Формирование рисунка печатных плат

Нанесение рисунка схемы на ПП необходимо для получения защитной маски требуемой конфигурации при осуществлении процессов металлизации и травления. Наиболее распространены в промышленности сеткографический (офсетной печати) и фото­химический методы.

Сеткографический метод получения рисунка ПП основан на применении специальных кислотостойких быстросохнущих кра­сок, которые после продавливания через трафарет закрепляются на поверхности заготовки в результате испарения растворителя.

Основными видами специальных трафаретных красок являют­ся следующие: СТ3.12 — защитные щелочесмываемые; СТЗ.12.51 — защитные щелочесмываемые, быстросохнущие; СТ3.13—защитные гальваностойкие, смываемые органическим растворителем (хло­ристым метиленом).

Для получения маркированных знаков используются краски серии ТНП (трафаретные невпитывающиеся пентафталевые) и СТ3.19.

Качество наносимого защитного слоя в значительной степени определяется вязкостью используемых трафаретных красок. Ее оптимальная величина устанавливается исходя из температуры, номера сетки, характера изображения, наличия орошения формы и др. При оптимальном значении вязкости краска не должна самопроизвольно растекаться ни по печатной форме, ни по заго­товке, но легко и равномерно должна растекаться под воздей­ствием ракеля и продавливаться сквозь отверстия печатающих элементов формы.

Ракель обычно изготавливают из листовой маслобензостойкой резины или полиуретана толщиной около 8 мм и высотой не ме­нее 25 мм. Тщательно отполированная поверхность ракеля обес­печивает высокое качество.

Заготовка в станках трафаретной печати устанавливается с технологическим зазором 2 - 3 мм. Увеличение зазора приво­дит к повышению четкости рисунка, но одновременно повышается износ сетки. Постепенный отрыв сетки от заготовки в процессе нанесения рисунка уменьшает и его искажение, и износ сетки.

Нанесение защитной краски через сетчатый трафарет осуще­ствляется вручную или автоматическим оборудованием, которое включает загрузочное устройство, машину для рихтовки плат, сеткографический станок, сушильную печь, накопитель готовых изделий.

Загрузка ПП в станок происходит посредством ленточного конвейера подъемно-спускающего типа. Подведенная им заготов­ка фиксируется в рабочей зоне на штифтах с точностью ±25 мкм и закрепляется при помощи вакуумной системы. Синхронно краскодозирующим устройством краска подается в зону обработку, а ракель автоматически продавливает ее через ячейки трафарета. В системе управления ракелем регулируется угол наклона, ско­рость движения, давление и диапазон хода. Время, затрачиваемое на один цикл печатания, составляет 5 - 7 с. Смена трафарета и настройка станка на новый тип плат производится по контроль­ному шаблону. Для этого печатный стол перемещается с точ­ностью ±0,05 мм по двум координатам с помощью микрометри­ческих винтов и поворачивается вокруг вертикальной оси на угол 7 - 10°. Время смены и настройка не превышают 15 мин.

Закрепление краски на заготовке осуществляется длительной сушкой. Проблема сушки в трафаретной печати решается путем создания быстрозакрепляющихся красок и высокопроизводитель­ного оборудования. Краски с органическими растворителями сушат в туннельных конвейерных печах горячим воздухом при температуре 150-80 °С или под действием ИК-излучения. Краски мгновенной сушки, содержащие мономерно-полимерные композиции и фотоинициатор, закрепляются под воздействием ультрафиолетовых лучей. Однако они имеют не­большой срок хранения (в герметичной таре 0,5 г.) и высокую стоимость.

Срок хранения отпечатанных плат в условиях производства составляет 3 - 5 суток. После этого удаление краски стано­вится затруднительным. Снимают трафаретную краску 3 - 5 %-ным раствором горячей (40 - 60°С) щелочи в течение 10 - 20с. Раствор подается на заготовки устройствами струйного типа. Аналогично промываются сетчатые трафареты после работы.

Фотографический метод предусматривает нанесение на подго­товленную поверхность заготовки ПП специальных светочувстви­тельных материалов — фоторезистов, которые разделяются на негативные и позитивные. Негативные фоторезисты образуют при воздействии света защитные маски вследствие реакции фотополимеризации, при этом облученные участки остаются на плате, а не­облученные удаляются при проявлении. В позитивных фоторези­стах под действием света происходит фотодеструкция органиче­ских молекул, вследствие чего облученные участки удаляются при проявлении. Фоторезисты могут быть жидкими и сухими (пленоч­ными). Жидкие фоторезисты значительно дешевле пленочных, и для работы с ними требуется несложное оборудование. Примене­ние пленочных фоторезистов значительно упрощает ТП (исклю­чаются операции сушки, дубления, ретуширования), он легко поддается автоматизации, обеспечивает равномерное нанесение защитных слоев при наличии монтажных отверстии.

Среди жидких фоторезистов наи­большее распространение получил светочувствительный материал на основе поливинилового спирта (ПВС). Он нетоксичен, непожароопасен, проявляется подогретой до 40°С водой. В состав фото­резиста входят следующие компоненты: поливиниловый спирт — 70-120 г/л; бихромат калия — 3- 10% сухой массы ПВС; этиловый спирт — 30-50 мл/л; «Некаль» — 2 - 5 г/л; дистил­лированная вода — до 1000 мл. Недостатком фоторезистов на основе ПВС является их темновое дубление, что ограничивает срок хранения приготовленного материала и заготовок с нане­сенным слоем 3 - 8 ч. Для повышения химической стойкости фоторезиста применяют химическое дубление в растворе хромо­вого ангидрида или термическое дубление.

Холодные эмали обрабатываются без нагрева и представляют собой композиции сополимера метакриловой кислоты, метакрилата и полиэфира ТГМ. Инициатором полимеризации является бензоилформальдегидная смола, для контроля качества рисунка вводится метилвиолет. Такие эмали имеют высокую химическую стойкость, не реагируют на обычный свет.

Позитивные фоторезисты на основе диазосоединений имеют повышенную разрешающую способность, химическую стойкость, в них отсутствует темновое дубление. Примером такого фоторе­зиста может служить состав: 1,2-нафтахинондиазид (2)-5-сульфоэфир наволока — 3-5 г/л; наволочная смола — 6-10 г/л; ксилол — 70-80 мл/л; монометиловый эфир ацетатгликоля — 20 - 30 мл/л. Его широко применяют для получения тиражеустойчивых сетчатых трафаретов методом прямой печати. Нано­сят жидкие фоторезисты окунанием, центрифугированием, накат­кой валками, разбрызгиванием. При покрытии окунанием заго­товки погружаются в кювету с фоторезистом и вытягиваются с постоянной скоростью (10 - 50 см/мин). Толщина слоя опре­деляется вязкостью, скоростью вытягивания и колеблется от 4 до 8 мкм. Способ не требует дорогостоящего оборудования и обеспечивает двустороннее нанесение фоторезиста. Недостатком является неравномерность нанесенного слоя. Применение центри­фугирования и накатки валками приводит к повышению равно­мерности наносимых слоев жидких фоторезистов. Валковые кон­вейерные установки имеют секции инфракрасной сушки резиста.

Сухие пленочные фоторезисты (СПФ) более технологичны и могут быть использованы на всех операциях получения рисунка схемы. Они представляют собой структуру, состоящую из свето­чувствительного слоя, который помещается между защитной поли­этиленовой и светопроницаемой лавсановой пленками. Отече­ственная промышленность выпускает СПФ марок СПФ-2 и СПФ-ВЩ, СПФ-АС-1 толщиной 20, 40 и 60 мкм и защитные СПФЗ толщиной 90, 110, 130 мкм. Тонкие слои СПФ применяют в качестве маски при травлении меди с пробельных мест, сред­ние— для создания рисунка при нанесении слоя металлизации, а толстые — для защиты отверстий с металлизацией при травле­нии. Фоторезисты наносят на платы валковым методом при нагреве до 105 - 120°С и плотно прикатывают к поверхно­сти заготовки для удаления воздушных включений. Реализующие этот метод установки называются ламинаторами. Они снабжены терморегуляторами, тарированными устройствами прижима по­дающих валков, устройствами для обеспечения заданного зазора, давления на заготовку и обрезания фоторезиста после нанесения требуемой длины.

Экспонирование предназначено для инициирования фотохими­ческих реакций в фоторезистах. Оно проводится в установках, состоящих из источников света (сканирующих, неподвижных или точечных), работающих в ультрафиолетовой области, рефлекто­ров и коллиматоров. Для плотного прилегания фотошаблонов к заготовкам плат используют рамы, оснащенные специальными быстродействующими откачными системами для создания ва­куума. Охлаждающие устройства обеспечивают температурную стабилизацию фоторезистов и фотошаблонов.

Проявление, окрашивание и химическое дубление жидких фото­резистов производят в конвейерных струйных установках модуль­ного типа, оснащенных устройствами подачи растворов с их филь­трацией и регулировкой давления, роликовым конвейером, соеди­няющим все модули.

Для проявления СПФ используют два вида установок: камер­ные для мелкосерийного производства и конвейерные для серий­ного производства. В последних проявитель подается на заготовки встречными потоками, что обеспечивает высокую ско­рость и равномерность. Камерные установки имеют отсеки прояв­ления, промывки, насос для подачи проявителя под давлением, систему струйной промывки, змеевики охлаждения проявителя проточной водой, таймеры, систему терморегулирования и устрой­ства фильтрации проявителя. Заготовки из одного модуля в дру­гой переносятся вручную или автооператором. Конвейерные уста­новки имеют зоны загрузки, первичного проявления, допроявления и промывки плат. Валковый конвейер непрерывно транспортирует заготовки через все рабочие зоны. Установки оснащены регуляторами скорости конвейера и давления жидкости, системами охлаж­дения и терморегулирования, основными и вспомогательными на­сосами фильтрации жидкости и отстойниками промывных вод. После проявления оставшийся фоторезист должен быть твер­дым, блестящим, сплошным покрытием на поверхности заготов­ки, с хорошей адгезией к ней, без проколов и других дефектов.