Технологическая оснастка изготовления печатных плат

Точность и разрешающая способность получаемых ПП определяются качеством используемой технологической оснастки, основными видами которой являются фотошаблоны, сетчатые трафареты и печатные формы (клише).

Изготовление фотошаблонов. Изображение рисунка проводников ПП, разработанное на стадии создания конструкторской документации на изделие, должно быть перенесено на защитную маску фото- или металлорезиста в зависимости от типа применяемого процесса для создания ПП. Для переноса изображения предназначены фотошаблоны (ФШ), представляющие собой негативное или позитивное отображение конфигурации печатных проводников, выполненное в натураль­ную величину на светопроницаемом основании. Комплектом фотошаблонов называют то количество фотошаблонов, совмещающихся между собой, которое необходимо и достаточно для изго­товления ПП определенного типа и наименования. По назначению они разделяются на контрольные (эталоны), и рабочие, которые изготавливаются с контрольных методом контактной печати и служат для перене­сения имеющегося на них рисунка на плату.

Изображение элементов на фотошаблоне должно соответство­вать требованиям чертежа и быть черно-белым, контрастным с четкими и ровными границами при оптической плотности темных полей не менее 2,5-3 ед. и прозрачных участков не более 0,15-0,2 ед., замеренной с точностью ±0,02 ед. на фотоэлек­трическом денситометре типа. Размеры печатных про­водников и контактных площадок устанавливаются с учетом ве­личины подтравливания. Фотошаблон должен быть износостойким, иметь минимальную деформацию при изменении температуры и влаж­ности окружающей среды. В большей степени перечисленным требованиям удовлетворяют сверхконтрастные фотопластинки и полиро­ванные силикатные стекла с металлизированными поверхностями, на которых получают контрольные фотошаблоны. Рабочие фото­шаблоны изготавливают на малоусадочных (не более 0,01-0,03%) фотопленках.

На фотошаблоны наносят также технологические контрольные знаки. Контрольный знак - спе­циальный топологический элемент в виде штриха, щели, креста и пр., служащий для контроля точности изготовления оригиналов и фотошаблонов и применяе­мый для совмещения фотошаблонов слоев двусторонних и многослойных ПП, а также при выполнении операции мультипликации.

Обычно фотошаблоны получают на основе оригинала ПП, выполненного также на материале, который имеет стабильные размеры (органическое или силикатное стекло, алюминий, лавсан и др.), но в увеличенном масштабе 2:1,4:1, 10:1. Оптимальный масштаб выбирается исходя из габаритов ПП, тре­буемой точности получения фотошаблона и погрешности изготов­ления оригинала выбранным методом:

M = d_ор/d_фш,

где d_ор, d_фш - половина поля допуска на изготовление оригинала и фотошаблона. Основными методами получения оригиналов являются вычер­чивание, наклеивание липкой ленты и вырезание эмали.

Вычерчивание изображения оригинала на специальной бумаге или малоусадочной пленке, на которую предварительно наносит­ся непроявляющейся синей краской с шагом 2,5±0,05 мм коорди­натная сетка, осуществляют вручную (в основном, для макетных работ) или на автоматическом чертежном аппарате, управ­ляемом координатографом.

Метод аппликаций состоит в наклеивании на прозрачное осно­вание калиброванных одиночных и групповых элементов, изго­товленных из светонепроницаемой безусадочной антистатической пленки. Для получения изображения ДПП на одну сторону осно­вания наклеивают красные (желтые) элементы, а на другую си­ние (фиолетовые). Последующее фотографирование через соот­ветствующий светофильтр обеспечивает получение совмещенного оригинала рисунков с точностью ±0,2 мм. Метод рекомендуется для изготовления ОПП и ДПП, простых по конструкции, с пони­женной плотностью монтажа.

Наибольшую точность изготовления оригиналов ПП (±0,05мм) обеспечивает, метод вырезания эмали. Для этого на прозрачное основание наносят равномерный слой гравировальной черной эма­ли, которую после сушки вырезают с пробельных мест на универсально-расточных станках, снабженных измерительными микроскопами, или на координатографах. В качестве инструмента используются пунктирные иглы, граверные резцы, рейсфедеры с алмазными наконечниками.

Из готового оригинала контрольные фотошаблоны получают масштабным фотографированием на фоторепродуционных поли­графических камерах с объективами, имеющими высокую разрешающую способность. Рабочие фотошаблоны изготавливают с контрольных способом контактной печати. Если ТП предусма­тривает обработку групповой заготовки (при размерах ПП до 100 мм), то на специальном оборудовании (фотоштампах) мето­дом мультипликации получают групповой фотошаблон с точным расположением рисунков рядами и строками, общими элемента­ми совмещения и общим машинным нулем отсчета координат программного сверления отверстий. После экспонирования и мультиплицирования осуществляется хими­ко-фотографическая обработка фотоматериала, контроль полученного фотошаблона, ретуширование - удаление дефектов.

При изготовлении рабочих фотошаблонов необходимо, чтобы размеры элемен­тов топологии и расстояния между ними соответствовали требованиям КД на ПП с учетом технологических допусков на изготовление ПП. Пре­дельные отклонения размеров элементов топологии в зависимости от класса точности ПП приведены в таблице.

 

Класс точности ПП
Предельные отклонения размеров элементов топологии ФШ, мм	±0,10	±0,05	±0,03	±0,02	±0,01

Более прогрессивным является метод получения фотошаблонов сканирующим световым лучом. Он выполняется на лазерных растровых генераторах изображений (фотоплоттерах) сканированием лазер­ного пятна по поверхности пленок или стеклянных пластин и испарением маскирующего покрытия или засветки фотоматериала в соответствии с ри­сунком ПП. В фотоплоттере имеется биб­лиотека часто повторяющихся в топологических чертежах элементов и узлов.

При изготовлении крупноформатных шаблонов ПП на стеклах с мас­кирующим покрытием методом лазерного гравирования погрешность вза­имного расположения рисунка составляет ±0,01 мм, точность позициониро­вания ±0,005 мм, точность повторного позиционирования ±0,002 мм, неровность края изображения ±0,01 мм, погрешность воспроизведения размеров элементов изображения ±0,015 мм, погрешность расположения элементов относительно базового отверстия ±0,015 мм.

Формирование растрового изображения рисунка (оригинала) в фо­топлоттере вне зависимости от сложности рисунка происходит с высо­кой скоростью в течение нескольких минут. Тиражирование фотошаблонов прово­дится без использования методов контактной печати с высокой точно­стью. Работа фотоплоттеров поддерживается входными и выходными форматами систем автоматического проектирования. Это позволяет:

· получать фотошаблоны и программы сверления с цифрового планшета;

· просматривать и редактировать ФШ и программы сверления;

· создавать групповые заготовки на основе контура ПП одно­временно для всех слоев;

· автоматически генерировать по ФШ программы сверления;

· подсчитывать площадь металлизации, число контактных площадок проводников, отверстий, длину проводников и пр.

Время изготовления ФШ, например, размером 550x550 мм с мини­мальной толщиной линии 0,15 мм и неровностью края экспонируемого эле­мента ±10 мкм составляет 5-6 мин.

Сетчатые трафареты представляют собой металлическую раму из алюминиевого сплава, на которую натянут тканый материал. К материалу ткани предъявляются следующие требования: вели­чина просветов должна быть в 1,5—2 раза больше толщины нитей; на ткани не должно быть дефектов; она должна быть прочной на разрыв, устойчивой к истиранию, эластичной и практически не должна растягиваться в процессе работы, ячейки ткани не должны взаимодействовать с растворителями краски. Наибольшей точностью и долговечностью обладают металлические сетки из нер­жавеющей стали или фосфористой бронзы с размером ячеек 40-50 мкм, а наиболее эластичны сетки из капрона, лавсана, металлизированного нейлонового моноволокна.

Для изготовления сетчатого трафарета на поверхность рамы наносят специальный клей и укладывают сетку. Сетка равномерно натягива­ется таким образом, чтобы относительная деформация материала не превышала 6-8% для капрона, 5-7% для фосфористой бронзы и 2-3% для нержавеющей стали. Сетка приклеивается к раме и обезжиривается.

Рисунок платы на поверхности сетки получают прямым копи­рованием через фотошаблон нанесенной фотополимерной компо­зиции. Наносят фотополимер методом полива после создания вре­менной подложки из полиэтилентерефталатной пленки и пласти­ны оргстекла по высоте, равной высоте трафаретной рамы. Дальнейшие операции - экспонирование через фотошаблон, про­явление и контроль качества. Хранятся сетчатые трафареты в вер­тикальном положении.

Печатные формы. Конструктивно формы для офсетной печати разделяются на три вида: высокой печати, глубокой печати и с расположением печатных участков в одной плоскости. Изготавливают их из алю­миния, цинка, сплавов на их основе и пластмасс с помощью травления, гравирования, прессования, обработки гидрофобизирующей жидкостью, сборки из отдельных элементов и др. Наибо­лее технологичной, точной и надежной оказалась печатная форма для сухого офсета. Она представляет собой пластину из алюми­ния толщиной 0,5-1 мм, на которую наносится тонкая пленка силиконового лака, не смачиваемого трафаретной краской. На пленке при помощи лазерного гравировального автомата выжигается рисунок ПП. Использование печатной формы на станке офсетной печати обеспечивает на поле до 500х600 мм точность совмещения контактных площадок ±0,1 мм и производительность 300 отпечат./ч.

 

Главным направлением при производстве электронных модулей остается снижение себестоимости сборки и монтажа печатных плат при поддержании стабильно высокого уровня качества. Операция установки компонентов на печатную плату во многом определяет экономичность и производительность этого процесса. Автоматические системы для сборки электронных модулей во все большей степени ориентируются на программное обеспечение. Это компьютеризированная техника, управляемая мощными контроллерами, способными обработать большой объем информации в реальном времени, с широким спектром функций. Безусловно, как механические, так и программные функции оборудования становятся более сложными, но задача состоит в том, чтобы обеспечить даже более простое управление как отдельной машиной, так и комплексной линией на уровне оператора.

Производство печатных плат на стадии сборочно-монтажных операций включает в себя следующие основные этапы:

- подготовка компонентов и материалов;

- нанесение адгезива (клея) и паяльной пасты;

- установка компонентов;

- отверждение клея;