Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Нанесение защитного рельефа и паяльной маски на ПП




Нанесение защитного рельефа — процесс переноса изображения рисунка печатных проводников на материал основания ПП. Он может осуществ­ляться следующими способами:

- фотохимическим (фотолитография);

- сеткографическим (сетко и шелкография, трафаретная печать);

- офсетной печатью;

- лучом лазера;

- фотоформированием.

Защитный рельеф бывает негативный и позитивный. Негативный за­щищает от вытравливания токопроводящие элементы ПП: печатные про­водники, контактные площадки, шины «земли» и «питания» и прочие, по­зитивный наносится на пробельные места, т. е. на участки ПП, на которых не должно быть меди, а токопроводящие элементы защищаются перед опе­рацией «травление меди с пробельных мест» устойчивыми в травильных растворах либо металлорезистом, либо полимерным травильным резистом.

Выбор способа получения защитного рельефа определяется конструк­цией ПП, классом точности ПП: шириной проводников и расстояний ме­жду ними, размером контактных площадок, точностью получения размеров печатных элементов; плотностью монтажа, а также ТП изготовления (про­изводительностью оборудования, экономичностью процесса и пр.).

А) Фотохимический способ нанесения защитного рельефа (фотолитография)

Этот способ имеет высокую разрешающую способность (значительно выше чем, сеткографический и офсетная печать) и позволяет получить про­водники и зазоры между ними порядка 0,1 мм (3—5 класс точности) и ме­нее (0,07...0,04 мм — 6—7 класс точности) с точностью (±0,03) мм и выше. Суть способа заключается в контактном копировании рисунка схемы с ФШ на заготовку ПП, покрытую светочувствительным слоем (фоторези­стом — ФР).

Основные этапы фотохимического способа в соответствии с рисунком 24:

- на поверхность заготовки ПП наносится фоторезист — фотополи­мерный материал, чувствительный к УФ-излучению;

- устанавливается ФШ, реперные знаки (перекрестия) которого совмещаются под микроскопом с центрами фиксирующих (базовых) от­верстий заготовки ПП;

- производится экспонирование рисунка схемы через ФШ, в результа­те которого образуется скрытое изображение;

- проявление изображения и задубливание рисунка, т. е. получение за­щитного рельефа (защитной фотомаски).

 

а — экспонирование ри­сунка схемы через ФШ; б — проявленное изображение рисунка схемы; 1 — ПП; 2 — СПФ; 3 — УФ-излучение; 4 — ФШ

Рисунок 24 -Фотохимический способ нанесения защитного рельефа

 

Для воспроизводимости элементов печатного монтажа малого размера при их переносе с ФШ на заготовку ПП процесс фотопечати должен осу­ществляться с соответствующей разрешающей способностью, которая из­меряется максимальным числом параллельных линий, воспроизводимых раздельно на 1 мм.

Разрешающая способность процесса фотопечати и точность размеров элементов печатного рисунка зависят от типа и толщины слоя фоторези­ста. С увеличением толщины слоя фоторезиста разрешающая способность падает.

Различают жидкие (на водных и органических растворителях) и сухие пленочные фоторезисты (СПФ), а также проявляемые в водных растворах и в органических растворителях.

По результату воздействия света фоторезисты бывают негативные и по­зитивные. При использовании негативных фоторезистов экспонированные области заготовки ПП остаются на плате, так как они переходят в нерас­творимое состояние, а неэкспонированные, сохранившие исходную струк­туру, вымываются при проявлении в органических растворителях. В случае применения позитивных фоторезистов экспонированные участки вымыва­ются при проявлении, так как в позитивных фоторезистах экспонирование имеет целью создать условия для деструкции экспонированных участков фоторезиста и перевода их в растворимое состояние в проявителе с щелоч­ными свойствами.

Основными характеристиками фоторезиста являются: стойкость к травителям и гальваническим ваннам (кислотостойкость), светочувствитель­ность, контрастность, высокая разрешающая способность, однородность и равномерность по толщине и пр.

Нанесение жидкого фоторезиста осуществляется следующими спосо­бами:

- центрифугированием (фоторезист растекается под действием центробежной силы); недостаток — неравномерность толщины слоя и краевое утолщение, препятствующее плотному прилеганию фотошаблона при экспонировании и приводящее к ухудшению контрастности изображения из-за наличия воздушного зазора;

- окунанием и вытягиванием заготовки из раствора фоторезиста с по­стоянной скоростью (15...50 см/мин); толщина фоторезиста зависит от скорости вытягивания, вязкости; равномерность — от плавности извлечения; достоинства — двухстороннее нанесение фоторезиста;

- валковым способом, основанном на офсетном принципе печати: заготовка перемещается между двумя валками нанесения фоторезиста, и фоторезист с их поверхности переносится на поверхности заготовки. При этом жидкий фоторезист на наносящие валки поступает с дозирующих валков меньшего диаметра с пазами, вращающегося во встречном направлении, на поверхность которого постоянно подается жидкий фоторезист. Достоинства — равномерность по толщине,
возможность получения тонких слоев (толщина регулируется величи­ной зазора между двумя валками нанесения фоторезиста, толщиной слоя на наносящем валке, адгезионными свойствами фоторезиста и пр.), двухстороннее нанесение фоторезиста на жесткое или гибкое основание ПП, высокая производительность, экономичный расход фоторезиста, возможность совмещения с устройством для сушки и охлаждения. Недостатки — необходимость применения специальных фоторезистов, нестабильность характеристик слоев фоторезиста, вы­сокая стоимость оборудования и пр.

- пульверизацией (распылением); струя фоторезиста поступает из распылительной форсунки под углом, близким к 90°, на поверхность за­готовки ПП, перемещающуюся с определенной скоростью на конвейере. Достоинства — простота способа, равномерность по толщи­не, возможность применения для любых типов ПП; недостатки — сложность получения равномерных по толщине слоев фоторезиста на больших поверхностях заготовок;

- электростатическим распылением в поле высокого напряжения. Достоинства — высокая равномерность по толщине и однородность слоя фоторезиста, возможность получения тонких слоев фоторезиста, хорошая адгезия к поверхности заготовки и пр.; недостатки — высокая стоимость оборудования, необходимость применения специальных фоторезистов;

- способом электрофореза, который позволяет получить равномерные по толщине слои фоторезиста в гальванической ванне и регулировать толщину слоя изменением потенциала на электродах ванны. Фирма Shipley (Германия) разработала позитивный фоторезист PERT-2400, который наносится способом электрофореза из водного раствора (толщина 10 мкм) и может применяться при изготовлении ПП с по­слойным наращиванием перераспределительных слоев; обладает вы­сокой разрешающей способностью, позволяет получить проводники шириной 0,050 мм, стоек только при кислом травлении, удаляется в щелочном растворе.

Достоинствами жидких фоторезистов являются: простота приготовле­ния и применения, нетоксичность, защита боковых поверхностей провод­ников и контактных площадок. Последние три способа — валковый, пуль­веризация и электростатическое распыление — применяют для получения плотного и сверхплотного рисунка ПП.

- Недостатками жидких фоторезистов являются: низкая разрешающая способность (для первых двух способов); разрастание проводников над фоторезистом в соответствии с рисунком 25 при гальваническом осаждении меди (толщина которой составляет порядка 25...30 мкм); окисление; ухудшение механической прочности и адгезии фоторезиста в условиях повышенной влажности и температуры; заполнение монтажных и переходных отверстий при нанесении на ПП, препятствующее осаждению меди на стенки отверстий при химическом и гальваническом меднении; низкая устойчивость к действию электролитов гальванического меднения.

 

 

1 — разрастание; 2 — ширина провод­ника по рабочему фотошаблону; 3 — ширина проводника; 4 — материал основания; 5 — фоторезист; 6— осаждение металла; 7— медная фольга

Рисунок 25 -Разрастание проводника над фоторезистом

 

Жидкие фоторезисты, изготовленные, например, на основе поливини­лового спирта, имеют следующий состав, г/л: поливиниловый спирт 100...200, двухромовокислый аммоний 8...10, этиловый спирт 100...120 мл/л. Они наносятся в два слоя общей толщиной 12...15 мкм методом окунания с последующим медленным вытягиванием заготовки ПП из раствора для по­лучения равномерности по толщине на поверхности.

В качестве примера можно привести жидкие фоторезисты фирмы Shipley (Германия), применяемые для изготовления внутренних слоев МПП — негативный SN-35, который обладает способностью сглаживать неровности на заготовке слоя, и позитивный SN-24, допускающий много­кратное экспонирование. Сушка после нанесения фоторезиста необходима для удаления летучих веществ, уплотнения структуры слоя, уменьшения внутренних напряжений, улучшения адгезии фоторезиста к заготовке ПП.

Сухие фоторезисты применяются при изготовлении рисунка слоев МПП, ГПП, ГПК, полосковых плат и других плат высокого класса точно­сти (с высокими требованиями по разрешающей способности).

Сухие пленочные фоторезисты (СПФ) состоят из трех слоев: защитной полиэтиленовой пленки, среднего слоя, чувствительного к УФ-излучению и оптически прозрачной лавсановой пленки, предназначенной для защиты фоторезиста от окисления на воздухе. СПФ накатывают на поверхность ПП валиком, нагретым до 100...120 ºС на установках для ламинирования — ла­минаторах в соответствии с рисунком 26. При этом полиэтиленовая пленка наматывается на бобину в соответствии с рисунком 27.

Достоинства СПФ: высокая разрешающая способность (позволяет по­лучать ширину проводников и зазоры между ними до 0,04...0,1 мм), высо­кая стойкость в травильных растворах и электролитах гальванического мед­нения и нанесения оплава олово—свинец и олова, исключают попадания (затекания) фоторезиста в отверстия.

Недостатки СПФ: выделение при ламинировании токсичных хлористо­го метилена и трихлорэтилена, наличие внутренних напряжений и усадоч­ных процессов в пленке.

 

1 — ПП; 2 — бобина; 3 — СПФ Рисунок 27 – Нанесение СПФ

 

1 — прижимной валик; 2 — полиэтиленовая пленка; 3 — боби­на; 4 — рулон фоторезиста (СПФ); 5 — СПФ; 6 — нож для резки СПФ; 7 — заготовка платы Рисунок 26 - Схема ламинатора

Экспонировать — подвергать светочувствительный материал действию света. Экспонирование осуществляется УФ источником света (сканирую­щим, неподвижным, точечным или точечным с поворотной заслонкой) с диапазоном спектра 300...400 нм ртутно-кварцевыми лампами через лавса­новую пленку (для СПФ) способом контактной печати. Перед экспониро­ванием заготовка ПП с нанесенным фоторезистом совмещается с ФШ с помощью специальных знаков совмещения и производится засветка через ФШ. При экспонировании имеют место дифракция, преломление и отра­жение света, приводящие к разбросу размеров элементов рисунка и размы­тости их краев. Основным требованиям к выполнению операции экспони­рования является получение необходимой степени задубленности, полиме­ризации (для негативных фоторезистов) или степени деструкции (для позитивных фоторезистов), гарантирующей воспроизведение четкого изо­бражения элементов рисунка схемы при проявлении. Для этого необходи­мо обеспечить:

- плотный и равномерный прижим ФШ к поверхности заготовки ПП при помощи вакуумного прижима для исключения попадания света под темные участки фотошаблона и получения размытого края (вуали) фоторезиста;

- согласование спектральных характеристик источника света и спек­тральной светочувствительности фоторезиста, чтобы максимальная интенсивность излучения на определенных длинах волн совпадала с областью максимальной чувствительности фоторезиста, так как это позволяет повысить производительность операции экспонирования за счет уменьшения экспозиции (экспозиция — минимальная энер­гия излучения на единицу поверхности слоя фоторезиста, необходимая для проработки фотослоя на полную глубину); максимум поглощения позитивных фоторезистов соответствует более длинным волнам по сравнению с негативными;

- равномерное распределение освещенности по поверхности фоторези­ста, которое может быть в достаточной степени обеспечено применением коллиматоров; неравномерность освещенности приводит к появлению нерезкого контура (вуали) на элементах фотомаски;

- правильное определение времени экспонирования фоторезиста, которое определяет степень его стойкости при проявлении и точность воспроизведения изображения ФШ. Стойкость при проявлении определяется величиной задубленности, полимеризации для негативных фоторезистов и степенью деструкции для позитивных и зависит от времени воздействия и количества света, поглощенного фоторези­стом, которое в свою очередь зависит от плотности потока актиничного света, фотохимически взаимодействующего с фоторезистом. Продолжительность экспонирования зависит от толщины фоторезиста, освещенности поверхности фоторезиста и определяется опытным путем.

После экспонирования производится выдержка 20...30 мин в темном месте для завершения фотополимеризации.

Нарушения при выполнении операции экспонирования могут привести:

- к отслаиванию фоторезиста от заготовки ПП в процессе его проявле­ния в результате недостаточной экспозиции, затруднению проявления и увеличению ширины экспонированных элементов рисунка по сравнению с ФШ при избытке экспозиции при экспонировании негативных фоторезистов;

- к неполному проявлению фоторезиста, образованию вуали при ма­лой экспозиции; отслаиванию фоторезиста и уменьшению размеров элементов рисунка по сравнению с размером на ФШ при избытке экспозиции при экспонировании позитивных фоторезистов.

Стоимость установки экспонирования, например, ORC HMW-201 В составляет 65 000 долл., а лабораторной установки HELLAS-E — 1700 долл. Применяют также установку экспонирования марки и фирмы Anger (Авст­рия) для двустороннего экспонирования, с рабочим форматом рамы 600 600 мм, мощностью ламп 6000 Вт, количеством ламп — 2 шт. и уста­новку экспонирования с точечным источником света АРСМ3.258.000 с ос­вещенностью внутри загрузочной рамы до 45 кЛк.

Проявление рисунка защитного рельефа фоторезиста осуществляется при избирательном растворении неэкспонированных участков фоторезиста для негативных фоторезистов и экспонированных — для позитивных фоторе­зистов. Нерастворенные участки фоторезиста используются в качестве за­щитной фотомаски при травлении меди с пробельных мест или при хими­ко-гальваническом осаждении меди.

Основным требованием при проявлении является точность воспроизве­дения рисунка с ФШ, которая зависит от времени, температуры проявле­ния, концентрации проявителя, скорости растворения фоторезиста в дан­ном проявителе, времени экспонирования и пр. Скорость проявления за­висит от загрязненности проявителя, способа подачи проявителя на поверхность. Наиболее целесообразно применять перемешивание, ультра­звук или струйное проявление, так как увеличивается скорость проявле­ния, и выравниваются условия проявления по всей площади заготовки ПП. Для негативных ФШ режимы проявления незначительно влияют на точность передачи изображения и перепроявление для них неопасно. Для позитивных фоторезистов режимы проявления являются определяющими для качества изображения, так как их несоблюдение может привести к подтравливанию по контуру незасвеченных участков (фотомаски). Прояв­ление СПФ производится после удаления лавсановой пленки на установ­ках струйного типа в метилхлороформе в течение 1...2 мин под давлением или в ультразвуковых ваннах. Применяют конвейерные струйные установ­ки для проявления фоторезиста Circuitape CSP305 DR (34 600 долл.), УПФ 504, выпускаемые заводом Темп (г. Хмельницкий) и др. Для снятия фоторезиста применяют линии снятия фоторезиста КМ-501М и Circuitape СSP305/SR тех же производителей, а также установку проявления ФР (ГГМЗ.250.001) для струйного проявления СПФ-2 конвейерного типа со скоростью движения конвейера 0,2...4,0 м/мин, производительностью 100 м/ч на заготовках 500 500 мм и установку снятия фоторезиста или сеткографической краски (ГГМ3.254.001) струйного типа для ПП размера­ми 500 500 мм производительностью 100 м/ч.

Технология водо-щелочного проявления фоторезистов позволила ис­ключить из производства экологически вредные хлорированные углеводо­роды метилхлороформ и хлористый метилен. Обработка фоторезистов про­изводится в слабых (1...5)%-ных растворах соды и щелочи, которые ис­пользуются после обработки на очистных сооружениях в качестве реагентов для нейтрализации гальваностоков.

Сухие пленочные фоторезисты водо-щелочного проявления очень чув­ствительны к перепроявлению, при котором происходит дополнительное химическое воздействие раствора проявления, приводящее к частичному разрушению фоторезиста. Поэтому для операции проявления устанавлива­ются ограничения по времени проявления — «брейк пойнт»[2] (момент окончания) проявления СПФ.

Разработкой оборудования и материалов для фотохимических процес­сов занимается фирма Morton Int., фирма OCCLEPPO и др.

В настоящее время наиболее широко применяют следующие СПФ:

- СПФ-1, СПФ-2 (ТУ6-17-859—77) толщиной 20, 40 и 60 мкм (чем больше толщина, тем ниже разрешающая способность), со спек­тральной чувствительностью 320...400 нм, способностью воспроизво­дить линию шириной (100 ± 10) мкм, эффективным временем экспо­нирования не более 35, 40 с;

- СПФ-АС (ТУ6-17-691—83) для ПП высокого класса точности с по­вышенной разрешающей способностью;

- СПФ-В (ТУ АЛО-31-10), ТФПК (ТУ61У0.037.074), СПФ-ВЩ-25, СПФ-ВЩ-50 (ТУ16-503-244—84) — фоторезисты водо-щелочного проявления для исключения токсичных растворителей; СПФ-ВЩ-25, СПФ-ВЩ-50 — фоторезисты водо-щелочного проявления спектраль­ная чувствительность 320...400 нм, способность воспроизводить ли­нию шириной (100 ± 10) мкм и (125 ± 10) мкм, эффективным време­нем экспонирования 5...60 и 10...80 с, соответственно;

- СПФ-ПНЩ-25 и СПФ-ПНЩ-50 — фоторезисты повышенной надежности, водо-щелочного проявления, для негативной и позитив­ной технологии, спектральная чувствительность 320...400 нм, способ­ность воспроизводить линию шириной (75 ± 5) мкм и (100± 10) мкм, эффективным временем экспонирования 25 и 40 с, соответственно;

- СПФ Laminar 5000 фирмы Shihley — негативный водопроявляемый фоторезист, который применяют для нанесения на химически осажденную медь, в ТП с прямой металлизацией и тентинг-процессах. Толщина — 25; 32; 38 и 50 мкм. Выпускается в рулонах длиной 100 и 150 м, шириной 0,255; 0,305; 0,6 м. Он обладает высокой разрешающей способностью, светочувствительностью, устойчивостью при металлизации, адгезией, тентинговыми свойствами;

- другие СПФ фирмы Shihley: Pro Etch 1230; Laminar HG, GA, LP, PS; Pro Tent 3140, толщиной 40 мкм для тентинг-процесса;

- СПФ Riston, фирмы DuPont (Германия) водо-щелочного проявления;

- СПФ ORDYL ALPHA, фирмы Elga Ronai SPL Prodact (Италия) по технологии фирмы ТОК (Япония) водо-щелочного проявления и др.

Для нанесения СПФ применяется следующее оборудование:

- автоматический ламинатор марки DYNACHEM мод. 1024 фирмы Theokol (Англия), для нанесения СПФ с автоматической загрузкой ПП из стопы, с шириной ПП до 610 мм, толщиной до 6 мм; скоро­стью нанесения рисунка до 5 м/мин;

- ламинатор мод. 1.60.2 фирмы Anger (Австрия) для одно- и двусторон­него нанесения СПФ (для получения рисунка и защитной маски) с плавным регулированием прижима, температурным диапазоном 80...135 ºС, с шириной ламинирования до 600 мм;

- ламинатор DFL 305, 300 мм;

- ламинатор RLM 419р, 400 мм;

- ламинатор АРСМ3.289.006 для ПП шириной до 560 мм и др.

Дубление полученного при проявлении защитного слоя рисунка (фото­маски) необходимо для повышения химической стойкости при последую­щих химических обработках за счет увеличения степени его полимериза­ции. Жидкие негативные фоторезисты для повышения химической стойко­сти подвергают температурной обработке или облучению УФ светом после проявления. Жидкие позитивные фоторезисты обычно не требуют допол­нительного дубления, а для СПФ характерным является не столько повы­шение химической стойкости после термообработки, сколько значительное увеличение механической прочности.







Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 1087. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия