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.

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.