Технология изготовления плат.Особенности производства печатных плат 6–7-го классов точности. Как изготавливать. На что обращать особое внимание

Причиной востребованности МПП 6-го и 7-го классов точности (назовем их прецизионными и сверхпрецизионными) стало появление комплектующих, требующих высокоточного рисунка посадочных мест (на наружных слоях) и многослойной разводки их с использованием элементов рисунка, имеющего параметры линия/зазор 50–75 мкм на внутренних слоях (рис. 1).

При проектировании инновационных изделий конструкторы должны и стремятся использовать такие комплектующие, а технологи должны уметь изготавливать печатных плат, пригодные для их монтажа.

Ныне действующий стандарт — ГОСТ Р 53429-2009 (заменивший ГОСТ 23751, специфицировавший пять классов точности) специфицирует уже семь классов точности, основными характеристиками в нем указаны линия/зазор и гарантийный поясок.

При этом практика показывает, что при изготовлении многослойных печатных плат 6–7-го классов проблема металлизации отверстий с большим H:d (12:1 и более) стоит весьма остро. Кроме того, появились новые подходы при формировании структур прецизионных многослойных печатных плат — заполнение отверстий, послойное наращивание и т. п. (рис. 2).

Анализ проблем, возникающих при попытках изготовить такие печатных плат, позволяет сделать следующие заключения:

1. Если при производстве печатных плат переход от 2-го к 4-му классу точности (а возможно, и к 5-му классу) носил эволюционный характер,то изготовление прецизионных многослойных печатных плат требует реализации принципиально новых инновационных технологических решений и оснащения.

2. Процессы изготовления печатных плат такого уровня сложности не могут быть сведены к реализации какой-либо одной операции, а предполагают комплексный подход, поскольку на разных этапах выполняются различные элементы прецизионных печатных плат.

Изготовить полноценную прецизионную печатных плат можно, только выполнив (предварительно оснастив производство соответствующим образом) определенный комплекс технологических этапов.

К основным технологическим этапам изготовления прецизионных печатных плат мы относим:

• подготовку поверхности под прецизионный рисунок;
• прямое экспонирование прецизионного рисунка;
• травление прецизионного рисунка;
• металлизацию отверстий с большим H/d и заполнением;
• корректировку размерных изменений (при малых значениях гарантийного пояска (D–d)/2).

Без осуществления этих этапов невозможно получить печатных плат с параметрами, соответствующими 6–7-му классам точности, и реализовать новые подходы при формировании структур прецизионных многослойных печатных плат, о которых говорилось выше.

Далее более подробно рассмотрим каждый из этапов.

Существенное уменьшение площади проводников в рисунке печатных плат 6–7-го классов точности (для минимизации дефектов травления) требует увеличения адгезии фоторезиста к меди на слоях перед процессом экспонирования и последующего травления.

Достаточную адгезию уже невозможно получить механической, гидроабразивной и даже стандартной химической (персульфатной) обработкой.

ООО «РТС-Инжинириг» предлагает техпроцесс селективной химической подготовки медной поверхности от фирмы Dow (Шиплей) — DOW Circuposit Etch 3330.

Техпроцесс поддерживается конвейерным оборудованием нашего партнера — фирмы «Шмид» (рис. 3). В принципе, по желанию заказчика этот техпроцесс может быть адаптирован к оборудованию других изготовителей.

Техпроцесс, который позволяет реализовать шероховатости медной поверхности, достаточные для обеспечения необходимой адгезии (рис. 4), обладает следующими преимуществами:

• поставка и корректировка концентратами;
• низкая цена
• концентратов; отличная адгезия (обеспечение высокой адгезии, в том числе для прецизионных проводников) при относительно малом снятии меди, что увеличивает промежуток времени между корректировками.

Значительным преимуществом служит и то, что состав является универсальным как для подготовки под травильный фоторезист, так и под паяльную маску (ПМ).

Формирование рисунка слоев, необходимого (для 6–7-го классов точности) уровня прецизионности, в условиях рентабельного производства невозможно без использования техники прямого экспонирования (ПЭ).

При формировании прецизионного рисунка традиционное оптическое экспонирование имеет ряд физических ограничений.

Вот почему особенно привлекательным стало прямое экспонирование на установках ПЭ, адаптированных к работе со стандартными фоторезистами.

Кроме того, использование виртуальных фотошаблонов (ФШ) резко повышает оперативность организации производственного процесса в условиях многономенклатурного выпусках изделий и позволяет снизить инвестиционные издержки (не предусматривать при оснащении «кухню» изготовления материальных ФШ).

ООО «РТС Инжиниринг» предлагает две линейки оборудования прямого экспонирования, отличающиеся высокой производительностью и разумной ценой:

• установки ПЭ компании Limata для изготовления прототипов и малых серий (рис. 5а);

• установки ПЭ Ledia компании Screen (Япония) для изготовления средних и крупных серий (рис. 5б).

Представленные установки оснащены устройствами прецизионного попиксельного экспонирования на основе цифрового микрозеркала, устройствами автоматического совмещения, использующими широкий спектр реперных знаков, устройствами автофокусировки, производственным программным обеспечением.

Оснащение установок позволяет экспонировать стандартные фоторезисты (в том числе фотоформируемую ПМ) с низкой тепловой нагрузкой на фоторезист на любых неровных коробленых поверхностях многослойных печатных плат, а также проводить оперативное масштабирование, необходимое в технике корректировок размерных изменений.

Основные технические характеристики установок ПЭ фирмы Limata (Германия):

• минимальная ширина проводник/зазор: 50 мкм (опция: 25 мкм);
• производительность: до 35 сторон/ч; • срок службы лазера: более 20 000 ч;
• материалы: заготовки с фоторезистом или паяльной маской.

Уникальной особенностью установок ПЭ фирмы Limata является возможность экспонирования диазопленок (ДЗП), что позволяет использовать эту машину как заменитель фотоплоттера. Это может быть достаточно полезно при определенных производственных обстоятельствах.

Основные характеристики высокопроизводительных установок ПЭ Ledia фирмы Screen (Япония):

• минимальная ширина проводник/зазор: 30 мкм (опция: 15 мкм);
• производительность: до 288 сторон/ч (уникальной характеристикой этого оборудования является возможность модулирования интенсивности экспонирования на разных длинах волн, что позволяет обеспечивать высокую производительность по ПМ, рис. 6);
• срок службы светодиодной головки: более 20 000 ч;
• экспонируемые материалы: заготовки с фоторезистом или паяльной маской.

Рис. 6. Модулирование интенсивности экспонирования на разных длинах волн

Уникальная особенность установок ПЭ Ledia фирмы Screen состоит в том, что она оснащена очень интересной функцией, весьма полезной в условиях реального производства. Эта функция позволяет обеспечивать сквозную маркировку заводских номеров заготовок и фрагментов, а также коэффициентов масштабирования, что необходимо для контроля и учета индивидуальных характеристик, изготавливаемых печатных плат в рамках системы менеджмента качества на производстве (рис. 7).

Рис. 7. Автоматическая маркировка заводских номеров и rоэффициентов масштабирования	Рис. 8. Установка прецизионного травления фирмы «Шмид»

При необходимости производительность установок обеих технологических линеек может быть увеличена по желанию заказчика на его территории.

Рис. 9. Блок интермиттирующего травления с управлением линейками форсунок	Рис. 10. Блок интермиттирующего травления с индивидуальным управлением каждой форсункой

Травление прецизионного рисунка в технологии изготовления многослойных печатных плат 6–7-го классов точности является одним из наиболее сложных (технологически) этапов.

При его реализации необходимо решить следующие задачи:

• травление с большими значениями фактора травления;
• равномерность травления по всей площади заготовки.

Для выполнения процесса прецизионного травления ООО «РТС Инжиниринг» предлагает травильные машины фирмы «Шмид» (рис. 8).

В отличие от широко известных систем TFS или вакуумного травления горизонтальные машины фирмы «Шмид» используют блоки интермиттирующего (прерывистого) травления, установленные после основного блока травления, что позволяет компенсировать не только разницу скорости травления на разных сторонах («эффект лужи») заготовки, но и разнотолщинность меди на одной стороне (краевой эффект при гальванической металлизации методом «тентинг»).

Блок интермиттирующего травления с управлением линейками форсунок устраняет «эффект лужи».

Такая конфигурация обеспечивает гарантированное травление прецизионного рисунка с параметрами линия/зазор — 50/50 мкм и фактором травления 4–5 в реальном производстве (рис. 9).

Блок интермиттирующего травления с индивидуальным управлением каждой форсункой устраняет и «эффект лужи», и разнотолщинность, связанную с краевым эффектом гальваники, и обеспечивает гарантированное травление прецизионного рисунка с параметрами линия/зазор — 30/30 мкм и фактором травления 6–7 в реальном производстве.

С помощью этого блока можно прецизионно травить несколько заготовок, лежащих по ширине конвейера (рис. 10). Неотъемлемой частью систем травления прецизионного рисунка печатных плат 6–7-го классов точности являются установки регенерации травильного раствора. При изготовлении прецизионных печатных плат установки регенерации обеспечивают необходимое постоянство состава рабочего раствора травления.

Фирма «Сигма» (Швеция) и ООО «РТС Инжиниринг» предлагают системы регенерации травильных растворов, уникальной особенностью которых является также регенерация промывных вод и извлечение меди чистотой 99,9% (рис. 11).

Эти системы работают в связке с травильными машинами и решают задачи, актуальные для изготовления любых печатных плат:

• экологическую задачу (проблема утилизации травильных растворов связана с организацией их накопления и доставки на полигон для захоронения);
• задачу окупаемости (в среднем за 3–4 года) при отнюдь не маленькой цене;
• задачу организации замкнутого водооборота.

При изготовлении многослойных печатных плат 6–7-го классов точности установки регенерации решают очень актуальную для обеспечения равномерности травления задачу — поддержание постоянного состава рабочих растворов. В следующих статьях цикла мы продолжим рассмотрение основных и дополнительных технологических этапов техпроцесса изготовления многослойных печатных плат 6–7-го классов точности:

Формирование многослойной структуры прецизионных многослойных печатных плат.

1. Корректировка размерных изменений.
2. Адгезионное покрытие слоев перед прессованием.
3. Маркировка струйным принтером.
4. Финишные покрытия.
5. Аналитическая лаборатория.
6. Инженерное обеспечение производства прецизионных многослойных печатных плат.