книги из ГПНТБ / Федоров А.М. Основы контроля печатных схем

Г Л А В А 2

ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

В ТЕХНОЛОГИИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

2 — 1. ФОТООРИГИНАЛЫ И ФОТОШАБЛОНЫ

Фотооригиналы — это черно-белое изображение пе­ чатной платы, предназначенное для получения фото­ шаблонов— негативов или диапозитивов, выполненное в увеличенном масштабе, путем фотографирования. В зависимости от способа выполнения, изображение фотоорнгинала может быть как негативное, так и позитив-

Рис. 3 .Негативное и позитивное изображение фо­ тооригинала:

а — чертеж, б — негативное изображение/ в — позитивное изображение

ное. При позитивном изображении токопроводящие

Все зависит от того, каковы габариты печатной платы, требования, предъявляемые к точности изготовления платы, и каково применяемое оборудование.

Основные методы, используемые для выполнения фотооригиналов, следующие: 1) вычерчивание, 2)' на­ клеивание липкой ленты, 3) резание по эмали. Характе­ ристики различных методов представлены в табл. 3—5.

19

Т а б л и ц а 4

Преимущества методов изготовления фотооригиналов

1Высокая точность выполнения

2Возможность изготовления фотоорнгиналов с большой плотностью монтажа

3Стабильная повторная точность

4Высокое качество краев линии печатных проводников и монтажных площадок

5Не требуется масштабной пересъемки

б(Ротоорпгииалы не испытывают механических нагрузок при их изготовлении

7Не требуется специального дорогостоящего оборудования

8Возможность использования серийного оборудования

9Возможность использования фотоорнгиналов в качестве рабочих негативов (диапозитивов)

12Возможность многократного использования оснований фотоорнгиналов

Метод вычерчивания применяется для изготовления фотооригиналов печатных плат, сложность и насыщен­ ность которых различная. При изготовлении фотоорнги- ■налов плат, не требующих высокой точности выполне­ ния центров отверстий по всей поверхности платы (пла­ ты класса А), используется бумага ручного отлива (ГОСТ 597—56, марки В, Гознак). Точность совмеще­ ния двух сторон платы достигается путем использова­ ния обеих сторон листа. Чтобы ускорить процесс вычер­ чивания фотооригинала, на бумагу предварительно наносится координатная сетка или осуществляется разметка накалыванием. Сетка выполняется в таком цвете, чтобы ее изображение нс давало отпечатка на негативе.

Для изготовления фотоорнгиналов печатных плат, требующих повышенной точности выполнения межцент­ ровых расстояний (платы класса Б), применяется бу-

22

Т а б л и ц а 5

Недостатки методов изготовления фотоорнгиналов

1Относительно низкая точность изготовления

2Неизбежность субъективных ошибок

3Относительно большая деформация фотоорнгиналов при их изготовлении

4Необходимость масштабной пересъемки

5Трудность изготовления фотооригинала с большой плот­ ностью

6Невозможность использования фотоорнгиналов в качестве рабочих негативов (диапозитивов)

7Трудность получения на фотооригиналах тонких печатных проводников

8Трудность автоматизации производства

9Трудность исправления ошибок на фотооригиналах

10Электризация фотоорнгиналов при их изготовлении

ИНеодинаковое качество краев наносимых линии печатных проводников и монтажных площадок по обеим координа­ там

12Неравномерная плотность засветки фотоорнгиналов

13Большой объем информации при составлении программы обработки

мага машинного отлива (ГОСТ 597—56, марки В), на­ клеенная на недеформирующееся основание (алюминий, оргстекло).

Отдельные сложные типовые элементы (контактные площадки под микромодули, маркировочные знаки и др.) выполняют обычно фотоспособом на матовой бума­ ге, а затем наклеивают.

Метод наклеивания липкой ленты для изготовления фотооригиналов применяется в тех же случаях, что и метод вычерчивания. Он позволяет значительно сокра­ тить трудоемкость процесса выпуска фотооригинала. В этом случае наклеиваются печатные проводники и кон­ тактные площадки из липкой ленты на прозрачную

23

основу или бумагу, нанесенную на основание, не под­ дающееся деформации.

® Если используется прозрачное основание (винипроз, лавсановая или триацетатная пленка), то для наклеи­ вания контактных площадок служит трафарет, имею­ щий координатную сетку. Точность совмещения центров контактных площадок с узлами этой сетки должна сос­ тавлять не менее 0,1 мм.

Метод резания по эмали применяется для изготовле­ ния фотооригиналов печатных плат, к которым предъ­ является высокая точность проводников и зазоров. Ре­ зание фотооригинала осуществляется прямыми взаим­ но-перпендикулярными линиями на координатографе или координатно-расточном станке. В случае примене­ ния дополнительных приспособлений, резание можно выполнить наклонными и скругленными линиями. Плавные соединения проводников делаются вручную с использованием дополнительных приспособлений.

Для контроля качества печатных плат (прочности сцепления фольги с диэлектриком, сопротивления изо­ ляции и т. п.) за пределами контура платы на фотоори­ гинале выполняются вспомогательные элементы. Вы­ черчиваются также четыре, расположенные по углам, контрольных креста. Они предназначены для фотогра­ фирования и совмещения негативов. Два креста, распо­ ложенные по диагонали, используются для пробивки базовых отверстий. Крест, находящийся на одной из сторон платы, служит для ориентации.

На фотооригинале указывается размер, позволяющий при фотографировании получить представление об ис­ тинных масштабах платы или о масштабе между цент­ рами ее крайних отверстий. Другие размеры на фото­ оригинале не обозначаются. На него наносится так­ же децимальный номер соответствующего чертежа платы.

Выполняется фотооригинал с учетом технологическо­

проводников и контактных площадок за счет разраста­ ния металла при гальваническом осаждении увеличи­ ваются. Объем технологического отклонения определя-

24

etcfl величиной разрастания. В этом случае по сравне­ нию с размерами, предусмотренными чертежом, необхо­ димо предусмотреть уменьшение ширины проводников, контактных площадок и увеличение зазоров.

В процессе комбинированного негативного и фотохи­ мического методов изготовления плат проводники п контактные площадки подтравливаются, то есть разме­ ры их уменьшаются. Величина технологического откло­ нения, находящаяся в пределах 0,05—0,2 мм, определя­ ется величиной подтравливания. В связи с этим на фо­ тооригинале необходимо предусмотреть увеличение проводников и площадок по сравнению с рисунком схе­ мы, заданным чертежом.

Если рисунок схемы получают на основе метода сеткографни, размеры проводников и контактных площа­ док за счет растекания краски становятся большими.

Поскольку величина технологического отклонения зависит от того, каков метод изготовления печатных плат и применяемое оборудование, то в каждом кон­ кретном случае эту величину необходимо определить практически и учитывать при изготовлении фотоориги­ налов.

Фотошаблоны — негативы и диапозитивы печатных плат выполняются на фотопленке типа ФТ-31, ФТ-30, ФТ-40, ФТ-41, СК, ФТ-101, Ф-4МБ марки «П», Ф-ЗМ марки «3», ЭФДФ-ЗМ, на особоконтрастных фотоплас­ тинах, органическом стекле (толщина 0,5—3,0 мм), винипрозе и т. д.

Фотошаблонам из пластиков присущи большая ти­ ражеустойчивость, механическая прочность и .водостой­ кость. За счет увеличения толщины материала размеры фиксирующих отверстий стабилизируются. Это способ­ ствует повышению точности печатания и механической обработки.

Сущность метода изготовления фотошаблона на про­

раствора.

■ Для печатных плат готовят контрольные и рабочие фотошаблоны. Контрольные выполняются только на фо­ топластинах. После проверки на соответствие чертежу они передаются в архив вместе с паспортом и картой коррекции. Рабочие негативы и диапозитивы изготав-

25

ливают с контрольных на малоусадочной или вернее на малодеформирующейся основе.

При совмещении негативов и диапозитивов лицевой и оборотной стороны платы точность совпадения отвер­ стий должна составлять +0,05—0,1 мм. Проверка осу­ ществляется путем просмотра в проходящем свете на специальном столе пли по контрольному отпечатку со сверлением отверстий. Контролю подлежат все негати­ вы (диапозитивы).

2 - 2 . НАНЕСЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПЕЧАТНЫХ ПРОВОДНИКОВ

Для создания на фольгированной материале рисун-' ка схемы используют защитные покрытия. Вещество, составляющее слой защитного рисунка, должно прежде всего обладать стойкостью к действию травителя, плот­ ным строением и, чтобы травитсль не мог просочиться под слой, прочно закрепляться на медной фольге. С другой стороны, все эти свойства должны сочетаться с простотой полного удаления защитного покрытия после травления.

Наиболее распространенными способами нанесения изображения печатного рисунка являются фотографи­ ческий (фотоспособ) и сеткографический.

Сеткографическнй способ — наиболее рентабельный для массового производства печатных плат, у которых ширина линий и зазоров монтажного рисунка соедине­ ний не менее 0,5—1 мм. В свою очередь, фотоспособ да­ ет большую точность и четкость линий. Это оправдыва­ ет некоторую сложность технологии, присущую данному способу. В серийном производстве с экономической точ­ ки зрения он оправдан, если ширина линий и просветов составляет 0,25—0,5 мм.

Основа сеткографического способа — копирование изображения с позитива или негатива на сеточный тра­ фарет. Когда такой трафарет получен, изображение че­ рез него наносится кислотостойкой краской на фольгу. Достигается это путем продавления резиновым скреб- ком-ракеле"м через трафарет.

При трафаретном способе печати основой печатной формы служит сетка, закрепленная на раме. Качество трафарета во многом зависит от качества сетки. В отече-

26

ственной практике широкое применение получили шелко­ вые, капроновые п металлические сетки.

Частота сетки, то есть количество отверстий, прихо­ дящихся на 1 см длины, соответствует ее номеру и вы­ бирается в зависимости от характера воспроизводимого изображения. Для «грубых» работ обычно используется сетка 40—50 номера, а для более сложных — № 60 и выше. Чем сетка мельче, тем точнее передает трафарет изображение.

Во многих случаях, когда большой точности изобра­ жения не требуется, применяются металлические сетки, например, из фосфатной бронзы (№ 0063; 0071). Они обладают хорошей механической прочностью, однако недостаточно эластичны и малопрозрачны.

Наиболее распространены сейчас капроновые сетки. Их достоинства: высокая эластичность, стойкость к ме­ ханическому истиранию, несмачиваемость ячеек крас­ кой, хорошая проводимость краски через ячейки во вре­ мя печати. К недостаткам относятся высокая степень растяжения и неудовлетворительное закрепление на сетках фотоэмульсионного слоя. Чтобы этот слой дер­ жался как можно прочнее, сетка обрабатывается вен­ ской известью и нейтрализуется 5%-ным раствором со­ ляной кислоты. Синтетические ткани перед обезжирива­ нием рекомендуется обрабатывать в растворе 2—3%- ной муравьиной кислоты [3]. Это позволит нитям луч­ ше закрепляться в местах пересечения.

Описание технологического процесса изготовления трафаретных печатных форм на капроновой сетке сде­ лано Т. Н. Мутт [4].

Трафареты для печати изготовляются фотоспособом. В настоящее время применяются в основном два спосо­ ба: 1) прямой и 2) переноса (пигментный способ). Рас­ смотрим каждый из них.

Прямой способ.. Сетка для изготовления трафарета крепится в специальных рамах. Крепление и натяжение сетки осуществляются при помощи четырех планок пря­ моугольного сечения. Планки плотно зажимают натяну­ тую ткань в канавки, имеющиеся по краям рамы. Изго­ тавливают рамы из дерева, металла, текстолита. Углы всех видов рам должны быть хорошо закреплены. Тог­ да во время работы рамы не будут перекашиваться.

Сетку, укрепленную в раме, обезжиривают спиртом

°7

или ацетоном, промывают водой и на основе поливини­ лового спирта или желатины наносят на нее свето­ чувствительную эмульсию. Равномерное распределёние эмульсии и сушка осуществляются в центрифуге (тем­ пература 30—35°С, скорость вращения 60—80 об/мин). Эмульсия наносится на .сетку в два слоя.

Экспонируется изображение с фотошаблона в свето­

действием света разлагается, причем наибольшее воз­ действие оказывает ультрафиолетовая часть спектра, длина волны которой около 300 ммкм. Образующиеся при разложении окислы хрома окисляют органическое вещество, входящее в состав эмульсии. Происходит по­ лимеризация (дубление) этого вещества. Незасвеченные участки во время проявления (промывки) в воде набухают и растворяются, а засвеченные не набухают. Для удобства визуального наблюдения в проявитель добавляют анилиновый краситель. Чтобы усилить кис­ лотоупорность оставшегося защитного слоя, в растворе хромового ангидрида в течение двух минут произво­ дят дополнительное дубление и тепловую полимери­ зацию.

Наиболее эффективный способ сушки — термораднационный, при котором тепловая энергия быстро и непо­ средственно передается нагреваемой поверхности. Про­ цесс сушки идет от внутренних слоев к наружной по­ верхности, пленка высыхает при максимальном удале­ нии летучих продуктов без образования пузырей на ее поверхности. При этом отмечаются в основном явления полимеризации, а не окисления. В результате качество защитного слоя повышается.

Способ переноса (пигментный способ). Широко применяется в случае повышенных требований к четкос­ ти рисунка. Основу способа составляет перенос фотооб­ разующего пигментно-желатинового слоя с временного основания на сетку. Для этого используется пигментная бумага. В состав ее входят бумажная подложка и слой пигментно-желатиновой суспензии.

Пигментная бумага нарезается таким образом, что­ бы лист перекрывал рисунок по длине и ширине на 3— 4 см. Пигментный слон сенсибилизируется в растворе,

28