Файл: Курсовой проект изготовление печатных плат тентингметодом Преподаватель.docx

Рисунок 3- Схема позитивного метода изготовления печатной платы1.5 Тентинг-методМетод, при котором отверстия для предохранения от стравливания закрываются “тентами”, которые формируются из фоторезиста. Вся медь так же наращивается в одну операцию. Схема тентинг-метода представлена на рисунке 4.Рисунок 4 - Схема тентинг-метода изготовления печатной платыГлавная проблема данного метода заключается в том, чтобы надежно закрыть отверстия от травящих растворов т.к. не все плёночные фоторезисты на это способны существуют следующих требования к процессу:

1. 
   Для изготовления плат следует использовать фольгированные диэлектрики с толщиной медной фольги не более 18 мкм;
   
2. 
   Для получения рисунка схемы следует использовать пластичные сухие плёночные фоторезисты толщиной не менее 50 мкм;
   
3. 
   Для гальванического меднения следует использовать электролиты с высокой рассеивающей способностью.
   

Это вызвано тем, что при стандартном комбинированном позитивном методе изготовления плат формирование проводящего рисунка производится путем травления меди, толщина которой складывается из толщины медной фольги (обычно это 35 мкм) и толщины гальванической затяжки (обычно это 5-7 мкм). В этих случаях средняя толщина стравливаемой меди составляет примерно 40 мкм. При оптимальном проведении процесса травления глубина бокового травления на всю ширину элементов проводящего рисунка при этом составляет до 40-45 мкм, что обеспечивает приемлемую точность получения проводников и зазоров.При изготовлении плат тентинг-методом формирование проводящего рисунка производится путем травления меди, толщина которой складывается из толщины медной фольги и толщины гальванической меди, осажденной на всю необходимую толщину. Для получения в соответствии с требованиями ГОСТ 23752-79 «Платы печатные. Общие технические условия» средней толщины меди в отверстиях ДПП не менее 20 мкм, на поверхность платы осаждают слой меди толщиной примерно 25 мкм. Именно эта толщина суммируется с толщиной фольги и подвергается травлению. Чтобы обеспечить точность получения проводников и зазоров такую же, как при стандартной технологии в качестве базового материала используют диэлектрик с уменьшенной толщиной фольги (т.е. 18 мкм).

---

Из вышеописанного процесса и нюансов данного метода можно выделить следующие его преимущества:

1. 
   Так как отсутствует необходимость наносить и снимать металлорезист т.е. ванные для его снятия отсутствуют, сокращается техпроцесс;
   
2. 
   Из-за отсутствия на плате покрытия из сплава олово/свинец или олово отпадает необходимость использования щелочных медно-хлоридных травильных растворов, содержащих аммонийные соединения. Наличие этих соединений в сточных водах затрудняет выделение из них тяжелых металлов, то есть ухудшает экологические показатели производства.
   
3. 
   Высокое качество гальванического осадка;
   
4. 
   Высокое качество поверхности под паяльную маску т.к. на поверхности меди отсутствуют остатки металлорезиста.
   

1.6 Комбинированный позитивный методМетод похож на позитивный, однако здесь процесс меднения разделен во времени. Сначала выполняется тонкое меднение, затем происходит нанесение и проявление фоторезиста, затем уже идет наращивание меди на всю толщину. Это позволяет использовать заготовки с тонким слоем медной фольги. Следовательно, при получении проводящего рисунка, придется стравливать не всю толщину (фольга + гальваника), а только тонкую фольгу. В результате не только экономятся деньги, но и продлевается ресурс травильных растворов, что упрощает работу со стоками.Этот метод является наиболее распространенным и наиболее универсальным для всех типов печатных плат. В случае смешанного производства, т.е. при изготовлении двусторонних и многослойных печатных плат в едином технологическом потоке, всегда применяется комбинированный метод (он является составной частью общего технологического цикла обработки спрессованных пакетов МПП). Схема данного метода представлена на рисунке 5.Рисунок 5 – Схема комбинированного позитивного метода.

---

2 ЭТАПЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ ТЕНТНИГ-МЕТОДОМ

Этапы изготовления печатной платы и операции контроля будем рассматривать на примере печатной платы чертеж которой приведен на рисунке 6.Рисунок 6 – Чертеж печатной платыЭтап 1 – изготовление фотошаблонов и подготовка информации.На данном этапе изготавливаются фотошаблоны (рисунок 7), использующиеся в последствии для формирования топологического рисунка внутренних и внешних слоев печатной платы при экспонировании. Рисунок 7 – Пример фотошаблонаЭтап 2 – механическая обработка заготовок.На данном этапе производится резка или рубка заготовок (рисунок 8), пробитие и/или сверление базовых отверстий и зачистка. Эти операции обычно выполняются с помощью специальных станков (рисунок 8).Рисунок 8 – Пример заготовки платы с отверстиями и станка для обработки этой заготовкиОсобое внимание на данном этапе уделяется качеству заточки сверл. Так, если режущая поверхность сверла затупится, то будет происходить пробивание отверстия, вместо высверливания, что чревато сильной деформацией медной фольги вокруг места выхода сверла. Кроме этого, тупое сверло будет испытывать гораздо большую силу трения о стенки отверстия, в результате чего связующее в диэлектрике (например, смола), будет сильно разогреваться и плавиться. Это приведет к тому, что стенки отверстия станут очень гладкими (похожими на стекло), что крайне негативно скажется на процессе их металлизации (где требуется достаточная шероховатость поверхности для хорошей адгезии покрытия).После сверления отверстий производится зачистка заготовки шлифованием с целью удаления заусенцев. В тентинг-методе эта операция особенно важна, чтобы при нанесении фоторезиста не повредить его об острые кромки вокруг отверстий. Прорезы «тентов» приведут к стравливанию слоя металлизации в отверстиях и забраковке всей платы. В конце выполняется контроль. То есть при помощи измерительных инструментов (линейка, штангенциркуль и т.д.) проверяется диаметр отверстий и их количество согласно схеме. В нашем случае должно быть 39 отверстий диаметром 1мм, 9 отверстий диаметром 1.3 мм и 2 отверстия диаметром 2 мм. Кроме проверки диаметра и количества отверстий производится проверка размеров самой платы с помощью тех же измерительных инструментов (в нашем случае стороны должны быть равны 45 мм и 60 мм)

---

Этап 3 – Химическая подготовка поверхности заготовок. В операции хим. подготовки поверхности процесс начинается с травления заготовок печатных плат. Наиболее популярно использование раствора персульфата аммония 10-20 г/л с серной кислотой (плотность 1,83 г/см³) 3-5 мл/л при температуре 18-25 ºС. Используется либо конвейерная модульная линия (рисунок 9), либо линия подвесочного типа, оснащенная механизмом покачивания заготовок с размахом 30-60 мм и частотой 20-30 двойных ходов в минуту. Недостатком раствора является его малый ресурс работоспособности - 2-3 дня.Рисунок 9 – Конвейерная установка для химической подготовки поверхности печатных плат.После травления заготовки плат промываются в модулях промывки холодной проточной водой (температура 18-25ºС) и сушатся сначала в модуле сушки линии химической подготовки при температуре 90-110 ºС, а затем в сушильной конвекционной печи при 70-90 ºС в течение 20 мин.Визуально проверяется 100% заготовок. Поверхность меди после обработки должна быть однородной светло-розового цвета. На ней не должно быть повреждений медной фольги, вмятин, царапин, следов масла и жира. Допускаются отдельные риски, царапины, не нарушающие целостность фольги.Этап 4- химико-гальванические процессыВ традиционной технологии изготовления печатных плат токоведущий слой меди в отверстиях создается с использованием процесса химического меднения. Для осуществления химического меднения используются растворы, содержащие соли меди, комплексообразователи и формальдегид. Уже из приведенного перечня материалов видно, что процесс относится к экологически опасным. Этот отрицательный показатель усугубляется еще и тем, что растворы химического меднения нестабильны и склонны к саморазложению, что приводит к их периодическим залповым сбросам на очистные сооружения. Учитывая это, рядом зарубежных фирм были разработаны и освоены в производстве так называемые процессы «прямой металлизации» без применения химического меднения. Важным преимуществом прямой металлизации является способность прокрывать отверстия малого диаметра. В этом этапе опишем технологию, на примере прямой металлизации по этапам:

1. 
   Обезжиривание-кондиционирование. При прямой металлизации необходимо для образования на поверхности диэлектрика в отверстиях заготовок органического слоя, который в сочетании с кондуктором создает собственно проводящий слой. Очень важно соблюдение соответствующего рН, которое следует измерять несколько раз в день (pH=11,0-12,0). Корректировка выполняется 32% раствором гидроксида натрия. При слишком низком или высоком рН ухудшаются результаты предварительного меднения.
   
2. 
   Травление. Осуществляется специальным травильным средством, который очищает медную поверхность и внутренние слои. На меди не должны оставаться ингибиторы или другие пассивирующие средства типа кондиционирующих средств, в противном случае на следующем этапе с кондуктором образуется так называемый «peeling» (проблемы с адгезией медь-медь). По этой причине нельзя применять средства тревления на основе серной кислоты с добавками смачивающих средств. Электролит работает при температуре 25-30°С. После операции выполняется промывка проточной холодной водой при 15-25 ºС в течение 4 мин.
   
3. 
   Преддекапирование. Выполняется в растворе ортофосфорной кислоты 1,5 мл/л при pH=1,8-2,3 в течение 2 мин. Раствор служит 2 недели. Задача раствора заключается в том, чтобы еще раз прочистить медную поверхность и защитить следующий раствор активации от вредных включений - сюда же относится и медь. Поэтому рекомендуется работать по возможности с холодный раствором и как можно чаще делать новый раствор. Рабочая температура - 18-25 ºС. После преддекапирования промывка не выполняется.
   
4. 
   Активация заготовок в растворе кондуктора (пример ванны с кондуктором представлен на рисунке 10). Кондуктор - это слабый солянокислый не содержащий олова коллоидный палладиевый раствор, стабилизированный органическим веществом. В сочетании с проведенным перед этим кондиционированием, здесь образуется проводящий слой. рН = 1,6-2,1, рабочая температура 40-55 °С, постоянное перемешивание и фильтрация через 5 мкм фильтр. Нагрев можно отключать в перерывах в работе, когда работает циркуляционный насос. Насос не должен втягивать воздух и не должен перекачивать жидкости более 2-4 объема в час. Обязательно необходимо непрерывно замерять окислительно-восстановительный потенциал, который должен быть от -220 до -290 мВ (оптимально -240 мВ). Окислительно-восстановительный потенциал никогда не должен долго быть в положительном диапазоне.
   

---

Рисунок 10 – Ванна с кондуктором

5. 
   Постдекапирование. Выполняется при t=20-30 °C в течение 2 минут в специальном растворе. Раствор удаляет излишнюю органическую составляющую коллоида с поверхности ранее сформированного проводящего слоя. При этом открываются палладиевые частицы и проводимость повышается.
   
6. 
   Декапирование. Выполняется серной кислотой хч с концентрацией 100-150 г/л и только в дистиллированной воде, при t=18-25 °C в течение 0,5-1,0 мин. В ходе декапирования удаляются оксиды меди, при этом активационный слой не повреждается.
   
7. 
   Гальваническое меднение – процесс нанесения тонкого слоя металлической меди на изделие для придания ему необходимых свойств (пример ванны для гальванического меднения приведен на рисунке 11). Основная операция металлизации отверстий, т.к. именно она создает в них проводящий слой нужной толщины.
   

Рисунок 11 – Ванна для гальванического меднения

8. 
   Фотолитография. Осуществляется для переноса рисунка с фотошаблона на заготовку платы. Первоначально выполняется накатка сухого пленочного фоторезиста валиком, нагретым до 100-120 °С на установках-ламинаторах (рисунок 12), при этом слой полиэтиленовой пленки наматывается на отдельную бобину. Далее производится обрезка по контуру, выдержка и контроль нанесения (контроль нанесения проводится визуально). Затем платы монтируются на предварительно протертую рампу, размещается фотошаблон, реперные перекрестия которого совмещаются под микроскопом с базовыми отверстиями и осуществляется экспонирование в специальной установке (рисунок 13).
   

Рисунок 12 – Установка ламинатора для нанесения сухого пленочного фоторезиста.Рисунок 13 – Фотохимический способ нанесения защитного рельефа перед травлением печатных плат:а - экспонирование рисунка через фотошаблон; б - проявление изображения рисунка схемы; 1 - печатная плата; 2 - сухой пленочный фоторезист

---