Экспонирование печатных плат

Следующим этапом фотолитографического процесса является экспонирование. При экспонировании в слое ламинированного на печатных плат фоторезиста образуется скрытое изображение. При этом светочувствительный компонент претерпевает ряд фотохимических превращений. В зависимости от типа применяемого фоторезиста светочувствительный состав закрепляется (сшивается) на экспонированных участках и не удаляется при дальнейшем проявлении под действием органических или водно-щелочных растворителей (негативные фоторезисты) либо наоборот переходит в растворимое состояние и легко удаляется с экспонированных участков при проявлении (позитивные фоторезисты). В качестве примера установки двухстороннего оптического экспонирования можно привести установку ф. КОЛАЙТ DMVL 1630. Рис. 37.

Система экспонирования состоит из двух УФ ламп со ступенчатой регулировкой мощности. Лампы производятся фирмой COLIGHT, что гарантирует их высокую надёжность и большой срок службы. Лампы расположены вместе со специальными отражателями сверху и снизу камеры экспонирования и обеспечивают высокую равномерность излучения по всей площади рамы. Для достижения высокой производительности на установке используются две выдвижные рамы. Во время экспонирования в одной раме, новая заготовка устанавливается во вторую раму экспонирования.

Вакуумная система надёжно фиксирует заготовку в раме. Простая и надёжная система транспортировки обеспечивает плавное перемещение рам в зону экспонирования. Традиционно при экспонировании использовался контактный метод, засветка производилась интегрально через фотошаблон (ФШ). В настоящее время для экспонирования используются малоусадочные пленочные ФШ. При двухсторонней засветке слоев и при засветке рисунка наружных слоев необходимо проводить процедуру совмещения ФШ-ов между собой или ФШ и внутренних слоев спрессованной многослойных печатных плат.

Выполняется она с помощью «кнопок» и базовых отверстий или устройств распознавания образов. Основным (но не единственным) недостатком оптического экспонирования является необходимость содержания комплекта оборудования для изготовления фотошаблонов (фотоплоттер и проявка) и инфраструктуру кондиционного хранения и периодической аттестации ФШ, существенно увеличивающие производственные издержки.

Последнее время для экспонирования, особенно в многономенклатурном производстве используется прямое экспонирование. Учитывая перспективность этого технологического метода его особенности будут рассмотрены далее в отдельном подразделе.

Система экспонирования состоит из двух УФ ламп со ступенчатой регулировкой мощности. Лампы производятся фирмой COLIGHT, что гарантирует их высокую надёжность и большой срок службы. Лампы расположены вместе со специальными отражателями сверху и снизу камеры экспонирования и обеспечивают высокую равномерность излучения по всей площади рамы. Для достижения высокой производительности на установке используются две выдвижные рамы. Во время экспонирования в одной раме, новая заготовка устанавливается во вторую раму экспонирования. Вакуумная система надёжно фиксирует заготовку в раме. Простая и надёжная система транспортировки обеспечивает плавное перемещение рам в зону экспонирования.

Традиционно при экспонировании использовался контактный метод, засветка производилась интегрально через фотошаблон (ФШ). В настоящее время для экспонирования используются малоусадочные пленочные ФШ. При двухсторонней засветке слоев и при засветке рисунка наружных слоев необходимо проводить процедуру совмещения ФШ-ов между собой или ФШ и внутренних слоев спрессованной многослойных печатных плат. Выполняется она с помощью «кнопок» и базовых отверстий или устройств распознавания образов. Основным (но не единственным) недостатком оптического экспонирования является необходимость содержания комплекта оборудования для изготовления фотошаблонов (фотоплоттер и проявка) и инфраструктуру кондиционного хранения и периодической аттестации ФШ, существенно увеличивающие производственные издержки.

9.1.Прямое экспонирование сухого пленочного фоторезиста

Прямое экспонирование (ПЭ) – это экспонирование ФР по программе, сфокусированным лучем лазерного или светодиодного источника (замена материального ФШ на виртуальный). При использовании прямого экспонирования в техпроцессе изготовления печатных плат необходимо выполнить несколько дополнительных операций свойственных традиционному процессу изготовления печатных плат – его фотолитографическому этапу.

Необходимо предварительно нанести сплошной слой светочувствительного материала (СПФ или паяльной маски ). И после экспонирования выполнить технологические операции проявления, а затем травления или задубливания.

Как технологическая операция ПЭ появилось в прошлом десятилетии, но на первоначальном этапе не получило широкого распространения, т.к. требовало использования специальных дорогостоящих в то время ФР.

Совершенствование оборудования ПЭ шло в 2-х направлениях:

- создание источников излучения способных экспонировать стандартные фоторезисты;

- отработка конструктивных схем установок в части использования более удобных в эксплуатации и обслуживании источников излучения (переход от твердотельных лазерных источников экспонирования на светодиодные).

Как только эти цели были достигнуты, произошел резкий всплеск распространения этого вида оборудования.На рис. 38 показана разница в требуемом количестве операций для ПЭ и традиционного оптического экспонирования.

Слева представлен процесс традиционного оптического экспонирования, состоящий из большого числа операций: изготовление фотошаблона (отрисовка и проявление), хранение фотошаблонов, их контроль время от времени (контроль требуется, если превышен нормативный срок хранения) и экспонирования фоторезиста.

Справа процесс прямого экспонирования, для которого требуются только программы, по которым происходит экспонирование.

Т.о. техника прямого экспонирования позволяет избавиться от набора оборудования и технологических операций изготовления материальных фотошаблонов в производстве печатных плат. Хорошо зарекомендовала себя на рынке оборудования , представленная на рис.39 установка прямого экспонирования Ledia ф. SCREEN.

Она заменяет несколько этапов технологии изготовления печатных плат от процесса изготовления фотошаблонов, до экспонирования. Благодаря использованию СД с разными длинами волн с возможностью регулирования интенсивности свечения каждого СД на установке можно подобрать оптимальные режимы экспонирования различных марок СПФ и паяльных масок. Это высокопроизводительная и технически совершенная установка ПЭ , особенно в части экспонирования ПМ. У нее высокая прецизионность и точность позиционирования, большое рабочее поле (до 610х661мм).

Использование этой установки позволяет снизить инвестиционную и эксплуатационную нагрузку на производство, особенно для многономенклатурного производства. Нет необходимости приобретать и содержать оборудование для изготовления, хранения и аттестации большого количества ФШ.

Для лабораторных условий производства хорошо подойдет представленная на рис.40 установка ПЭ UV-P50 ф. Limata. Особенностью установки является работа с относительно маленькими заготовками (18′х12′) и относительно невысокая производительность. Это единственная в своем роде бюджетная система для производства прототипов и малых серий в условиях, когда не требуется высокая производительность.

При этом на всех установках прямого экспонирования можно использовать также и специальные фоторезисты, тем более, что сегодня их цена не сильно отличается от цены стандартных фоторезистов, используемых для оптического экспонирования. В любом случае производительность установок прямого экспонирования при работе со специальными фоторезистами будет больше чем при работе с стандартными фоторезистами, применяемыми при традиционном оптическом экспонировании. Справедливости ради надо упомянуть, что некоторые производители печатных плат выбирают именно этот вариант, компенсируя увеличение издержек на приобретение несколько более дорогого специального фоторезиста, уменьшением трудоемкости на операции прямого экспонирования.

В любом случае при экспонировании рисунка СПФ (травильного фоторезиста) прямое экспонирование за счет фокусировки луча светодиодного источника позволяет с легкостью получать прецизионный рисунок проводников соответствующий 5-6-7 классу точности по ГОСТ 53429 - 2009.