Глава 5

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

На рис. 5.1 представлена схема производственных связей между участками цеха ПП, а на рис. 5.2 — основные этапы изготовления ПП, которые будут рассмотрены в этой главе.

Виды брака Т1П, получаемого на разных операциях ТП, приведены в Приложении П.9.

Рис. 5.1. Схема производственных связей между участками цеха ПП

5.1. Изготовление оригиналов и фотошаблонов пп

Оригиналы и фотошаблоны(ФШ)нужны длядля создания рисункаПП в соответствии с электрической принципиальной схемой. Для этого изготовляют комплект ФШ, состоящий из следующего.

Оригинал рисунка ПП – изображение рисунка ПП , выполненное с точностьюв увеличенном масштабе нп карое, стекле, илипленке.

Оригинал рисунка ПП содержит все проводники и контактные пло­щадки, выполненные в заданном масштабе с соблюдением размеров, рас­стояний между ними и координат расположения их на ПП, а также контур готовой ПП, тестовые отверстия, маркировочные знаки и другие элементы, т. е. все элементы печатного монтажа, которые должны быть воспроизведе­ны в виде рисунка из меди или алюминия при изготовлении ПП. После изготовления оригинала рисунка ПП его уменьшают до истинных размеров путем фотографирования, за счет чего снижается погрешность оригинала, и эти уменьшенные копии используются в качестве ФШ.

Основание оригинала — прозрачный малоусадочный материал, размер которого определяется размером ПП и масштабом увеличения оригинала.

Фотошаблон рисунка ПП — фотографическое воспроизведение ориги­нала в масштабе 1 : 1 на высокостабильной основе (пленке или стекле) или инструмент, используемый для копирования имеющегося на нем изобра­жения с помощью света (рис. 5.3). .

Фотошаблон устанавливают на поверхность ПП, на которую предвари­тельно нанесена фоточувствительная пленка. Изображение с ФШ на ПП пе­реносится способом контактной печати экспонированием УФ-излучением. На ФШ имеются рабочая зона, технологическое поле и контрольные знаки.

Рабочая зона ФШ — часть ФШ, на которой расположены элементы то­пологии фотошаблона.

Технологическое поле ФШ — часть ФШ, расположенная по контуру ра­бочей зоны ФШ с контрольными и технологическими знаками, необходи­мыми для изготовления ФШ и ПП (как правило, ширина обычно не пре­вышает 30 мм).

Контрольный знак — специальный топологический элемент в виде штриха, щели, креста и т.д., который необходим для контроля точности изготовления оригиналов и ФШ; применяется при установке ФШ в про­цессе мультипликации (рис. 5.4).

Топология ФШ—рисунок (чертеж), определяющий форму элементов ФШ, их взаимное расположение, геометрические размеры и предельные отклонения размеров.

Элемент топологии ФШ — проводник, контактная площадка, концевой контакт, экран и другие элементы в топологии ФШ/

Рис. 5,3. Фотошаблон: 1— рабочая зона; Рис. 5.4. Виды контрольных знаков на ФШ2— технологическое поле;3— контроль­ный знак

По назначению ФШ делятся на эталонные (хранятся в архиве в гори­зонтальном положении) и рабочие (являются копиями эталонных, их заме­няют Новыми копиями эталонных при выходе рабочих ФШ из строя).

Эталонный ФШ — ФШ, предназначенный для последующего изготов­ления рабочих ФШ.

Рабочий ФШ — ФШ, используемый в производстве для копирования имеющейся на нем топологии при помощи света на заготовку ПП.

Для получения рабочего ФШ собирают пакет, состоящий из эталонно­го ФШ и неэкспонированной пластины, на которую методом экспониро­вания переносят изображение с эталонного ФШ (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Пакет фотошаблонов:

1 — неэкспонированная пластинка; 2 — эталонный ФШ; 3 — штифты

Если в производстве ПП используются не индивидуальные заготовки, а групповые с несколькими ПП на одном основании, то для получения ри­сунка применяются групповые ФШ.

Групповой ФШ — ФШ рисунка ПП, из которого выполнено не менее двух рисунков ПП в масштабе 1:1.

На каждую ПП изготавливают комплект оригиналов и комплект ФШ. Комплект оригиналов содержит следующие отдельные оригиналы:

• рисунка со стороны пайки;

• рисунка стороны монтажа;

• паяльной маски;

• оригинал с обозначениями устанавливаемых ЭРИ на стороне монтажа.

На разработанный комплект оригиналов изготавливается комплект

ФШ также на каждую ПП.

Комплект фотошаблонов — количество ФШ, совмещающихся между собой, необходимое и достаточное для изготовления ПП определенного типа и наименования. Для совмещения элементов топологии (рисунков) всех ФШ комплекта для получения рисунка ПП совмещают контрольные знаки, расположенные на технологическом поле каждого ФШ.

Совмещаемость комплекта ФШ — соответствие взаимного расположе­ния элементов топологии (рисунков) двух или нескольких ФШ комплекта, которое обеспечивается при помощи контрольных знаков. Схема располо­жения контрольных знаков на оригиналах и ФЩ ПП приведена на рис. 5.6. Контрольные знаки в виде креста 1, 3, 5 предназначены для кон­троля точности изготовления оригинала и ФЩ и для совмещения ФШ ПП; кресты 2, 4, 6 — дня установки эталонного ФШ в процессе изготовления-

группового ФШ ПП на фотографической пластине с фиксирующими отверстиями.

Качество совмещения комплекта ФШ определяется значением несовме- щения центров контактных площадок 5 по следующей формуле (рис. 5.7):

где D, и D₂ — диаметры контактных площадок; М_х и М_у — сдвиг контакт­ных площадок по оси Хи Y.

Основной проблемой при производстве ФШ на пленках (эталонных и рабочих) являются обеспечение точности и геометрической стабильности основных размеров рисунка при изменении относительной влажности и температуры окружающей среды, воздействующих на пленку, а также ста­рение пленки в результате длительного хранения и несоблюдения режимов ее обработки, так как все не точности ФШ будут воспроизводиться на изго­тавливаемых ПП.

1

Y

Рис. 5.7. Несовмещение центров контактных площадок S: 1,2— КП различных слоев ФШ; 3, 4 — контрольные знаки

Качество рабочего ФШ зависит:

• от качества эталонного ФШ: точности геометрических размеров, рас­положения и резкости края элементов топологии;

• оптической плотности темных и светлых участков; /

• от плоскостности и оптических свойств подложки фотоматериала, на который производится печать: коэффициентов отражения, поглоще­ния, преломления;

• ot свойств применяемых фотоматериалов: от светочувствительности, коэффициента контрастности, разрешающей способности.

Качество ФШ характеризуется следующими основными параметрами: оптической плотностью, контрастностью и резкостью изображения.

Оптическая плотность (степень почернения) фотошаблона D определя­ется на денситометрах в единицах оптической плотности (белах) по формуле

D = lgL_0/L, (5.2)

где L₀w L — интенсивности световых потоков, соответственно, падающего на темные или светлые участки фотошаблона и прошедшего через них.

Для получения рисунка (защитного рельефа) высокого качества необ­ходимо, чтобы светлые и темные участки ФШ не выходили за пределы ра­бочего диапазона оптической плотности почернения.

Контрастность — разность в почернении наиболее темного и светлого участка ФШ, выраженная в единицах оптической плотности.

Резкость изображения определяется шириной переходной зоны (Н) от оптической плотности почернения Z), к D₂ в миллиметрах (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Ширина переходной зоны от оптической плотности ФШ D\ к определяющая резкость изображения

Например, для получения изображений в пленочном фоторезисте с разрешением 50... 100 мкм ФШ должны иметь оптическую плотность не­прозрачных полей более 3,5 ед. оптической плотности, прозрачных по­лей — менее 0,1 ед. оптической плотности, резкость края изображения не хуже 2...3 мкм.

В качестве фотоматериалов основания ФШ применяют:

• фотографические пластинки с эмульсионным слоем. Их недостатка­ми ^является низкая адгезия эмульсионного слоя, наличие вуали, влияющей на геометрические размеры элементов топологии и пр.; достоинствами — незначительная толщина эмульсионного слоя за счет чего повышается разрешающая способность;

• фототехнические пленки с эмульсионным слоем. Они удобны в работе, но подвержены линейным деформациям вследствие ; усадочных явлений, вызванных химико-фотографической обработкой, измене­нием температуры и относительной влажности; однако эти погреш­ности являются систематическими и могут быть учтены при изготов­лении и съемке оригиналов и ФШ;

• диазоматериалы (диазопластинки и диазопленки) — это пластинка или полиэфирная (полиэтилентерефталатная или лавсановая) пленка с диазослоем, чувствительным к сине-фиолетовьш (ультрафиолето­вым) частям спектра. Диазопленка обладает высокой стабильностью геометрических размеров при изменении относительной влажности и температуры, а светочувствительный диазослой обеспечивает высо­кую контрастность изображения с высокой разрешающей способно­стью. Кроме того, диазопленка нечувствительна к дневному свету, поэтому для работы с ней не требуется темная комнйта. Экспониро­вание производится на установках с источниками излучения с дли­ной волны 350...450 нм, в качестве которых Применяются ртут­но-кварцевые, ксеноновые и другие лампы. Проявление проводится в парах аммиака без применения воды, вследствие чего не происхо­дит линейных деформаций, и сразу после проявления оригиналы и фотошаблоны готовы к использованию;

• бессеребряные светочувствительные материалы.

Эмульсионный ФШ — ФШ, изготовленный на фототехнических пленках или фотографических пластинках. ^!

Диазотипный Ф1Й — 1) ФШ, изготовленный на диазопленках или диа­зопластинках; 2) ФШ, светочувствительный слой крторого выполнен на основе диазосоединений.

К рабочим ФШ предъявляются следующие технические требования:

• при изготовлении рабочих ФШ необходимо, чтобы размеры элемен­тов топологии ФШ и расстояния между ними соответствовали требо­ваниям конструкторской документации (КД) на ПП с учетом техно­логических допусков на изготовление ПП;

Таблица 5.1.Предельные отклонения размеров элементов топологии ФШ

I Класс точности ПП	Предельные отклонения размеров элементов топологии ФШ, мм
1	±0,10
2	±0,05
3	±0,03
4	±0,02
^5	±о,о1

предельные отклонения размеров элементов топологии ФШ в зави­симости от класса точности ПП должнысоответствовать значениям приведенным в табл. 5.1;

Являются основанием для расчета технологического допуска на изготов­ление эталонного ФШ.

• ползиционный допуск доложения элементов топологии ФШ в диа­метральном выражении должен быть выдержан в соответствии с классом точности ПП (табл. 5.2);

• точность совмещения 5 комплекта ФШ по КП должна быть обеспе­чена в соответствии с данными табл. 5.3;

• размеры дефектов (проколов, точек, царапин) в рабочей зоне ФШ не должны быть более 0,05 мм для ПП 1—3-го классов точности и более 0,02 мм для ПП 4- и 5-го классов точности, а для проводников ши­риной 0,05...0,08 мм не должны превышать 0,01 мм (рис. 5.9);

Дефект рабочей зоны ФШ — прозрачная или непрозрачная для излучения область в рабочей зоне, не предусмотренная топологией ФШ (рис. 5.9).

2

Рис. 5.9. Дефект рабочей зоны ФШ: 1 — точка; 2 — прокол

• гарантийная наработка при соблюдении условий эксплуатации, хра­нения и транспортировки должна быть:

1. эмульсионные ФШ — 50 операций контактной печати;

2. диазотипные ФШ — 100 операций контактной печати;

3. эмульсионные стеклянные ФШ с фиксирующими отверстиями с защитной пленкой при однократном нанесении — 300 операций контактной печати.

Контроль качества комплектов ФШ осуществляется в приведенной ниже последовательности и включает в себя проверку:

• комплектности, маркировки и упаковки;

• дефектов рабочей зоны (проколов, точек и пр.) средствами измере­ния, имеющими увеличение не менее 10-кратнйго и погрешность из­мерения в пределах (±0,01...0,002) мм;

• размеров элементов топологии на 3—5 проводниках и КП теми же измерительными средствами;

• ширины технологического поля;

• оптической плотности эмульсионных ФШ на денситометре;

• копировальной плотности диазотштных ФШ на денситометре; пози­ционного допуска расположения элементов топологии на 3—5 эле­ментах топологии каждого ФШ;

• позиционного допуска расположения элементов топологии на 3—5 элементах топологии каждого ФШ;

• совмещения комплекта ФШ по КП по значению несовмещения цен­тров КП (S, мм) по формуле (5.3) и рис. 5.7.