхслоев,т.е. отдельныхзаготовок(послесозданиянаниходно-илидвустороннейкоммутации иметаллизациипереходныхотверстий),обычночередуемыхсоспециальными прокладкамиспоследующимихскреплениемпутемпрессования,склейки, вакуумнойпропайкичерезсквозныеметаллизированныеотверстияит.д.Для повышенияточностисовмещенияикачествамежслойныхсоединенийвпакете важнонетолькоиспользованиеточныхсистембазирования(приформировании базовыхотверстийвоснованияхзаготовок)итонкихдиэлектрическихоснований заготовок,ноиправильныйвыбортехнологическоговариантаирежимов процессаскреплениябазовыхслоеввпакете(попарноелибоодновременное прессованиеидр.).КоличествослоевМППвэтомслучаеограничиваетсяв основномдопустимойпогрешностьюсовмещениямежслойныхпереходов базовыхслоев,котораявозрастаетсувеличениемколичестватакихслоев; -наращиванияслоев(иногдаееназываетподложечнойтехнологией},основанной наметодахпослойногонаращиваниячередующихсякоммутационныхслоев (уровнейкоммутации)сизолирующими(диэлектрическими).Обычноэто осуществляетсяприемамитонко-илитолстопленочнойтехнологий.Количество слоеввданномслучаеограничиваетсяпреимущественноразмерамирельефа коммутации(возрастающегосувеличениемчислаееслоев),приводящегок ухудшениюфункциональныхпараметровэлектронныхустройств.

44

*Подполимернойтехнологиейследуетпониматьтехнологическийпроцесс получения ПП (КП) с применением полимерных проводящих и диэлектрических паст,наносимых,например,трафаретной печатью. Полимерная технология может быть реализована с применением припойных материалов (так называемая полимерно-припойная технология) и без них (так называемая бесприпойная или чисто полимерная технология). В последнем случае для получения электрических соединений принавесных компонентов на плате используютэлектропроводящиеполимерныеклеи(контактолы).

ЗаключительныеоперациивизготовленииПП,консервацияПП

Изготовительдолженгарантироватьсохранениепаяемостипечатныхплат втечениедлительногосрокаиххранения(шестьмесяцев).Сэтойцелью производитсяоплавлениеметаллорезиста(гальваническиосажденногосплава олово-свинец)наплатахилиихгорячеелужение.

Приоплавленииструктурасплавауплотняетсяв1,3-1,5разаиизнего удаляютсяостаткиэлектролитаидругихзагрязнений.Впромышленности применяютоплавлениеспомощьюИК-излученияиливжидкомтеплоносителе.

Еслиприизготовленииплатнепредусматриваетсяпокрытиеих проводящихдорожекметаллорезистом(например,дляОППилиплат, изготавливаемыхаддитивнымспособом),тодляулучшенияпаяемости применяютгорячеелужениеихпроводящегорисункаспомощьюприпоятипа ПОС-61.Нанесениеприпояпроизводятспособомпогруженияиливолной расплава(первыйспособ).Толщинаприпоянаплатахсоставляет6-10мкм,аего излишкиудаляютсянепосредственнопосленанесения(покаоннеуспел затвердеть)спомощьюцентрифуг,ракелей,струйгорячеговоздухаит.д.Второй способлужениязаключаетсявнанесениинаплатустрогодозированного количестваприпоявзонупайки.Дляэтогоприменяютспециальныеприпойные пастыи,например,трафаретнуюпечатьспоследующимоплавлениемпастылибо однуилинесколькопарвалков,вращающихсяврасплавленномприпое.

Заключительныеоперациивпроизводствепечатныхплатвключают: подготовкуповерхностиППдляконсервации,контролькачестваподготовкии консервацию(намежоперационноеилидлительноехранение).Удалениесплат загрязненийиосветлениеметаллическогопокрытиядлясохраненияего паяемостипроизводитсяспециальнымирастворамиспоследующей конвекционнойсушкойпри40-60°Свтечениешестичасов. Контролькачествапечатнойплатыможнопроизводитьвизуально.Приэтом

45

необходимообратитьвниманиенасоответствиерисункаметаллизацииплатыее топологии,напримерприведеннойнарис.8,атакженавозможныедефекты: наличиеподтравовинеотравленныхучастков,загрязнениедиэлектрика остаткамитравителяифоторезиста,отслаиваниефольгиотоснования, неравномерноеоплавлениеприпоя,затеканиеприпоянадиэлектрическоеполе платы,следыожоговит.д.

Приболеетщательномконтроленеобходимоизмерятьгеометрические размерыспомощьючасовогопроектораилиинструментальногомикроскопа,а такжеизмерятьвеличинуадгезионнойпрочностипроводниковкпечатнойплате методомотрыва(наконтрольныхобразцах).

Взависимостиотсложностиметаллическойразводки(плотностирисунка, размеровтопологическихэлементовиуровнейметаллизации)качество изготовленныхППопределяютпопроверкецелостностиэлектрическихцепей, отсутствиюкороткихзамыканий,атакжепооценкенадежностисприменением различноговидаиспытаний(втомчислеускоренных)тест-платна,устойчивость ктермоцикламилидругимвоздействиям.Порезультатамиспытанийможно судитьнетолькообэксплуатационнойнадежностиплат,ноиостепени совершенстватехнологииихизготовления(рис.9).

Печатныйплатыконсервируютсприменением,например, ацетоноканифольногоилиспиртоканифольногофлюса,распыляемогопо поверхностиивотверстияплатвспециальныхраспылительныхкамерах.После просушкиихупаковываютвполиэтиленовыепакетыкаждуюотдельноили последовательнопонесколькоштук(впакетыналенте).

Оборудованиеиспецификаавтоматизациипроизводствдляизготовления

печатныхплат

Напредприятиях,выпускающихПП(МПП),используемоеоборудование обычноподразделяютнатрибольшиегруппы:дляизготовленияфотошаблонов, дляизготовленияППидляихконтроля(впроцессеипослеизготовления).

Приизготовлениифотошаблоновиспользуютсякоординатографыдля полученияоригиналов(например,обработкойсветовымлучом

46

светочувствительногослоя);фотоуотановкидляизготовленияфотошаблоновс прозрачныхинепрозрачныхоригиналов;контактно-копировальныестанкидля контактногокопированияснегативовилидиапозитивовнасветочувствительный слой;установкипроявленияпослеэкспонированиясветочувствительныхслоев; сушильныешкафыдлясушкифотошаблонов.Крометого,используется различноеоборудованиедлявыполненияподготовительныхопераций (формовкизаготовокфотошаблонов,ихочисткиидр.).

Вкомплексоборудованиядляпроизводствапечатныхплатвходит оборудованиедлярезкилистовыхматериалов,сверленияотверстий,обработки заготовок,созданияпроводящихлибодиэлектрическихпокрытий,формирования рисункавпроводящемслое,полученияпечатногорисунканадиэлектрическом основании,прессованиябазовыхслоеввпакетидругиевзависимостиот технологииизготовленияПП(МПП).

Комплексконтрольно-измерительногооборудованиявключаетсистемы контролялибоконтроляистабилизациипараметровтехнологическихсред*, например,автоматическаяустановкаконтролярежимапрессованияв производствеМПП,автоматическаялинияконтролярежиматравлениялибо химическогоилиэлектрохимическогоосажденияидр.,атакжесистемы контролякачестваизделиянаразныхэтапахегопроизводстваипосле изготовления,напримерустановкиконтролякачестваочисткипечатныхплат, целостностипроводников,наличиякороткозамкнутыхцепей,сопротивленияи электрическойпрочностидиэлектрическихучастковпечатныхплатидр.

*Подтехнологическойсредойследуетпониматьсовокупностьтехнологических материалов(основныхивспомогательных)ивоздействий(температуры,

47

давленияидр.),используемыхдляреализациисинтезаизделия.

СпецификойавтоматизированногопроизводстваПП,обеспечивающего повышениекачестваиобъемавыпускаизделийприснижениисебестоимости, являетсяучетнаэтапеихпроектирования:

-классаплотностикоммутации(поширинеишагупроводников,равных0,75;0,45; 0,25;015и0,10мм,соответственноразличают1-5классыплотностикоммутации ПП)исвязанныесэтимтребованиянеобходимогоуровняавтоматизации производства,например,поточностирасположениябазовыхидругихотверстий, размеровдиаметровотверстий,размеровзазоровмеждупроводящими элементамиит.д.; -стандартизациигабаритныхразмеровПИ(дляуменьшениячисларегулировок технологическогооборудования,включаятранспортныесистемы); -возможностивстроенноготест-контролякачестваППнаответственных операцияхавтоматизированногопроизводства; -размернойстабильностиматериаловдляППитехнологическойоснастки (фотошаблонов,трафаретовит.д.)вусловияхавтоматизированного производства; -принциповсистемотехники,атакжебазыданныхдлянеобходимого оборудованиясцельюразработкиавтоматизированнойсистемыуправления технологическимпроцессом(АСУТП).

Необходимостьвоснащенииавтоматизированныхтехнологическихлиний

системамипрецизионногоконтроляпараметровтехнологическихсреди

техническогозрениядолжнабытьэкономическиобоснованасучетом минимизациипроизводственныхпогрешностей.

АнализраспределенияоперационныхпогрешностейвпроизводствеМПП (табл.3)показывает,чтосуммарнаяпогрешностьуменьшаетсявосновномза счетпостоянногоповышенияточностныххарактеристиктехнологического оборудования,чтонеможетпродолжатьсябесконечно.Поэтомуважны разработкиновыхтехническихрешений,позволяющихснизитьилиполностью исключитьвлияниетехнологическихфакторовнасвойства(например, деформацию)материаловПП.Ктакимрешениямможноотнести:замену пленочныхполимерныхоснованийфотошаблоновнастеклянные;исключение припрессовкифольгикдиэлектрикамяприменениеспособовосаждения проводящихслоев(например,приразложенииметаллоорганическихсоединений, плазмотроннымраспылениемит.д.)надиэлектрическоеоснованиеплаты; получениепроводящегорисунканепосредственновфоторезисте(т.е.без фотошаблона)припомощилазерныхсканирующихгенераторовизображенияи др.РазработкановыхавтоматическихсредствдляпроизводстваПП(МПП продолжаетсявнаправлениипоискаперспективныхметодовиспособов, которыебыпозволилинетолькоповыситьуровеньавтоматизации оборудования,ноикачествовыполняемыхимфункций.Так,совершенствование автоматовдляполученияпечатногорисункаосуществляетсяадекватно возрастаниямтребованиямкрегулировкетехнологическихпараметровпо количествуиточности,кнастройке(иперенастройке)оборудования,кдозировке технологическихматериалов,атакжексистемамзагрузки-выгрузкизаготовоки обеспечениянепрерывностипроцессаформированиярисунка.Вакуумное прессованиевпроизводствеМГШспрецизионноконтролируемой технологическойсредойспособствуетсущественномуповышениювыхода годныхплатсминимальнымивнутренниминапряжениямииискажениямивих структурах.Проблемысовершенствованияавтоматовдлясверлениясвязаныв основномстенденциейкуплотнениюкоммутациинаПП(МПП),следствиемчего

48

являютсяуменьшениедиаметраотверстий,повышениеплотностиразмещенияи увеличениеглубиныотверстий.Минимальныйдиаметрсверла,изготовление которогоудалосьосвоитьзарубежом,составляет0,2мм,новыходгодныхПП приегоиспользованиинепревышает30%.Сприменениемотечественных лазерныхсистемсверленияпредполагаетсяуменьшитьдиаметротверстийвПП до0,1мм(приоптимальнойдлительностисерийимпульсовиплотности лазерноймощности),атакжеобеспечитьлучшеекачествометаллизации отверстийвсравнениястрадиционнымсверлением.

Автоматизация процессов нанесения гальванических и химических покрытийосуществляетсявдвухнаправлениях:автоматизациятранспортировки заготовокизваннывванну,чтообеспечиваетточноесоблюдениетехнологиии сокращает продолжительность вспомогательных операций; автоматизация контроля,регулированияистабилизацииосновныхпараметровтехнологических сред (например,плотности тока,температуры,рН,уровня и циркуляции электролитапригальваническом осаждениимеди),чтопозволяетповысить производительностьтруда(например,пригальваническомосаждении)в1,5-2,5 раза,сократитьчислоработающихирезкоулучшитькачествопрокрытая.Второе направлениевомногомсвязаноспоискомэффективныхметодовконтроляи первичных источников информации (например,датчиков для определения площади металлизации при гальваническом осаждении,что значительно упростилобысуществующиеспособыконтроляистабилизацииплотноститока электролита).ПриразработкеиливыбореАСУТП осажденияметаллических покрытийважноправильноопределятькритерииоптимизации(илипоказатели оптимальности)процесса.Например,производительностьгальваническойлинии - важный показатель режима ее работы, однако, число заготовок, обрабатываемыхвединицувремени,неможетслужитьдляегообъективной оценки,таккакприэтом неучитываетсятолщинаиплощадьосаждаемого покрытия,поэтомув данном случае производительность N целесообразно определятькакN=Sδ/t,гдеS-площадьповерхностипокрытияодновременно обрабатываемыхзаготовок;δ-толщинапокрытия;t-времянанесенияпокрытия. Перспективны,сточкизренияповышенияпроизводительности,гальванические автоматические линии с автооператорами,маршрут и последовательность действий которых, а также контроль параметров процесса осаждения, осуществляется АСУ ТП (допускающими оперативную перенастройку) по оптимальнымциклограммам.

В последние годы появились автоматические линии для химической металлизацииоснованийПП.Учитываявысокуюстоимостьрастворов,например, дляхимическогомеднения,линииукомплектовываютваннами(сборниками)для улавливанияостатковхимикатов,чтопозволяетуменьшитьихсодержаниев проточнойводев10раз.Крометого,получениевысококачественныхпокрытий химическимосаждениемтребуетоснащениялинийсистемаминагреварабочего раствора,покачивания,автоматическогодозированиякомпонентовраствораи его расхода, фильтрации, барботажа очищенным воздухом, контроля технологических сред и т.д.Для обеспечения экологической безопасности автоматические линии гальванического и химического осаждения металлическихпокрытий должны бытьорганизованы по замкнутомуциклу работы,т.е.дополнительносодержатьсистемыочисткиирегенерациирабочих жидкостейсцельюдальнейшегоихиспользованияврабочихмодулях.

Домашнеезадание

49

1.Ознакомиться с материалом,изложенным в описании работы. ИзучитьпроцессизготовленияППпосубтрактивнойтехнологии.

2.Ознакомиться с технологическим оборудованием и правилами работынанем(описаниянаоборудованиеполучитьулаборанта).

3.Составитьформутабл.4,заполнивдовыполненияработы графу "Наименованиетехнологическихопераций".

4.Подготовитьответынаконтрольныевопросы.

Лабораторноезадание

1.Изготовитьпечатнуюплатупосубтрактивнойтехнологии,используя методические указания, изложенные в описании, и оценить качество выполненнойработы.

2.Результатывыполненияработызанестивформутабл.4.

3.Составитьотчетвсоответствиистребованиямикотчету.

Оборудование,приборы,приспособления, инструментыиматериалы

Для изготовления печатныхплатв лаборатории имеется следующее оборудование:установкананесенияфоторезиста,установкаИК-сушки,установка совмещенияиэкспонирования,шкаф химический(типа2Ш-НЖ),термошкаф «Электродело».

В работе используются следующие приборы, приспособления и инструменты:микроскоп типаМБС-9,держательфотошаблона,фотошаблон, пинцет,таратехнологическая,чашкаПетри,ванночкадлятравления.

Материалы:травительдлямеди,проявительдляфоторезиста,спирт этиловыйректификованный,фоторезистпозитивный(типаФП-383),ацетон,бязь, батист,водадистиллированная,фильтрыобеззоленные,фольгированный стеклотекстолит,напальчники,спецодежда.

Форматабл.4

Результатывыполненияработы

Примечание. При использовании автоматизированной линии (для изготовленияППпосубтрактивнойтехнологии),включающей,например,модуль офсетнойпечати,понадобятсянекоторыедругиематериалы инеобходимаяв этомслучаеоснастка.

50