4.2 Технология изготовления печатной платы

Печатная плата изготавливается из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита марки СТФ-2 комбинированно-позитивным методом. Комбинированно-позитивный метод позволяет получить проводники повышенной точности. Преимуществом комбинированно-позитивного метода по сравнению с негативным является хорошая адгезия проводника, повышенная надежность монтажных и переходных отверстий, высокие электроизоляционные свойства. Последнее объясняется тем, что при длительной обработке в химически агрессивных растворах (растворы химического меднения, электролиты и др.) диэлектрическое основание защищено фольгой. По сравнению с химическим он обладает лучшим качеством изготовления, достаточно хорошими характеристиками, что необходимо в измерительной аппаратуре и есть возможность реализации металлизированных отверстий.

Описание метода приведено ниже.

4.2.1 Изготовление фотошаблонов и подготовка информации

Подготовка информации:

- разработка принципиальной схемы устройства;

- трассировка (Программные продукты: Pcad, Orcad, Accel Eda и др.). Форматы файлов P-CAD и Gerber. На этом этапе принципиальная электрическая схема преобразуется в схему разводки слоев. Очень важно при автоматической разводке правильно выбрать технологические параметры платы (допустимые зазоры, количество слоев, ширина поясков между отверстиями и контактными площадками);

- доработка файлов. Вывод файлов сверления и фрезерования. (Программные продукты: CАМ 350, Instant САМ, Circuit САМ). Последний этап имеет большое значение, т.к. ошибки на этом этапе приведут к браку во всей партии. Необходима правильная оптимизация данных, рисунка и положения элементов платы.

Изготовление фотошаблонов:

- на этом этапе производится изготовление фотошаблонов, которые затем используются для формирования топологического рисунка внутренних и внешних слоев печатной платы при экспонировании. Различают позитивные и негативные фотошаблоны. С точки зрения обеспечения совмещаемости слоев этот этап является одним из основных, т.к. если фотошаблоны будут иметь погрешности, это отразится на всей партии деталей. Очень важно контролировать совмещаемость фотошаблонов друг с другом и проводить контрольный замер фотошаблонов.

4.2.2 Резка заготовок

Листы стеклотекстолита нарезаются на заготовки. Очень важно правильно выбрать размеры заготовок, т.к. от этого зависит коэффициент использования материала. Обычно размер заготовок выбирается кратным листу стеклотекстолита. Резка заготовок может производится на гильотинных ножницах (ручных или автоматических) или на роликовых ножницах. Используется диэлектрический материал, например текстолит, ламинированный медной фольгой.

4.2.3 Изготовление базовых отверстий

На этом этапе в заготовке изготавливается набор базовых отверстий. Тип и размер этих отверстий зависит от выбранной системы. Обычно базовые отверстия круглой формы выполняются сверлением, а овальной – вырубкой. Обеспечение максимальной точности изготовления базовых отверстий на этом этапе обеспечит нормальную совмещаемость слоев и отверстий на последующих этапах.

4.2.4 Ламинирование

Следующий этап – нанесение пластичного фоточувствительного материала на заготовку. Заготовка очищается и приготавливается к нанесению фоторезиста. Этот этап проходит в чистой комнате с желтым освещением. Резист светочувствителен (обычно к ультрафиолету) и при долгом не использовании разрушается.

4.2.5 Экспонирование

Размещение фотошаблона:

На заготовке размещается фотошаблон. Круг впоследствии будет соединен с внутренним слоем. Изображение на фотошаблоне негативное по отношению к будущей схеме. Под темными участками фотошаблона медь не будет удалена. Этот этап является наиболее ответственным с точки зрения обеспечения совмещения. При использовании систем базирования точность совмещения определяется точностью изготовления базовых отверстий в заготовках и фотошаблоне, типа системы базирования. В случае ручного совмещения точность зависит от квалификации и усталости оператора. Наиболее точной системой совмещения является автоматическая оптическая система совмещения – система анализирует расположение реперных знаков и выбирает оптимальное положение фотошаблона.

Экспонирование фоторезиста:

Участки поверхности незащищенные фотошаблоном засвечиваются. Фотошаблон снимается. После этого засвеченные участки могут быть удалены химически.

4.2.6 Химическая обработка

Эти операции производятся в установках химической обработки. Существует несколько типов установок: струйные, погружные. Существуют установки конвейерного типа и с ручной загрузкой. Эти этапы оказывают косвенное влияние на совмещаемость, однако на этих этапах возможно появление большого числа других погрешностей (проколы, подтравы и др.).

Проявление:

Засвеченные участки фоторезиста удаляются, оставляя фоторезист только в тех областях, где будут проходить дорожки платы. Назначение фоторезиста – защитить медь под ним от воздействия травителя на следующем этапе.

Травление:

Заготовка травится для удаления ненужной меди. Резист, оставшийся на поверхности предохраняет медь под ним от травления. Вся незащищенная медь удаляется, оставляя диэлектрическую подложку. После травления дорожки схемы созданы и внутренний слой имеет требуемый рисунок.

Удаление резиста:

Резист удаляется, открывая не вытравленную медь. Теперь заготовка представляет собой полностью готовый внутренний слой. В нашем примере она будет вторым и третьим слоями будущей платы. На следующем этапе на нее наносятся верхний (первый) и нижний (четвертый) слои платы.

4.2.7 Сверление отверстий

Плата сверлится там где требуется металлизация отверстий. Отверстия на плате служат двум целям: обеспечивать соединение между слоями и для монтажных целей. Платы сверлятся на станках с программным управлением, часто называемым обрабатывающими центрами. Этот этап является одним из ключевых этапов, определяющих точность платы. Точность сверления определяется классом оборудования, а так же его настройкой.

4.2.8 Металлизация отверстий

Этот этап служит для покрытия отверстия тонким слоем металла. Проблема в том, что поверхность отверстия непроводящая. Для металлизации плата помещается в ванну, где плата полностью химически покрывается тонким слоем палладия. Сущность процесса химическая и в результате покрываются как диэлектрические, так и металлические поверхности.

4.2.9 Удаление припоя

Припой удаляется с поверхности меди и плата очищается. Это начало процесса, называемого SMOBC ( solder mask over bare copper – маска поверх необработанной меди ). В других процессах, оловянно-свинцовая смесь расплавляется для дальнейшего использования (лужение).

4.2.10 Нанесение защитного покрытия

Для защиты поверхности платы, где в дальнейшем не потребуется пайка, наносится маска. Существует несколько типов масок и методов ее нанесения. Фоточувствительная маска наносится тем же способом, что и фоторезист и обеспечивает высокую точность процесса. Нанесение через трафарет не обладает такой точностью, но материал маски более пластичен, и стоимость процесса ниже.

Список литературы

1 Павловский В.В. Проектирование технологических процессов изготовления РЕА - В.В. Павловский - М.: Радио и связь, 1982. -161с.

2 Фрумкин Г.Д. Расчет и конструирование РЭА - Г. Д. Фрумкин - М.: Высшая школа, 1989, 328с.

3 Угрюмов Е.П. Проектирование элементов и узлов ЭВМ - Е. П. Угрюмов - М.: Высшая школа, 1987, 318с.

4 Преснухин Л.Н. Конструирование электронных вычислительных машин и систем - В. А. Шахнов. - М.: Высшая школа, 1986, 512с.

5 Мордвинов В.А. и др. Расчет и прогнозирование надежности РЭА на стадии проектирования с использованием ПЭВМ IBM PC - В. А. Мордвинов М.: МИРЭА, 1995.-78с.

6. Фумкин Г.Д. Расчет и конструирование РЕА - Г.Д. Фумкин. – М.: Высшая школа, 1989.

7 ГОСТ 23 751-86 Платы печатные. Основные параметры конструкций.

8 ГОСТ 10 317-79 Платы печатные. Основные размеры.

9 Разевиг В. Д. Система проектирования печатных плат ACCEL EDA 12.1 (P-CAD для Windows) – В.Д. Резвиг - М.: СК Пресс, 1997. - 368с.

44