Особенности изготовления печатных плат

Содержание

Этапы производства печатных плат

Процесс по изготовлению печатных плат осуществляется в 5 этапов:

1. Подготовка заготовки (обезжиривание, очистка поверхности);
2. Нанесение на заготовку защитного покрытия;
3. Удаление с поверхности платы излишков меди (травление);
4. Удаление защитного покрытия с платы;
5. Сверловка отверстий в плате, покрытие флюсом, лужение.

Технология производства печатных плат, во время которой излишки меди удаляются при помощи химического травления, является «классической». А вот удаление меди посредством использования электроискровой установки или путем фрезерования редко используются как в промышленности, так и среди радиолюбителей.

1. Подготовка заготовки

На этом этапе осуществляется подготовка платы к последующему нанесению защитного покрытия. Данный процесс заключается к удалению загрязнений и окислов и последующему обезжириванию ее поверхности.

Удалить загрязнения можно мелкозернистой наждачной бумагой, абразивным порошком либо иным другим средством, которое не оставит на поверхность глубоких царапин. Если же загрязнения незначительны, то загрязнения можно смыть при помощи жесткой мочалки с порошком либо моющим средством. В некоторых случаях, когда поверхность платы достаточно чистая, этот этап можно пропустить и перейти сразу к обезжириванию.

Обезжиривание производится при помощи мягкой ткани, смоченной ацетоном, бензином либо спиртом. После этого плату промывают в холодной проточной воде. Если при этом вода на поверхности платы не образует капель, то это является показателем хорошего уровня очистки. В противном случае обезжиривание необходимо произвести повторно.

2. Нанесение на плату защитного покрытия

Это самый ответственный и очень важный этап, который предусматривает технология производства печатных плат, ведь именно от него на 90% зависит качество будущей платы. Наносится защитное покрытие 3 способами:

1. Ручное нанесение. Чертеж в этом случае переносится вручную при помощи несмываемых водой красителей. Для этого можно использовать рейсфердер либо инсулиновый шприц, заправленный битумным либо каким-либо другим лаком, цапонлаком либо спиртовым раствором канифоли. Краситель должен легко наноситься, но при этом он не должен вытекать и образовывать капли на конце трубки или иглы. Ширина дорожки в этом случае должна составлять 0,5мм.

2. «Технология утюга и лазерного принтера». Суть этого способа заключается в переносе тонера с какой-либо подложки на поверхность платы. Это можно осуществить двумя способами:

• Подложку удаляют с платы до ее травления;
• Используют подложку из алюминиевой фольги, которую стравливают вместе с медью.

В первую очередь на подложке печатают зеркальное изображение требуемого рисунка. В качестве подложки используют бумагу для факсов, мелованную бумагу, алюминиевую фольгу, пленку, предназначенную для лазерных принтеров и другие материалы. Изображение наносится при помощи копировального аппарата либо принтера. При этом подложка должна легко отделяться от тонера, а бумага, на которую наносится рисунок, не должна оставлять в нем ворсинок.

Тонер на плату переносится путем прикладывания подложки к поверхности платы и нагревания ее до температуры, слегка превышающей температуру, при которой плавится тонер. Это можно сделать горячим утюгом. После того как тонер «приварился» к плате необходимо удалить подложку. Если использовалась обычная бумага, то ее перед удалением размачивают водой. В остальных же случаях подложку просто аккуратно снимают.

3. Использование фоторезисторов. Такая технология производства печатных плат очень удобна для домашнего использования. Ее суть заключается в нанесении на плату, покрытую слоем фоторезиста, фотошаблона и ее засветки с последующим смыванием незасвеченных либо засвеченных участков специальным растворителем.

3. Травление

Для стравливания меди с поверхности платы можно использовать следующие растворы:

1. Хлорное железо является, пожалуй, самым популярным и известным реактивом. Процесс травления с его помощью занимает от 10 минут до 1 часа, в зависимости от концентрации раствора, его температуры и частоты перемешивания. Плату по окончании травления промывают в воде с мылом. Недостатком этого раствора является образование во время реакции отходов, оседающих на поверхности платы.

2. Персульфат аммония – кристаллическое вещество, которое растворяют в воде в соотношении 35г вещества на каждые 65г воды. Травление в этом случае занимает 10 минут. Чтобы реакция протекала максимально качественно раствор подогревают до +400С и постоянно его перемешивают. После этого плату промывают в воде. Недостатком персульфата аммония является необходимость постоянного перемешивания и поддержания температуры.

3. Соляная кислота и перекись водорода. В воду, объемом 770мл, добавляют 30мл перекиси водорода (30%) и 200мл соляной кислоты (35%). С таким раствором нужно работать максимально осторожно. Время травления полностью зависит от температуры и частоты перемешивания раствора и составляет около 5–10 минут. После этого плату промывают в проточной воде.

4. Сверловка отверстий в плате, покрытие флюсом, лужение

После травления поверхность платы очищают от защитного покрытия с помощью какого-либо органического покрытия, например, ацетона.

Затем в плате просверливаются отверстия с помощью электродрели. Далее все отверстия обрабатываются наждачной бумагой с целью удаления всех заусенцев и зазубрин.

На следующем этапе плату покрывают флюсом и производят ее лужение.

Технология производства печатных плат, видео

Основные этапы изготовления печатных плат

Основные этапы изготовления печатных плат

Изготовление печатных плат – это сложный многоструктурный технологический процесс, включающий различные методы (субтрактивные и аддитивные). При аддитивном методе производства рисунок печатной платы формируют химическим меднением на не фольгированном, предварительно защищенном, полотне. При субтрактивном – формирование рисунка происходит путем устранения участков материала на фольгированном полотне. Заметим, что аддитивный метод технологически устаревает и не применяется в современном производстве.

Первый этап: создание фольгированного полотна

Фольгированное полотно – это плоский диэлектрик с наклеенным поверх него слоем из медной фольги. Зачастую в качестве диэлектрика используется стеклотекстолит. Толщина полотна зависит от необходимой электрической/механической прочности (оптимальная толщина – 1,5 мм).

Платы из алюминия

Типовая обработка состоит из следующих стадий: сверловки отверстий переходного типа, создания рисунков, процессов металлизации и нанесения защиты на полотно/отверстия, а также маркировки изделий. Если пластина из диэлектрика имеет многослойную структуру, то помимо этих стадий добавляется прессование нескольких заготовок в единую конечную плату.

Обработка любых печатных заготовок проходит с использованием химических, механических либо электролитических методов воспроизводства необходимого технологического токопроводящего рисунка.

Обработка данным методом происходит при помощи станков гравировально-фрезерного типа и иных инструментов механического устранения фольгированного слоя.

При обработке заготовок химическим методом на фольгу сначала наносят защитный слой, а затем приступают к травлению незащищенных областей. Защитные слоя в промышленности изготавливаются фотополиграфически – с использованием чувствительных ультрафиолетовых фоторезисторов. Процесс травления зачастую происходит в растворе медного купороса, хлорного железа или персульфата аммония. Затем защитный рисунок смывается.

• Методы с использованием лазера

Процесс лазерной обработки фольгированного полотна происходит при помощи промышленных комплексов прототипирования.

Этап третий: нанесение финишного покрытия

Защитные финишные покрытия включают гидрофобизаторы, лаки и средства долгосрочного сохранения целостности контактов.

Завершающий этап: контроль и проверка качества изделий

Качество промышленной продукции проверяются электрическим тестированием и методами оптического контроля. Такой контроль позволяет подтвердить отсутствие замыканий и целостность проводников.

Перечень этапов проверки качества печатных плат:

• Создание рисунка – проверка контуров, диаметров сформированных отверстий.
• Равномерность и правильность обработки заготовок.
• Финишная проверка на отсутствие любых дефектов: коротких замыканий, смещения токопроводящего рисунка, недостатков/избытка защитного покрытия пр.

Источник:

Тема 12. Этапы производства печатных плат

Сверление отверстий

Сверление - наиболее распространенный метод получения отверстий однослойных и многослойных печатных платах. Эти отверстия используются:

- для создания электрического соединения между верхней и нижней сторонами плат (или внутренними внешними слоями в МПП).

- для монтажа DIP компонентов.

Сверлением можно получать как сквозные, так и глухие отверстия. Методы сверления для двухсторонних и многослойных печатных плат практически идентичны - и в том, и в другом случаях используются автоматизированные сверлильные станки с ЧПУ. Эффективность сверления в производственных условиях определяется рядом факторов:

- параметрами оборудования (производительность, координатная точность, частота вращения шпинделя),

- видом и материалом сверл,

- особенностями технологической оснастки,

- режимами обработки,

- квалификацией персонала.

Изготовление проводящего рисунка внешних слоев. Технологии изготовления печатных плат

Все процессы изготовления печатных плат можно разделить на субтрактивные, аддитивные и полуаддитивные.

Субтрактивный процесс (subtraction-отнимать) полу­чения проводящего рисунка заключается в избирательном удалении участков проводящей фольги путем травления.

Аддитивный процесс (additio — прибавлять) — в избирательном осаждении проводящего материала на нефольгированный материал основания;

Полуаддитивный процесс предусматривает предваритель­ное нанесение тонкого (вспомогательного) проводящего покрытия, впоследствии удаляемого с пробельных мест.

В соответствии с ГОСТ 23751—86 конструирование печатных плат следует осуществлять с учетом следующих методов изготовле­ния: химического для ОПП, ГПК; комбинированного позитивного (для ДПП, ГПП); электрохимического (полуаддитивного) для ДПП; металлизации сквозных отверстий для МПП. Все рекоменду­емые методы (кроме полуаддитивного) являются субтрактивными.

Основные технологии изготовления печатных плат

- Субтрактивная технология;

- Тентинг метод

- Аддитивная технология;

- Метод ПАФОС.

- Комбинированный позитивный метод

- Полуаддитивный метод;

- Метод оконтуривания

- Рельефные платы

Субтрактивная технология

Субтрактивная технология предусматривает травление медной фольги на поверхности диэлектрика по защитному изображению в фоторезисте или металлорезисте. Эта технология широко применяется при изготовлении односторонних и двусторонних слоев МПП.

Химический метод, или метод травления фольгированного диэлектрика.Метод заключается в том, что на медную фольгу, приклеенную к диэлектрику, на­носят позитивный рисунок схе­мы проводников (там где должны быть проводники). Последую­щим травлением удаляется ме­талл с незащищенных участ­ков и на диэлектрике получа­ется требуемая электрическая схема проводников.

Рис. 12.2 Основные этапы получения проводников фотохимическим методом

а) заготовка диэлектрик с медной фольгой на поверхности; б) нанесение защитного слоя; в) получение защитного рисунка в проводящем слое; г) проявление защитного рисунка; д) травление мели; е) удаление защитного рисунка.

Наиболее распространен­ными вариантами этого мето­да являются фотохимический и сеточно-химический, которые отличаются способом нанесе­ния защитного слоя (фотопечать или трафаретная печать).

Основными этапами получения проводников являются (рис. 12.2) подготовка поверхности, нанесение слоя фоторезиста, экспо­нирование, проявление схемы, травление фольги, удаление фото­резиста.

Подготовку поверхности фольги выполняют вращаю­щимися латунными или капроновыми щетками. На поверхность фольги наносят смесь маршаллита и венской извести. В результате зачистки желательно получение шероховатости фольги в пределах Ra 2,5...1,25 мкм, что обеспечивает хорошую адгезию фоторезиста и легкое удаление его при проявлении.

Независимо от механической зачистки во всех случаях проводят химическую очистку фольги и нефольгированных поверхностей пла­ты. Ее выполняют в щелочных растворах с последующей промывкой в деионизованной воде. Для нейтрализации остатков щелочи и уда­лении слоя оксидов платы подвергают декапированию в растворе соляной и серной кислот. Качество очистки влияет на все последующие операции техноло­гического процесса. Результатом плохой очистки могут явиться про­колы, неполное травление меди, отслаивание, недостаточная адгезия фоторезиста и другие дефекты.

Нанесение слоя фоторезиста осуществляют на подго­товленную поверхность фольги (рис. 12.2, а) слоя фоторе­зиста 2 и производят его сушку в течение 15...20 мин при темпера­туре 65°С (рис. 12.2 б).

Экспонирование осуществляют при помощи фотошаблона 3 с негативным изображением схемы в вакуумной светокопиро­вальной раме для засвечивания. В качестве источника света ис­пользуют дуговые ртутные и люминесцентные лампы (рис. 12.2, в). Для получения резкого изображения необходим плот­ный контакт между фотошаблоном и фоторезистом.

Проявление схемы состоит в вымывании растворимых участков фоторезиста, находившихся под темными местами негати­ва. Для фоторезистов негативного действия в качестве проявителей используют спиртовые смеси и др. Время проявления (4...3 мин) за­висит от толщины фоторезиста. Проявление целесообразно выполнять в двух ваннах. В первой ванне удаляется большая часть фоторезиста, а во второй ванне про­изводится тонкое проявление. Загрязнение проявителя во второй ванне будет незначительным, и действие его в течение большого времени будет стабильным.

Качество полученного слоя можно контролировать путем погру­жения платы в раствор с красителем. Окраска дает возможность визуально определить наличие дефектов в слое фоторезиста. Одна­ко она может снизить кислотоупорность фоторезистивного слоя.

Неизбежные дефекты эмульсионного слоя устраняются ретуши­рованием (обычно эмалью НЦ-25). При этом закрывают точечные отверстия, разрывы, а также удаляют излишки фоторезиста. Трудо­емкость ретуширования зависит от количества дефектов и составля­ет в среднем 10 мин на плату. Снижение трудоемкости ретуширова­ния возможно за счет повышения чистоты и обеспыленности окру­жающей среды.

Полученный защитный слой 4 (рис. 12.2, г) можно подвергать химическому дублению в растворе ангидрида и тепловому дубле­нию (выдержка в термостате при t = 60°C в течение 40...60 мин). Необходимость операции задубливания определяется в каждом от­дельном случае, так как она уменьшает адгезию фоторезиста.

Дальнейшие этапы являются общими для плат, изготовляемых фотохимическим и сеточно-химическим методами.

Травление представляет собой процесс удаления слоя метал­ла для получения нужного рисунка схемы 5 (рис. 12.2, д). Про­цесс травления включает в себя предварительную очистку, собст­венно травление металла, очистку после травления и удаления фоторезиста или краски (рис. 12.2, е).

Механическая обработка платы заключается в штамповании или фрезеровании по контуру и получении отверстий. Для удале­ния пыли и грязи плату обдувают сжатым воздухом.

Химические методы при сравнительно простом технологическом процессе обеспечивают высокую прочность сцепления проводников с основанием (2 МПа), равномерную толщину проводников и их высокую электропроводность. Время химических воздействий на плату в процессе изготовления составляет »=>25 мин. Недостатком химических методов является низкая прочность в местах установки выводов, так как отверстия не металлизируются.

Тентинг -метод

Вариант этого процесса применительно к платам с уже металлизированными отверстиями называется тентинг-процессом и показан на рисунке. Пленочный фоторезист создает не только маскирующее покрытие на проводниках схемы, но и защитные завески над металлизированными отверстиями, предохраняющие их от воздействия травящего раствора.

В случае, если проявление и травление ведется струйными методами с повышенным давлением, толщина фоторезиста должна быть не менее 45-50 мкм. Для надежного тентинга диаметр контактной площадки должен в 1,4 раза превышать диаметр отверстия, а минимальный гарантийный поясок контактной площадки быть не менее 0, 1 мм.

Аддитивная технология.

Метод ПАФОС

Метод ПАФОС - полностью аддитивный электрохимический метод изготовления МПП. Рекомендуется для изготовления печатных плат с шириной проводников и зазоров 50-100 мкм при толщине проводников 30-50 мкм. Проводящий рисунок создается на временных “носителях” - листах из нержавеющей стали.

На этих листах формируется защитный рельеф пленочного фоторезиста. Проводники получают гальваническим осаждением тонкого слоя никеля (2-3 мкм) и меди (30-50 мкм) во вскрытые в фоторезисте рельефы. Затем пленочный фоторезист удаляют и проводящий рисунок на всю толщину впрессовывают в диэлектрик.

Прессованный слой вместе с медной шиной механически отделяют от поверхности временных носителей. В слоях без межслойных переходов медная шина стравливается.

При изготовлении двухсторонних слоев с межслойными переходами перед травлением тонкой медной шины создают межслойные переходы посредством металлизации отверстий с контактными площадками. Проводящий рисунок, утопленный в диэлектрик и сверху защищенный слоем никеля, не подвергается травлению при удалении медной шины. Поэтому форма, размеры и точность проводящего рисунка определяется рисунком рельефа в пленочном фоторезисте, то есть процессами фотолитографии.

Дальнейшее повышение плотности монтажа методом ПАФОС и уменьшение ширины проводников до 50 мкм и менее возможно при использовании лазерных методов формирования рисунка непосредственно в диэлектрике. Наиболее подходят для этого углекислотные лазеры, лучи которых могут быть сфокусированы до 35-40 мкм.