Выбор технологических методов в производстве печатных плат

Разнообразие базовых методов изготовления печатных плат зачастую ставит перед необходимостью выбора схемы процесса для воспроизведения рисунка заданного класса точности. При выборе можно руководствоваться рядом критериев, оговоренных в ГОСТ23751.

Мы попытались оценить возможности известных схем производства, исходя из одного критерия — точность воспроизведения рисунка проводника и зазора. Рассмотрены четыре схемы:

• тентинг-метод (с прямой металлизацией);
• комбинированный позитивный метод (с прямой металлизацией);
• комбинированный позитивный метод (с химической металлизацией);
• полуаддитивный метод с дифференциальным травлением.

Рис.1. Схема травления (H — толщина вытравливаемого металла; F — толщина фоторезиста)

Рассмотрено влияние толщины вытравливаемого металла для каждого из методов на воспроизводимость проводников и зазоров.

Принцип оценки точности воспроизведения проводника и зазора (П/З)

Будем считать, что разрешение фоторезиста (РФ) сравнимо с 4/3 его толщины:

Предположим, что величина вытравливаемого металла равна Н. Известно, что величина подтравливания (ВП) рисунка сравнима с глубины травления:

 

Теперь можно эмпирически получить формулу для оценки воспроизведения ширины зазора З:

 

C целью обеспечения равнопрочности проводники и зазоры, как правило, выполняют равными по ширине. Поэтому, вытравив тонкие зазоры, можно с уверенностью сказать, что проводники могут быть воспроизведены по крайней мере с той же шириной или с большей. Для оценки воспроизведения тонких проводников достаточно умения правильно оценить ширину зазора.

Рис.2. Схема тентинг-метода

Приведем пример численной оценки воспроизводимости зазора — З для тентинг-метода.

Тентинг-метод — самый дешевый и быстрый процесс изготовления печатных плат, при котором помимо металлизации отверстий происходит металлизация всей поверхности (рис. 2). Для тентинг-метода необходимо использовать толстопленочные фоторезисты (50 мкм), чтобы после проявления они смогли выдержать напор струй травящих растворов.

Рис.3. Схема комбинированного позитивного метода

В тентинг-методе по известным соображениям используется фольгированный диэлектрик с толщиной фольги 18 мкм. После гальванического наращивания 35 мкм меди толщина вытравливаемого металла будет:

Используя формулу (1), получим разрешение фоторезиста:

Используя формулу (2), получим величину подтравливания:

Используя формулу (3), получим величину ширины зазора:

При тентинг-методе трудно ожидать воспроизводимость рисунка (П/З) лучше, чем 0,14/0,14 мм.

В таблице 1 указаны величины П/З при разных толщинах фольги:

Комбинированный позитивный метод позволяет воспроизводить более тонкие проводники за счет меньшей толщины вытравливаемого металла. Толщина используемых в этом методе фоторезистов определяется лишь тем, что толщина рельефа должна быть больше толщины наращиваемой в этом рельефе металлизации (проводников). Схема процесса представлена на рис. 3.

В таблице 2 указаны величины П/З при разных толщинах фольги:

Нужно принять во внимание, что при травлении меди по металлорезисту включается в работу гальваническая пара медь–металлорезист (олово — свинец) и подтравливание может занять больше времени. Но использование интенсивного струйного травления с большим напором струй может нейтрализовать это явление.

Полуаддитивный метод с дифференциальным травлением позволяет воспроизводить еще более тонкие проводники, чем вышеуказанные методы. На нефольгированный диэлектрик осаждают минимальный слой меди, чтобы обеспечить возможность дальнейшей металлизации проводников и отверстий. И так как вытравливается только этот минимальный слой (около 3 мкм), то величина подтравов минимальна (до 2 мкм), что позволяет воспроизводить проводники малой ширины. В этом случае воспроизведение рисунка определяется преимущественно толщиной используемого фоторезиста, толщина которого должна создать рельеф для металлизации, чтобы она не «выплескивалась» за границы трассы. Поэтому и в этом методе вынуждены применять относительно «толстый» фоторезист толщиной около 30 мкм.

Рис. 4. Схема полуаддитивного метода с дифференциальным травлением

Схема процесса представлена на рис. 4.

Величина П/З для данного метода определяется разрешением фоторезиста и может составлять 0,02/0,02 мм.

Рассмотренные в статье методы с указанием толщин фольги, наращиваемого металла, фоторезиста и металлорезиста приведены в таблице 3. Дана оценка величины П/З и стоимости создания производства для изготовления печатных плат одним из четырех способов. Оценки стоимости даны в относительных единицах. За единицу принята стоимость основного и вспомогательного производства для изготовления печатных плат по тентинг-технологии.

Выводы:

• Выбор метода изготовления существенно сказывается на точности воспроизведения рисунка печатных плат.
• Тентинг-метод при всех его преимуществах не может претендовать на воспроизведение рисунка выше 4 класса по ГОСТ23751.
• Прецизионные печатные платы с проводниками и зазорами около 50 мкм и менее могут быть изготовлены только полуаддитивными методами в сочетании с дифференциальным травлением.

Автор выражает благодарность профессору Медведеву А. М. за помощь в написании статьи.

Автор: Вера Трубкина  

Мы всегда рады сотрудничеству с новыми авторами. Если у вас есть уникальная экспертиза или просто качественный материал, полезный инженерам-разработчикам электроники, мы с удовольствием поделимся им на страницах раздела Авторские статьи. Присылайте свои статьи на почту articles@rezonit.ru