Методы изготовления печатных плат (стр. 1 из 4)

Методы изготовления печатных плат

Основные технологические принципы изготовления печатных плат:

- субтрактивный;

- аддитивный;

- полуадцитивный, сочетающий преимущества субтрактивного и аддитивного методов¹;

- комбинированный.

1. Субтрактивные методы

Субтрактивный метод наиболее освоен и распространен для простых и очень сложных конструкций печатных плат. Собственно, с него исторически начиналась индустрия печатных плат. В качестве исходного материала используются фольгированные (в основном медью) изоляционные материалы. После переноса рисунка печатных проводников в виде стойкой к растворам травления пленки на фольгированную основу, незащищенные ею места химически стравливаются. Защитную пленку наносят методами полиграфии: фотолитографией, трафаретной печати и др. При использовании фотолитографии, защитная пленка формируется из фоторезиста материала, очувстляемого через фотокопию печатного рисунка — фотошаблон. При трафаретной печати используют специальную, химически стойкую краску, называемую трафаретной.

1.1 Химический метод

Субтрактивный метод, в чистом виде, реализуется в производстве односторонних печатных плат, где присутствуют только процессы селективной защиты рисунка проводников и стравливания металла фольгированных диэлектриков с незащищенных мест (рис. 1.2.).

Схема стандартного субтрактивного (химического) метода изготовления односторонних печатных плат:

• вырубка заготовки;

• сверление отверстий;

• подготовка поверхности фольги (дезоксидация), устранение заусенцев;

• трафаретное нанесение кислотостойкой краски, закрывающей участки фольги, неподлежащих вытравливанию;

• травление открытых участков фольги;

• сушка платы;

• нанесение паяльной маски;

• горячее облуживание открытых монтажных участков припоем;

• нанесение маркировки;

• крнтроль.

Главные фрагменты субтрактивной технологии на основе фотолитографии показаны на рис. 1.2 Преимущества:

возможность полной автоматизации процесса изготовления;

- высокая производительность;

- низкая себестоимость. Недостатки:

- низкая плотность компоновки связей;

- использование фольгированных материалов;

наличие экологических проблем из-за образования больших объемов отработанных травильных растворов.

1.2. Механическое формирование зазоров (оконтуривание проводников)

Вместо химического травления, изоляционные зазоры между проводниками можно формировать механическим удалением при помощи режущего инструмента. Для изготовления односторонних печатных плат можно обойтись всего одним станком с ЧПУ, позволяющим по программе сверлить сквозные отверстия и скрайбировать зазоры.

Скрайбирование обычно ведется коническими фрезами с углом при вершине 60 или 30 градусов (в ряде случаев — менее 18 градусов). Для получения стабильной ширины контурной канавки необходимо строго контролировать глубину врезания фрезы в заготовку. Неплоскостность подложки, неравномерный прижим заготовки к рабочему столу могут привести к разбросу ширины реза. Именно поэтому свер-лильно-фрезерные станки должны иметь специальные прижимные головки, принудительно выравнивающие заготовки плат в плоскость стола станка.

Метод отличается коротким технологическим циклом изготовления, малой капиталоемкостью, не создает экологических проблем. Он очень удобен для изготовления полноценных экспериментальных образцов монтажных подложек. Но образцы плат получаются дороже (большой расход фрез), чем изготовленные химическим методом. Поэтому и из-за большого ритма выпуска (плата изготавливается более, чем 4 часа) этот метод не годится для серийного производства.

Таблица 1.1. Разновидности плат, полученных методом скрайбирования контура проводников

Чтобы избежать необходимости химических процессов металлизации отверстий, при изготовлении печатных плат методами скрайбирования и фрезеровки используют примитивные методы соединения двух сторон, как показано на рис. 1.4.

При скрайбировании контура проводников фрезы неизбежно вспарывают стеклоткань диэлектрика, что повышает его восприимчивость к загрязнениям. Поэтому такие платы требуют повышенного внимания к последующим процессам защиты поверхности от воздействия внешних сред паяльной маской или специальной пропиткой, не мещающей пайке, или лакировкой после монтажа.

1.3. Лазерное гравирование

Ультрафиолетовые лазеры (эксимерные и Nd:YAGwnvi Nd:LIF-na-зеры) способны испарять медь фольги и минимально травмировать диэлектрическую подложку Это позволяет использовать их для гравирования контуров проводников. Современное оборудование, предназначенное для этой цели, сочетает в себе две лазерных головки: СО^-лазер и УФ-лазер, которые попеременно сверлят сквозные и глухие отверстия и гравируют пробельные места плат.

Лазерные методы прямого формирования рисунка высокопроизводительны, воспроизводят рисунок с разрешением проводник/зазор = 0,05/0.05 мм. Но пока это оборудование слишком дорого для повсеместного использования.

2. Аддитивные методы

Эти методы предполагают использование нефольгированных диэлектрических оснований, на которые тем или другим способом, избирательно (там, где нужно) наносят токопроводящий рисунок. Разновидности метода определяются способами металлизации и избирательное™ металлизации.

Токопроводящие элементы рисунка можно создать:

• химическим восстановлением металлов на катализированных участках диэлектрического основания (толстослойная химическая металлизация — ТХМ);

• переносом рисунка, предварительно сформированного на металлическом листе, надиэлектрическую подложку (метод переноса);

• нанесением токопроводящих красок или паст или другим способом печати;

• восстановительным вжиганием металлических паст в поверхность термостойкого диэлектрического основания из керамики и ей подобных материалов;

• вакуумным или ионно-плазменным напылением;

• выштамповыванием проводников. Избирательность осаждения металла можно обеспечить:

• фотолитографией (через фотошаблон) фоторезиста, закрывающего в нужных местах участки поверхности основания, неподлежащие металлизации (для метола толстослойной химической металлизации - ТХМ);

• избирательным фотоочувствлением (через фотошаблон или сканирующим лучом) катализатора, предварительно нанесенного на всю поверхность основания (для фотоаддитивного метода ТХМ);

• трафаретной печатью (для паст и красок);

• масочные защиты (для вакуумной и ионогшазменной металлизации).

2.1 Фотоаддитивный процесс

Схема процесса фотоаддитивной технологии (как пример одного из вариантов аддитивного метода):

• вырубка заготовки;

• сверление отверстий под металлизацию;

• нанесение фотоактивируемого катализатора на все поверхности заготовки и в отверстия;

• активация катализатора высокоэнергетической экспозицией через фотошаблон-негатив;

• толстослойное химическое меднение активированных участков печатной платы (печатных проводников и отверстий);

• отмывка платы от остатков технологических растворов и 11еак-тивированного катализатора;

• глубокая сушка печатной платы;

• нанесение паяльной маски;

• нанесение маркировки;

• обрезка платы по контуру;

• электрическое тестирование;

• приемка платы — сертификация.

Основные фрагменты фотоаддитивного метода показаны на рис. 1.5. Преимущества:

- использование нефольгированных материалов;

- возможность воспроизведения тонкого рисунка. Недостатки:

- длительный контакт открытого диэлектрика с технологичес-

кими растворами металлизации, ухудшающими характеристики электрической изоляции без дополнительных мер по отмывке;

- длительность процесса толстослойного химического меднения.

2.2 Аддитивный процесс

Схема процесса аддитивной технологии с использованием фоторезиста:

• вырубка заготовки;

• сверление отверстий под металлизацию;

• нанесение катализатора на всю поверхности заготовки и отверстий;

• нанесение и экспозиция фоторезиста через фотошаблон-позитив;

• проявление фоторезиста с обнажением участков поверхности платы с нанесенным катализатором;

• толстослойная химическая металлизация отверстий и проводников;

• нанесение маркировки;

• обрезка платы по контуру;

• электрическое тестирование;

• приемка платы — сертификация. Преимущества:

использование нефольгированных материалов; изоляционные участки платы защищены фоторезистом — изоляции не загрязняется технологическими растворами;

- фоторезист может оставаться на плате в качестве защитного покрытия.

Недостатки:

- длительный процесс толстослойной химической металлизации;

необходимость использования фоторезиста, стойкого к длительному воздействию растворов химического меднения с щелочной реакцией.

2.3 Нанесение токопроводящих красок или металлонаполненных паст

Главные проблемы этого метода:

• создание в проводниках нужной проводимости, желательно соизмеримой с основным металлом;

• возможность воспроизведения рисунка с хорошим разрешением;

• обеспечение паяемости.

Проблемы проводимости могут быть решены, при условии максимального удаления связующего, разделяющего металлические частицы, из объема краски или пасты. Наилучшим образом, это достигается при высоких температурах обработки. Но для этого требуются нагревостойкие диэлектрические основания, типа стекла (си-талл), керамики (стеатит). Нанесение проводников на органические основания менее успешны из-за их ограниченной нагревостой-кости и связанными с этим трудностями в удалении связующего для сближения металлических частиц. Поэтому на органических подложках удается достичь 20% проводимости от чистого металла.