Технология производства печатных плат

В зависимости от типа конструкции печатной платы и конструкторско-технологических требований заданных в техническом задании на разработку печатного узла зависит и способ изготовления печатной платы. Так, например, для изготовления односторонней печатной платы, базовым материалом которой будет являться фольгированный стеклотекстолит, целесообразно применить химический позитивный метод. Для двусторонней печатной платы - комбинированный позитивный, для многослойной печатной платы – тентинг-метод, метод металлизации сквозных отверстий и ряд других. У каждого метода изготовления есть свои преимущества и недостатки. Одним из главных критериев является «воспроизводимость рисунка» - ширина печатного проводника.

Далее рассмотрим технологию изготовления печатной платы, приведенной на рисунке 1, методом металлизации сквозных отверстий, как наиболее часто применяемый при изготовлении многослойных печатных плат.

Структура многослойной печатной платы

Рисунок 1 - Структура многослойной печатной платы

1 Исходный материал
В качестве исходного материала применяется материал FR-4 – стеклотекстолит фольгированный с двух сторон.

2 Нанесение фоторезиста – фоточувствительного материала
Перед нанесением фоторезиста поверхность заготовки очищается для обеспечения адгезии фоторезиста. На заготовку ламинатором (валковым устройством) наносится пленочный фоторезист, который является светочувствительным к ультрафиолетовому спектру света. Фоторезист предназначен для избирательной защиты меди на этапе травления печатной платы.

3 Совмещение фотошаблона-негатива
С заготовкой совмещается фотошаблон. Изображение на фотошаблоне негативное по отношению к будущей топологии печатной схеме, т.е. под прозрачными участками фотошаблона медь не будет удалена.

4 Экспонирование фоторезиста
Прозрачные участки на фотошаблоне засвечиваются в результате чего они фотополимеризуются и теряют способность к растворению. Далее фотошаблон снимается.

5 Проявление фоторезиста
Не засвеченные участки растворяются, а фоторезист остается только там, где должны быть печатные проводники, т.е. в тех областях где были засвеченные участки. Следовательно, на печатной плате остается позитивное изображение топологии печатной схемы.

6 Травление рисунка печатной схемы
Медь удаляется с пробельных мест – там где были не засвеченные участки при проявлении фоторезиста. После травления не слое остается топология печатных проводников в соответствии с выполненной трассировкой.

7 Удаление фоторезиста
Фоторезист удаляется с поверхности печатных проводников, таким образом получается заготовка внутреннего слоя печатной платы.

8 Прессование слоев в многослойную структуру
На данном этапе слои многослойной печатной платы совмещаются по базам и прокладываются препрегом, специальным склеивающим материалом, представляющий собой стеклоткань, пропитанную эпоксидной смолой в полуотвержденном состоянии. Таким образом, получается пакет слоев, который укладывается в пресс, где подвергается воздействию высокой температуры и давления. Методы прессования - гидравлическое, гидравлическое с вакуумированием, вакуумное автоклавное. Смола склеивающих прокладок, препрегов, плавится и отверждается, происходит склеивание слоев многослойной печатной платы в единую монолитную заготовку.

9 Сверление сквозных отверстий
Отверстия высверливаются на станках с ЧПУ

10 Очистка отверстий от наноса смолы
После этапа сверления отверстия печатной платы очищаются травлением в серной кислоте, или в растворе перманганата, или плазмохимической очисткой, или гидроабразивной обработкой. Очистка отверстий необходима в связи с тем, что в результате сверления на медные торцы контактных площадок происходит нанос смолы (температура в зоне сверления может достигать 350 oС), который в свою очередь препятствует надежному соединению металлизации отверстия с внутренними слоями печатной платы.

11 Химическое и предварительное гальваническое осаждение тонкого слоя меди или прямая металлизация
Этот этап необходим для придания проводимости стенкам отверстий и предшествует гальванической металлизации. В связи с тем, что тонкий слой химической меди по своей структуре является «рыхлым» и быстро разрушается, его усиливают тонким слоем гальванической меди. Вместо химической металлизации и соответственно предварительной гальванической металлизации применяется метод прямой металлизации, при котором стенки отверстий покрываются тонким слоем палладия.

12 Нанесение фоторезиста
На данном этапе применяется фотошаблон-позитив, так как теперь фоторезист удаляется с тех участков, где будут проводники и отверстия, на стенки которых будет наносится медь. Данный процесс позитивный, так как изображение на фотошаблоне позитивное, а остающийся рельеф фоторезиста на печатной плате – негатив.

13 Гальваническое (электрохимическое) осаждение меди
Данный этап необходим для придания необходимой, порядка 25 мкм, толщины металлизации отверстий. Это связано с тем, что при данной толщине металлизации обеспечивается необходимая прочность при термодинамических нагрузках в процессе пайки. Кроме того, следует отметить, что на данном этапе металлизируются печатные проводники на внешних слоях, что увеличивает их толщину.

14 Гальваническое осаждение металлорезиста
Металлорезист – оловянно-свинцовое покрытие, предназначен для защиты печатных проводников и металлизированных отверстий на этапе травления, а также защищает медь от процесса окисления. Кроме того, металлорезист, в случае его применения как финишного покрытия, необходим для длительного сохранения способности печатной платы к пайке. Следует отметить, что в качестве металлорезиста может применяться гальванический сплав олова-свинца, который после оплавления способствует длительному сохранению способности к пайке.

15 Удаление фоторезиста
Фоторезист удаляется с поверхности печатной платы, оставляя металлорезист на проводниках и в отверстиях и обнажает медь в пробельных местах.

16 Травление меди на внешних слоях
В тех местах, на которых остался металлорезист медь останется не вытравленной и будет сформирована топология на внешних слоях. Незащищенная металлорезистом медь растворяется в травящем растворе.

17 Нанесение паяльной маски
Для защиты поверхности печатной платы от воздействия припоя наносится паяльная маска. Может применяться как жидкая, так и пленочная паяльная маска. Паяльная маска наносится и обрабатывается методами фотолитографии или методом трафаретной печати. Если на предыдущем этапе в качестве металлорезиста использовался сплав олово-свинец и предусматривается использовать паяльную маску, то металлорезист удаляется. Если паяльная маска не применяется, то сплав олово-свинец осветляют или оплавляют.

18 Облуживание монтажных поверхностей
Открытые паяльной маской участки меди облуживаются горячим припоем методом погружения. Такими участками являются монтажные отверстия и контактные площадки. При облуживании образовываются натеки припоя в отверстиях, поэтому при изъятии печатной платы из ванны облуживания она обдувается горячими воздушными ножами, что обеспечивает также выравнивание припоя на поверхности контактных площадок и монтажных отверстий.

19 Нанесение маркировки методом трафаретной печати или фотолитографией

20 Обрезка печатной платы по контуру

21 Тестирование печатной платы

22 Упаковка

На рисунке 2 приведена печатная плата изготовленная методом металлизации сквозных отверстий.

Многослойная печатная плата

Рисунок 2 - Многослойная печатная плата