Рисунок печатной платы переносится с оригинала с помощью фотографического процесса на фотошаблон в масштабе 1:1. Следующей операцией, выполняемой изготовителем печатных плат, является точный перенос изображения на медную фольгу основания платы. Это может осуществляться несколькими способами, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Простейшим является способ трафаретной печати (сеткографический способ), заимствованный из полиграфической промышленности. Методом трафаретной печати на медную фольгу платы переносится позитив изображения. Это означает, что медная фольга покрывается краской на участках, соответствующих проводникам и контактным площадкам печатной платы; краска обладает стойкостью к воздействию травильных составов, используемых в последующих технологических операциях.
Станок имеет шарнирно укрепленную раму, на которую туго натянута сетка из нейлона, полиэфира или, что самое лучшее, из нержавеющей стали. Существует несколько вариантов подготовки трафарета; все они основаны на фотопроцессах, и общим для всех является то, что открытым ячейкам трафаретной сетки соответствуют непрозрачные участки, а закрытым — прозрачные участки рабочего негатива. Таким образом, открытые участки сетки трафарета соответствуют рисунку печатной платы. Плату затем помещают под трафаретом на расстоянии 1-2 мм. Трафаретная печатная краска накладывается на один край трафарета и с помощью резинового ракеля продавливается через сетку. При этом сеткотрафарет, прогибаясь, прижимается к плате, а краска через открытые ячейки сетки выжимается на поверхность платы. Далее рама немного приподнимается, а ракель и краска возвращаются в исходное положение. Плата снимается со станка и передается на сушку.
Как уже указывалось выше, трафарет выполнен в виде мелкой сетки. Обычно используют сетки с числом ячеек 200-250 на 25 мм длины, что соответствует размеру ячейки 0,07-0,08 мм. Теоретически размер ячеек определяет наивысшую разрешающую способность способа переноса рисунка схемы, но так как краска немного растекается, разрешающая способность несколько уменьшается, примерно до 0,10-0,15 мм. Такая разрешающая способность неприемлема для плат с узкими близко расположенными проводниками, часто называемых платами с высокой плотностью монтажа, для которых должны применяться другие методы переноса изображения. Обычно изготовители печатных плат не пользуются способом трафаретной печати, если ширина проводников и расстояние между ними менее 0,3-0,4 мм. Кроме того, они оценивают конфигурацию рисунка платы в целом, и если проводники расположены параллельно с малыми расстояниями между ними и имеют большую протяженность, то изготовители отказываются от трафаретной печати, где высока доля риска слияния соседних проводников и необходима последующая ретушь - процесс относительно дорогой.
Еще одним ограничением способа трафаретной печати является уменьшение точности переноса, обусловленное растягиванием сеткотрафарета при механическом воздействии ракеля. Обычно точность при переносе изображения способом трафаретной печати на плату длиной 200-250 мм не выше 0,1 мм и зависит от применяемого оборудования, а также от квалификации и внимательности оператора. В случае двусторонних печатных плат операция трафаретной печати должна быть повторена, т. е. вначале печатают и сушат одну сторону платы, а затем эти операции повторяют для второй стороны. Для реальной оценки качества переноса рисунка платы способом трафаретной печати специалист должен знать типовые дефекты, характерные для него:
Трафаретная печать выгодна тогда, когда число изготавливаемых плат более 25 и их рисунок не слишком прецизионен. В тех случаях, когда партия имеет меньший объем, начальная стоимость, особенно стоимость изготовления сеткотрафарета, окажется настолько высокой, что изготовитель печатных плат выберет способ фотопечати.
Для того чтобы получить более высокую разрешающую способность, чем та, которую обеспечивает способ трафаретной печати, используется так называемый способ фотопечати, в котором применяется сухая пленка фотополимерного материала. С помощью этого способа можно формировать «тонкие» проводники, т. е. проводники, ширина которых, равно как и расстояние между ними, уменьшена до 0,1 мм. Фотополимерный резист - это светочувствительный органический материал, который наносится на поверхность платы в виде тонкой пленки. Наиболее широко применяемые фоторезисты являются негативными. Они полимеризуются при экспозиции УФ-излучением и становятся нерастворимыми в определенных химических растворах, называемых проявителями. Проявитель растворяет неполимеризованные, т. е. неэкспонированные участки на пленке, оставляя полимеризованные участки в виде резиста на поверхности медной фольги. Фотопечать на резисте выполняется через фотошаблон, помещенный на поверхность платы, на которую предварительно уже нанесена фоточувствительная пленка. Изображение с негатива переносится на плату способом контактной печати экспонированием УФ-излучением. Для получения резкого изображения необходим плотный контакт между фотошаблоном и фоторезистом, что достигается применением вакуумного присоса при контактной фотопечати. Для получения позитивного изображения рисунка на плате фотошаблон должен быть негативом. В этом случае изображения проводников и контактных площадок должны экспонироваться УФ-излучением, которое вызывает полимеризацию. Это аналогично переносу изображения способом трафаретной печати, когда проводники и контактные площадки защищают от воздействия травителя нанесением краски и после удаления защитной краски оставшиеся участки медной фольги воспроизводят рисунок платы. Кроме того, негативное изображение получается, если в контактной фотопечати используется позитивный фотошаблон. Когда после экспозиции резист проявят, все проводники и контактные площадки воспроизведутся в виде открытых участков медной фольги, в то время как все остальные участки фольги будут покрыты полимеризованным фоторезистом. Обнаженные участки фольги далее металлизируют гальваническим способом, например покрывают тонким слоем оловянно-свинцового припоя. После удаления полимеризованного фоторезиста все участки медной фольги, не являющиеся элементами рисунка печатной платы, оголяются. Эти участки могут быть затем удалены травлением, причем покрытие припоем участков печатной платы будет играть при травлении роль защитного резиста. Оставшиеся после травления области, покрытые припоем, воссоздадут заданный рисунок платы. Для получения рисунков плат повышенной сложности можно формировать позитивный фоторезист. В этом случае все процессы выполняются применительно к обращенному рисунку платы. Предпосылками получения высокой разрешающей способности при контактной фотопечати являются, во-первых, мелкозернистая структура фоторезиста и, во-вторых, то, что источник света снабжен коллиматором, т. е. дает параллельный пучок лучей. Однако даже при этом некоторая часть светового пучка размывает края линий рисунка, что является результатом рассеяния света на этих краях и отражения на границе между медной фольгой и фотошаблоном.
Следствием этого является ухудшение резкости, поскольку граница между полимеризованными и неполимеризованными областями становится несколько размытой. После проявления слой полимеризованного фоторезиста имеет некоторое скругление в местах прилегания к медной фольге, поэтому при травлении печатной платы ширина проводников окажется несколько большей, а если на фольге по рисунку платы нанесено покрытие ( нанесены гальванически слой припоя или слой припоя по предварительному меднению), на границах между фоторезистом и медной фольгой произойдет некоторое сужение проводников. Чем толще слой фоторезиста, тем более жесткие требования выдвигаются к параллельности пучка света при экспозиции. Более того, не рекомендуется проводить экспозицию фоторезиста при рассеянном окружающем освещении - помещение для экспозиции должно быть защищено от дневного света желтым пленочным светофильтром; обработку следует проводить при желтом свете, который не воздействует на фоторезист.
В прошлом применялись жидкие фоторезисты, наносимые различными способами, такими как окунание, распыление, накатка роликом, центрифугирование с последующей сушкой. Эти способы трудоемки и не всегда обеспечивают равномерность покрытия, так как на конечный результат оказывают воздействие многие факторы. Очень часто толщина и равномерность толщины слоя фоторезиста могут меняться, что, естественно, неблагоприятно сказывается на качестве контактной печати. Несколько лет назад появились первые фотополимерные пленки сухого резиста, и к настоящему времени они заменили жидкие фоторезисты как более технологичные и простые в употреблении. Сухая пленка выполнена в виде «сандвича», состоящего из слоя полимерного фоторезиста, помещенного между двумя защитными пленками. Для обеспечения возможности нанесения сухопленочных резистов на автоматическом оборудовании пленки поставляются в рулонах. Нанесение таких пленок на плату осуществляется с помощью нагрева и давления, для чего используется специальный пресс. В этом процессе одну защитную пленку удаляют, в то время как другая остается и защищает резист с наружной стороны. Пресс может быть приспособлен также и на покрытие сухопленочным резистом одновременно обеих сторон платы. После экспозиции пленку, защищающую фоточувствительный материал, удаляют, и сухой фоторезист проявляют способом, аналогичным описанному выше. Полимеризованный резист, нанесенный на медную фольгу, защищает ее при последующих операциях травления или нанесения покрытия.
Фотошаблоны для обеих сторон платы должны быть тщательно установлены относительно друг друга, для того чтобы избежать несовпадения рисунков печатной платы на обеих сторонах готовой платы. Для того чтобы обеспечить хороший контакт между эмульсионным слоем фотошаблона и пленкой сухого фоторезиста, при фотопечати должен быть использован вакуумный присос. После экспозиции фотошаблоны и защитную пленку на фоточувствительном слое резистора удаляют, и плата поступает на проявление.
Типичные дефекты способа фотопечати:
Все более широкое внедрение сухоплёночных резистов привело к тому, что все ведущие фирмы-изготовители печатных плат к настоящему времени располагают всем необходимым технологическим и контрольным оборудованием для их применения. При малом объеме партии выпускаемых печатных плат, например до 25 шт., применение сухопленочного резиста более рентабельно, чем трафаретной печати, даже если не принимать во внимание степень детализации рисунка платы. Для изготовления плат с узкими, близко расположенными проводниками (так называемых плат с высокой плотностью монтажа) в настоящее время повсеместно применяют сухопленочные резисты.