книги / Технология многослойных печатных плат

определенными фотографическими свойствами, а с другой — ре­ зистивными, позволяющими выдерживать травление в кислотах, щелочах, нагрев и т. д. Основное назначение фоторезистов — соз­ дание защитного рельефа требуемой конфигурации.

* Фоторезисты должны иметь: высокую светочувствительность; достаточную разрешающую способность, которая определяется числом передаваемых линий на 1 мм; однородный по всей поверх­ ности (беспористьгй и стабильный по времени)' слой с высокой ад­ гезией к материалу подложки; резкую и четкую границу между участками, защищенными и не защищенными фоторезистами (рез­ ким называют такое изображение, в котором переход от минималь­ ной к максимальной оптической плотности происходит без замет­ ной переходной зоны); устойчивость к химическим воздействиям; надежность. Фоторезисты должны не загрязнять печатные платы продуктами фотохимических превращений, изготавливаться из доступных исходных материалов и быть безопасными.

Трудно подобрать резист, отвечающий всем требованиям, эта сложная задача решается путем создания резистов различного целевого назначения. Фоторезисты разделяются на два класса: негативные и позитивные. Негативные фоторезисты под действием актиничного излучения (вызывающего активацию фоторезиста) образуют защищенные участки. В результате фотополимеризации и задубливания освещенные участки перестают растворяться и ос­ таются на поверхности подложки. Позитивные фоторезисты вос­ производят один к одному рисунок фотошаблона. Облучение из­ меняет свойства позитивных фоторезистов, так что при обработке в соответствующих растворах экспонированные участки разруша­ ются (вымываются). Перспектива остается за позитивными фото­ резистами, так как более удобно работать с позитивным рисунком.

При выборе типа фоторезиста серьезное внимание уделяется его разрешающей способности, особенно для плат с плотным мон­ тажом. Реально достижимая разрешающая способность зависит от факторов, действующих в фотохимическом процессе: плоскопараллельности подложки и слоя фоторезиста, дифракционных яв­ лений на границах фотошаблон — воздух — фоторезист — под­ ложка, диффузионного рассеяния света в слое и т. д. Позитивные фоторезисты имеют более высокую разрешающую способность, что объясняется различиями в поглощении слоем актиничного излу­ чения. На разрешающую способность слоя будут влиять: дифрак­ ционное огибание света на краю непрозрачного элемента фото­ шаблона, диффузионное рассеяние света в слое резиста, отраже­ ние света от подложки.

В слое негативного фоторезиста дифракция не играет заметной роли, поскольку узкая область, сшитая распространившимся под непрозрачные элементы светом, вымоется при проявлении. Напро­ тив, область, сшитая в результате отражения от подложки, оста­ нется, так как она прочно связана с подложкой адгезионными си­

Кислород присоединяется к свободным радикалам, образовавшим­ ся из инициатора, образуя новый, более стойкий радикал, кото­ рый, вступая в соединения с другими радикалами, образует перекисные соединения, не инициирующие полимеризацию. Таким обра­ зом, кислород вызывает гибель свободных радикалов, инициирую­ щих полимеризацию. Аналогично этому кислород присоединяется

ксвободным радикалам растущей полимерной цепи и обрывает

ее.Для предотвращения влияния кислорода экспонирование фотополимеризующегося слоя проводят через лавсановую пленку, которая достаточно эффективно ограничивает доступ атмосферно­ го кислорода. Ингибирующее действие кислорода обусловливает также характерные особенности разработанных фотополимерных

композиций — с уменьшением толщины слоя время экспонирова­ ния не уменьшается, как это имеет место для слоев ПВС, а уве­ личивается. В процессе сушки на воздухе слой фотополимерной композиции адсорбирует небольшое количество кислорода. Чем тоньше слой, тем легче протекает адсорбция благодаря наличию открытых микропор, тем больше относительная глубина проник­ новения кислорода. В толстом слое композиции кислород адсорби­ рует лишь тонкая поверхностная пленка, не оказывающая никакого заметного влияния на протекание полимеризации в слое. При уменьшении толщины слоя все большая часть энергии поглощен­ ного света расходуется на расщепление перекисных соединений, образовавшихся при взаимодействии свободных радикалов с кис­ лородом, и необходимое для проведение фотополимеризации вре­ мя экспонирования увеличивается. Как и всякая реакция, проте­ кающая при наличии свободных радикалов, фотополимеризация протекает как цепная реакция с увеличивающейся скоростью. С прекращением облучения фотополимеризация прекращается, так как инициирующие ее свободные радикалы очень активны и вре­ мя их действия составляет от тысячных до сотых долей секунды.

Светочувствительный слой состоит из следующих компонентов: полимерного связующего, полифункционального акрилового моно­ мера, фотоинициатора, ингибитора термической полимеризации, красителя, пластификатора, добавок, увеличивающих адгезию. Полимерное связующее в значительной мере определяет защит­ ные свойства фоторезиста, а также условия проявления. Промыш­ ленные образцы СПФ с органическим проявлением обычно в ка­ честве полимерной основы содержат полиметилметакрилат, а щелочепроявляемые СПФ — сополимеры метакриловой кислоты. Све­ точувствительность, разрешающая способность и защитные свой­ ства СПФ во многом зависят от химической природы мономера, содержания двойных связей и его концентрации, которая обычно составляет 40... 70% массы полимерного связующего. Для прове­ дения процесса структурирования в оптимальных условиях необ­ ходимо совпадение максимума поглощения полимерной светочув­ ствительной композиции с наиболее интенсивными линиями спект­ ра излучения ультрафиолетового источника. С этой целью компо­ зиция дополнительно сенсибилизируется введением присадок,

рафиолетового излучения. Максимум спектральной чувствительно­ сти находится в области З^О... 400 нм, поэтому экспонирование производится с помощью ламп высокого давления. Время экспо­ нирования для полимеризации резиста зависит от типа и интен­ сивности источника света, оно определяется эмпирически для каждого источника излучения, используя стандартный фотоклин с 21-й ступенью светопропускания. Оптимальное время экспони­ рования, при котором получается твердая блестящая пленка фо­ тополимера, в интервале 10... 12 ступеней. Шаблон стандартного фотоклина экспонируется в тех же условиях, в которых использу­ ются рабочие фотошаблоны.

Установлено, что время экспонирования зависит от типа источ­ ника и должно подбираться экспериментально. Так как СПФ на­ много толще, чем слой из жидкого фоторезиста, и экспонируется через лавсановую пленку, то для него важное значение имеет па­ раллельность светового потока. В процессе экспонирования необ­

так как они могут препятствовать получению плотного контакта между фотошаблоном и резистом. После любого изменения в экс­ понирующей системе, например в случае замены фотошаблона, источника излучения или пленки в вакуумной копировальной ра­ ме, необходимо корректировать время экспонирования. После за­ вершения экспонирования фоторезиста, полимеризация его на за­ свеченных участках продолжается обычно еще 15 60 мин с по­ степенно уменьшающейся скоростью. Поэтому лавсановую пленку рекомендуется снимать с фотополимерного слоя не раньше чем через 15... 20 мин. В противном случае может наблюдаться эф­ фект недоэкспонирования. При работе с СПФ приходится стал­ киваться также с эффектом переэкспонирования. Первый приво­ дит к значительному снижению химической стойкости СПФ. Внеш­ не это выражается в потере блеска пленкой СПФ после проявле­ ния. Из факторов, вызывающих недоэкспонирование, можно на­ звать такие, как недостаточный вакуум в копировальной раме, наличие зазоров между фотошаблоном и лавсановой пленкой, от­ сутствие выдержки после экспонирования, неравномерная осве­ щенность по площади заготовки, особенно по краям, использова­ ние фотошаблона с повышенной оптической плотностью прозрач­ ных полей и т. д. По сравнению с жидкими фоторезистами СПФ значительно менее критичен к переэкспонированию. Однако, если время экспонирования в 2 раза превышает оптимальное, это при­ водит к снижению разрешающей способности фоторезиста, повы­ шению его хрупкости, затруднению удаления лавсановой основы, а также способствует появлению вуали. Основным оборудованием

для экспонирования является установка АРСМЗ.258.000 и «Транекс».

Проявление и снятие СПФ. Проявление СПФ обычно произ­ водится распылением метилхлороформа (1, 1, 1-трихлорэтана) в

тем, что процесс электроосаждения меди происходит таким обра­ зом: в начальный момент рост медного покрытия сдерживается (из-за наличия оставшейся вуали фоторезиста), затем начинает наращиваться, постепенно приближаясь к фоторезисту. Дальней­ ший рост меди происходит в колодце фоторезиста. При этом на­ блюдается зигзагообразный щелевидный (20... 25 мкм) профиль медного проводника, что приводит к увеличению бокового подтравливания при травлении меди. Применение механических спо­ собов для устранения «вуали» недопустимо, так как приводит к нарушению защитного слоя фоторезиста. Поэтому для устранения этого дефекта необходима дополнительная химическая обработка проявленных заготовок в 2 0 %-ном растворе серной кислоты с по­ следующей промывкой в проточной воде в течение 2 мин. Время обработки в растворе серной кислоты 3... 5 мин при 18... 25° С. Отмывка плат после проявителя осуществляется проточной водой под давлением 200... 300 кПа. Давление необходимо, поскольку отмывка плат от растворителя производится лишь механическим действием воды. Экспонированный фоторезист достаточно устой­ чив к проявителю, частичное изменение ширины проводников 0,05...

0,1 мкм и набухание фоторезиста наблюдались лишь после ис­ пытания образцов на трехкратное время проявления.

Удаление и проявление фоторезиста производится в машинах струйного типа, это установки ГГМЗ.254.001; АРСМЗ.249.000 и «Стрип-машина».

Удаление фоторезиста СПФ-2 проводится в хлористом метиле­ не. Это сильный растворитель, поэтому операция снятия фоторе­ зиста должна выполняться быстро — за 20... 30 с. В установках для проявления снятия фоторезиста предусматривается замкну­ тый цикл использования растворителей, после орошения плат растворители поступают в дистиллятор, а затем чистые раствори­ тели переключаются на повторное использование.

Применяемые при обработке СПФ-2 органические растворы (метилхлороформа и хлористого метилена) в значительной мере оп­ ределяют производственные затраты. Для уменьшения технологи­ ческих потерь этих растворов необходимо применять: специальные вытяжные шкафы с ловушками; совершенствовать конструкции поддонов, держателей ПП; периодическую очистку резервуаров от шлаков с растворами (например, дистиллятора), наличие шла­ ков существенно сказывается на расходе растворов. Выбор тем­ пературы обработки должен производиться с учетом минималь­ ного расхода растворов, принимая во внимание относительно низ­

цессе обработки ПП в камере водной промывки (при проявлении СПФ-2 ) в воде накапливается проявитель — хлористый метилен. Распространенный метод уменьшения загрязнения воды раствори­ телем— отстаивание. Нерастворяющийся в воде хлористый ме­ тилен осаждается на дно отстойника. Обычным процессом очист­ ки воды от растворителей является адсорбция их активирован-