Получение монтажных и переходных отверстий

'* Применяют следующие способы получения отверстия:

4)- механический (сверление на станках)

Ц-пробивка

• лазерное сверление для отверстий малого диаметра, глубоких и глухих

• фотолитография

• воздействие плазмы.

Наиболее широко используют первые два.

Операция сверлении является одной из наиболее ответственных в производстве ПП,

т.к.:

• она обеспечивает качество получения токопроводящего слоя в отверстиях путем их металлизации, от которой зависит точность и надежность электрических параметров ПП;

• она обеспечивает точность совмещения токопроводящих рисунков схемы, расположенных на противоположных сторонах ДПП или разных слоях МПП;

• брак на этой операции является необратимым.

Подготовка поверхности пп

Подготовка поверхности и отверстий заготовок ПП осуществляется с целью:

• удаления заусенцев, смолы и механических частиц из отверстий после сверления;

• получение равномерной шероховатости поверхности, т.е. придания ей структуры, обеспечивающей прочное и надежное сцепление с фоторезистом;

активирования поверхности перед химическим меднением;

-удаления оксидов, масляных пятен, захватов пальцами, пыли, грязи, мелких царапин;

/ 1 ^Применяются следующие способы подготовки поверхности и отверстий:

' • механический (щеточный или струйный);

• химический;

• комбинированный;

• электрохимический;

• плазмохимическое травление;

• ультразвуковой.

Металлизация

Основное назначение - получение токопроводящих участков ПП, защита их от растравливания на операции травления меди с пробельных мест и от окисления для обеспечения паяемости ПП. Основные способы:

• химическая металлизация

• гальваническая

• магнетронная, ионно-плазменная и др.

Нанесение защитного рельефа

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

• фотолитографией (фотохимический);

• сеткографическим (сеткография, трафаретная печать, шелкография);

• офсетной печатью.

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 1111: 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.).

'— ^4/^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.

у^уть способа заключается в контактном копировании рисунка схемы с ФШ на заготовку ПП, покрытую светочувствительным слоем (фоторезистом — ФР)Г?

Основные этапы фотохимического способа:

• на поверхность заготовки ПП наносится фоторезист

• фотополимерный материал, чувствительный к УФ-излучению (рис. 43);

-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).

Рис. 43. Фотохимический способ нанесения защитного рельефа: а - экспонирование рисунка схемы через ФШ; б- проявленное изображение рисунка схемы;

1 - ПП; 2 - СПФ; 3 - УФ-излучение; 4 - ФШ

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 мкм.

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

Р

о результату воздействия света фоторезисты бывают негативные и позитивные. При

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

зовании негативных фоторезистов экспонированные области заготовки ПП остаются на плате, т.к. 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, т.к. в позитивных фоторезистах экспонирование имеет целью создать условия для деструкции экспонированных участков фоторезиста и перевода их в растворимое состояние в проявителе с щелочными свойствами.

4%, ТОсновными характеристиками фоторезиста являются: стойкость к травителям и гальваническим ваннам (кислого стойкость), светочувствительность, контрастность, высокая разрешающая способность, однородность, равномерность по толщине и пр?~7

Нанесение жидкого фоторезиста осуществляется следующими способами:

• центрифугированием (фоторезист растекается под действием центробежной силы); недостаток - неравномерность толщины слоя, 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 фоторезистора и фоторезист с их поверхности переносится на поверхности заготовки. При этом жидкий фоторезист на наносящие валки постдозирующих 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 пр.), двухстороннее нанесение фоторезиста на жесткое или гибкое основание, 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.

• пульверизацией - фоторезист из форсунки подается на 1111, перемещающуюся с определенной скоростью на конвейере. Достоинства - простота способа, равномерность по толщине;

• электростатическим распылением в поле высокого напряжения;

-способом электрофореза, который позволяет получить равномерные по толщине слои фоторезиста в гальванической ванне и регулировать толщину слоя изменением потенциала на электродах ванны.

Экспонирование осуществляется УФ источником света. Перед экспонированием заготовка ПП с нанесенным фоторезистом совмещается с ФШ с помощью специальных знаков совмещения и производится засветка через ФШ.

Для негативных фоторезистов при экспонировании происходит их задублнвание; для позитивных - деструкция.

После экспонирования производится выдержка 20-30 минут в темном помещении, а затем проявление рисунка путем избирательного растворения неэкспонированных

участков для негативных фоторезистов и экспонированных - для позитивных. Нераст- воренные участки фоторезиста используются в качестве защитной фотомаски при травле­нии меди с пробельных мест или при химико-гальваническом осаждении меди. '

Сеткографический способ нанесения защитного рельефа

еткографический способ нанесения защитного рельефа заключается в получении изображения рисунка схемы путем продавливания специальных кислотостойких быст­росохнущих трафаретных красок ракелем (резиновой лопаткой) через сетчатый трафарет, на котором рисунок схемы образован ячейками сетки, открытыми для продавливания, и закрепления красок на поверхности заготовки ПП в результате испарения растворителя (рис. 44).

Рис. 44. Сеткографический способ нанесения защитного рельефа: 1 — трафарет; 2 — краска; 3 — основание ПП

\

J

Защитные свойства трафаретных красок зависят от оптимальной величины вязкости, которая устанавливается в соответствии с температурой, номером сетки, сложностью рисунка схемы и пр. Оптимальная величина вязкости характеризуется легким и равно­мерным растеканием и продавливанием краски сквозь отверстия сетки трафарета под воздействием ракеля, изготовленного из листов маслобензостойкой резины или полиуре­тана. Основными видами трафаретных красок являются защитные щелочесмываемые, быстросохнущие и защитные гальваностойкие, смываемые органическим раствори гелем (хлористым метиленом). --■■■

Сетчатые трафареты представляют собой металлическую раму из алюминиевого сплава, на которую натянут тканый материал, к которому предъявляют следующие требования: материал ткани должен быть прочным на разрыв, устойчив к растяжению, истиранию, бездефектным, не должен взаимодействовать с растворителями трафаретной краски, величина просветов должна быть в 1,5-2 раза больше толщины нити.

Сетчатые трафареты изготавливают из синтетических тканей, из металлических сеток (латунь, бронза, коррозионностойкая сталь) и из комбинированных сеток, в которых металлическая центральная часть, соответствующая размеру рабочего поля, вклеивается в натянутую на раму капроновую ткань клеем «Адгезив-2В» или клеем «Виланд-5К», а капрон под металлической сеткой удаляют концентрированной азотной кислотой.

Наибольшую точность и долговечность имеют сетки из нержавеющей стали или фосфористой бронзы с размером ячеек 40...50 мкм; наибольшую эластичность - сетки из лавсана, капрона, металлизированного нейлонового моноволокна.

Для получения рисунка трафарета применяют прямой или косвенный способы.

При прямом способе на натянутые сетки с временной подложкой из полиэтилен- терефталатной пленки наносится фотополимеризующая композиция методом полива («Полисет», или типа ФСТ (ТУ610-028-029), или композиция «Фотосет-Ж» - для синтетических тканей), и получают изображение схемы фотохимическим способом (экспонирование через ФШ, проявление, дубление, промывка, обезжиривание, контроль качества). Для экспонирования изображения на сетку может быть использована установка экспонирования сетчатых трафаретов УЭСТ-901А.

При косвенном способе рисунок схемы переносится на сетку из пленочных материалов, таких как пленка СПФ, пигментная бумага. Достоинством косвенного метода является высокое качество изображения, недостатком - низкая тиражестойкость трафарета (до 600 оттисков), длительность процесса его изготовления.

Нанесение трафаретной краски на автоматическом оборудовании осуществляется в такой последовательности:

• загрузка заготовок ПП при помощи ленточного конвейера;

• фиксация заготовок в рабочей зоне на штифтах с точностью (±0,025) мм;

• закрепление заготовок при помощи вакуумной системы;

-дозированная подача краски в зону обработки и автоматическое продавливание ее ракелем через трафарет; время одного цикла 5...7 с;

• сушка красок с органическими растворителями в туннельных конвейерных печах горячим воздухом при Т = 150... 180 °С или ИК- излучением.

Наибольший формат печати составляет 620*650 мм, производительность - порядка 1000 оттисков/ч.

Одной из проблем трафаретной печати является продолжительность сушки, для реше­ния которой разрабатывают краски мгновенной сушки, содержащие мономерно-полимерные композиции и фотоинициатор, которые закрепляются на заготовке под действием УФ- излучения; высокопроизводительное оборудование.

Удаление трафаретной краски с заготовки ПП после операции травления меди с пробельных мест производится в установках струйного типа (3...5)%-ным раствором горячей щелочи при Т - 40...60 °С в течение 10...20 с.

В оборудовании для одновременного нанесения трафаретной краски на две стороны заготовки ПП устанавливаются вертикально.

/ N • / » Ki

yf Офсетная печать

Офсетная печать обеспечивает 1-2 класс точности ПП с точностью воспроизведения рисунка (±0,2) мм.

^Спйсоб нашел применение в массовом и крупносерийном производстве и состоит из следующих основных этапов:

-изготавливается клише (форма для офсетной печати) из алюминия, цинка, их сплавов и пластмасс с изображением рисунка схемы; основными операциями изготовления являются травление, гравирование, прессование, обработка гидрофобизирующей жидкостью, сборка; конструктивно формы для офсетной печати разделяются на несколько видов: высокой печати, глубокой печати и с расположением печатных участков в одной плоскости;

—клише (форма) закатывается трафаретной краской;

• краска с клише снимается с помощью офсетного валика, покрытого резиной;

• офсетным валиком краска переносится на подготовленную поверхность заготовки

ПП;

• сушка краски при высокой температуре Д

Наиболее технологичной, надежной и точной является форма для сухого офсета, для которого в качестве основания используют пластину из алюминия толщиной 0,5... 1,0 мм. На нее наносят тонкий слой силиконового лака, не смачиваемого трафаретной краской, которой впоследствии закатывается форма. На слое лака лазерным гравировальным автоматом выжигается рисунок ПП. Готовую форму устанавливают на станок офсетной печати, который имеет рабочее поле размером до 500 * 600 мм, точность совмещения контактных площадок (±0,1) мм, производительность 300 отпечатков /ч.

Достоинства способа - высокая производительность, возможность автоматизации процесса, тиражеспособность; недостатки - низкая точность получения рисунка, пористость слоев краски вследствие малой толщины, высокая стоимость оборудования.

специальными гребенками, впаиваемыми в плату способом групповой пайки.

Переходные элементы (разъемы, переходные колодки и т. п. от одной платы к другой устанавливаются так же, как и навесные радиоэлементы (рис. 56).

Крепление печатного узла в приборе во избежание обрыва печатных проводников не должно давать прогиба платы, но должно обеспечивать возможность легкой его замены. Во избежание замыкания печатного проводника на корпус прибора предусматривается изоляция печатной платы от шасси прибора. Для заземления печатной платы используются перемычки, лепестки и т. п., впаянные в монтажные отверстия платы и имеющие контакт с шасси прибора. Непосредственный контакт печатного проводника с шасси прибора не допускается.

Рис. 56. Переходные элементы

Для повышения жесткости изделий на печатных платах, работающих в условиях значительных перегрузок, наиболее массивные элементы рекомендуется располагать ближе к местам крепления платы.

Металлизированные отверстия на плате обязательно зенкуют с двух сторон. Их диаметры выбирают в зависимости от толщины платы и диаметров выводов элементов. Следует ограничивать применение разных диаметров отверстий на одной плате. Допускается установка радиоэлементов с выводами диаметров:

0,5 мм - в отверстие диаметром 1 мм;

0,6 мм — в отверстие диаметром до 1,3 мм;

0,8 мм — в отверстие диаметром до 1,5 мм и т. д.

Диаметры (ф металлизированных отверстий для выводов диаметром более 1 мм выбирают­ся без учета толщины платы исходя из условий:

d = dg ± (0,5 + 0,6) мм, где ds - диаметр вывода элемента.

Диметр зенковки при экий выбирается из условий:

<U,em ц d+ (0,5 + 0,7) мм.

Диаметры неметаллизированных отверстий, применяемых на платах, размерами не огра­ничиваются.

Допуски на обработку диаметров металлизированных отверстий и зенковок:

+0,10 - для отверстий диаметром до 0,8 мм;

+0,12 - для отверстий диаметром от 1 мм;

+0,20 - для зенковок всех диаметров металлизированных отверстий.

TV, Длина монтажных выводов элементов от места пайки до корпуса элемента / (рис. 57) должна быть минимальной, но не менее длины, указанной в ТУ на этот элемент. Если этого указания в ТУ нет, то расстояние от корпуса элемента до места пайки 1 берется не менее 2J5 мм.

Расстояние от корпуса элемента до изгиба вывода элемента «а» (рис. 57) должно быть не менее расстояния, указанного в ТУ на эти элементы. Если в ТУ это расстояние не указано, оно принимается не менее 2 мм.

a L

Рис 57. Пример для определения расстояния до места пайки

*7 (^^При этом расстоянием до места пайки / следует считать расстояние от корпуса 'эл&йента до места приложения паяльника или поверхности платы со стороны пайки, а расстоянием до места изгиба «а» при одноразовой гибке — расстояние от корпуса элемента до оси изогнутого вывода.

Наименьший радиус изгиба выводов должен быть не меньше удвоенной величины их диаметра или толщины.

При применении припоя ПОС-61 или другого, более низкотемпературного припоя и времени пайки не более 2-3 с при толщине до 1,5 мм пайку резисторов и конденсаторов разрешается производить на расстоянии 2,5 - 3 мм от корпуса.

Навесные элементы в изделиях плоскостной (одноплатной) конструкции необходимо устанавливать параллельно поверхности платы со стороны, противоположной размещению печатных проводников; на платах с двусторонним расположением печатных проводников - со стороны, указанной в сборочном чертеже на изделие. Корпуса элементов размещаются на печатной плате параллельно или перпендикулярно друг к другу (рис. 58, а, б). Элементы типа КД-1, КМ.-3, СКМ и др. располагаются под углом к оси между монтажными отверстиями, в которые они устанавливаются. Угол расположения определяется конструкцией элементов.

^Расстояние между корпусом элемента и краем печатной платы должно быть не менее 1 мм (если позволяет конструкция); между выводом элемента и краем платы - не менее 2 мм (рис. 58, а, б), если особо не оговорено в чертеже. Расстояние между корпусами сосед­них элементов или корпусами и выводами соседних элементов выбирается в зависимости от условий теплоотвода и допустимой разности потенциалов между ними, но не менее 0,5 мм, если расстояние не оговорено в чертеже. Элементы с надетыми на них изоляци­онными трубками могут соприкасаться друг с другом^рис. 58 б).

Установку элементов и изделий на печатные платы рекомендуется выполнять, начиная с меньших по размеру. Выводы элементов на плату необходимо производить так, чтобы облуженная

Lj\J^ Установка микросхем на печатные платы

Конструктивные особенности корпусов микросхем - наличие гермовводов и герметизирующих швов, относительно тонкое (0,1...0,2 мм) дно, на котором расположен кристалл, - определяют ряд требований, которые должны быть выполнены при установке микросхем на печатные платы.

На рис. 68, а, б показан вариант установки микросхем со штырьковыми выводами (корпуса первого типа). Установка таких корпусов производится в металлизированные отверстия. Выводы микросхемы не формуются. Величина зазора, равная 1^+0,5 мм, выбрана

Рис. 68. Варианты установки различных корпусов на печатную плату

из условия обеспечения механической устойчивости микросхемы во всем диапазоне механических нагрузок и сохранения целостности корпуса (при меньших зазорах возмож­но нарушение гермоввода для металлостеклянных корпусов из-за теплового воздействия припоя при пайке).

Микросхемы в корпусах второго типа устанавливают на платы с односторонним или двусторонним расположением печатных проводников в неметаллизированные отверстия, с зазором, который обеспечивается конструкцией выводов (рис. 68, в). На рис. 68, в, г, д показаны варианты установки микросхем в корпусах третьего типа с отформованными выводами. Установка производится с зазором 3⁺ ’⁵ мм (рис. 68, г). Если аппаратура подвергается повышенным механическим воздействием при эксплуатации, то при установке микросхем должны применяться жесткие прокладки из электроизоля­ционного материала. Прокладка должна быть приклеена к плате и основанию (ко дну) микросхемы (рис. 68, д). Конструкция прокладки также должна обеспечивать целостность гемовводов микросхемы. При использовании микросхем в круглых корпусах без формовки выводов их устанавливают с зазором I*^0,5 мм в металлизированные отверстия.

Микросхемы в корпусах четвертого типа с отформованными выводами можно устанавливать на платы с односторонним или двусторонним расположением печатных проводников следующими способами: вплотную на печатную плату или на прокладку (рис. 68, е, з) с зазором до 0,7 мм (рис.68, ж).

Планарные корпуса следует приклеивать по всей плоскости основания корпуса. Толщина клеевого шва определяется выбранным вариантом формовки выводов (расстоя­нием от плоскости основания микросхемы до платы), но зазор между микросхемой и платой должен быть полностью заполнен клеем. При установке микросхем в планарных корпусах допускается смещение свободных концов выводов в горизонтальной плоскости в пределах ±0,4 мм от положения выводов после формовки. Рекомендуется приклеивать микросхемы к печатным платам клеем ВК-9. Температура сушки материалов, ис­пользуемых для крепления микросхемы па платы, не должна превышать допустимой температуры для ее эксплуатации. Рекомендуемая температура сушки 65 ± 5°С. При приклеивании микросхемы к печатной плате усилие прижатия не должно превышать 0,08 мкПа.