Печатные платы — расширенный справочник

Процесс фотолитографии внутренних слоев многослойной печатной платы состоит из следующих этапов: первый - линия химической подготовки. Здесь на поверхности меди развивается шероховатость, необходимая для наилучшей адгезии фоторезиста. На следующем этапе заготовки проходят линию автоматического ламинирования. Сухой пленочный фоторезист наносится на заготовку при помощи горячих валов.
После охлаждения заготовки передаются на экспонирование – избирательное засвечивание фоторезиста, которое происходят на установках прямого лазерного экспонирования без использования фотошаблонов. Экспонированные заготовки выдерживаются в течение 15 минут и передаются на проявление рисунка. Участки фоторезиста, которые не подвергались экспонированию, растворяются в проявочном растворе, обнажая медь для последующего удаления.

Завершающим этапом проявления является контроль качества операций, после чего заготовки передаются на травление внутренних слоев.

Травление осуществляется в горизонтальной конвейерной машине. Медь, незащищенная фоторезистом, стравливается. Таким образом формируется топология внутреннего слоя многослойной печатной платы. После травления фоторезист полностью снимается в специальной установке.

Все внутренние слои многослойной печатной платы проходят обязательный контроль на машине автоматической оптической инспекции. Это позволяет избежать проблем с топологией на внутренних слоях, так как после прессования уже не будет возможности внести коррективы. Система сканирует заготовку, получает цифровое изображение вытравленной топологии и сравнивает его с эталонной топологией, сформированной при подготовке платы к производству. Все найденные различия предъявляются оператору для принятия решения.

Перед прессованием на очищенную поверхность меди осаждается органический комплекс, для развития поверхности и улучшения адгезии. Для позиционирования внутренних слоев между собой используется установка автоматической сборки пакетов. 

После сборки пакет внутренних слоев склеивается через препрег индукционным нагревом. Заготовка располагается между двумя разделительными пластинами и представляет из себя набор, который состоит из фольги 1 наружного слоя препрега, создающего диэлектрический связующий слой, пакета внутренних слоев, собранных на установке сборки пакета, препрега и фольги 2 наружного слоя. Собранные пресс-формы загружаются в вакуумный горячий пресс. В процессе прессования заготовки многослойных печатных плат формируется в единую структуру. После горячего прессования платы перемещаются в холодный пресс для контролируемого охлаждения.Далее пресс-формы разбираются и спрессованные заготовки передаются на операцию вскрытия базовых отверстий.

Данная операция используется для позиционирования программы сверления сквозных отверстий, контроля качества прессования и совмещения внутренних слоев. Выполняется на сверлильном станке, оборудованном рентгеновским источником и камерой. Система обнаруживает скрытые на внутренних слоях метки. Станок проверяет наличие деформации заготовки после процесса прессования, а также качество совмещения внутренних слоев и сверлит базовые отверстия.

Заготовка передается на операцию сверления сквозных отверстий, где собирается в пакет. Он состоит из подкладочного материала для исключения заусенцев на обратной стороне стеклотекстолита и накладки из алюминия или гетинакса для минимизации увода инструмента в процессе сверления. Станок распознает базовые отверстия при помощи оптических камер для точного совмещения программы сверления с центрами контактных площадок на внутренних слоях. Процесс сверления контролируется компьютером по программе, содержащей координаты и диаметры отверстий. Станок выбирает инструмент из магазина, проверяет его длину, диаметр и биение при помощи лазерной станции измерения. Наличие системы контактного сверления позволяет выполнять данную операцию с контролем глубины. Это необходимо для получения глухих отверстий на многослойных печатных платах повышенной плотности. После сверления заготовка передается на первую металлизацию.

Для создания первоначального проводящего слоя на стенках отверстий применяется сочетание трех процессов, первый из которых - перманганатная очистка отверстий. В процессе обработки стравливается небольшой слой эпоксидной смолы с торцов внутренних слоев и стенок отверстий. Далее для обеспечения адгезии меди на поверхности стеклотекстолита на линии прямой металлизации формируется очень тонкий проводящий слой. Поверх проводящего слоя осаждается 5 микронный слой гальванической меди. Качество металлизации каждой заготовки контролируется оператором, после чего они передаются на участок фотолитографии внешних слоев.

На первом этапе процесса используются установки для подготовки поверхности. Для заготовок от 5 десятых миллиметра используется механическая подготовка абразивными щетками. Тонкие заготовки проходят линию химической подготовки. Панели очищаются от загрязнений и на поверхности меди развивается шероховатость, необходимая для наилучшей адгезии фоторезиста. 

Фоторезист наносится на линии автоматического ламинирования. Заготовки собираются в кассету и передаются на экспонирование. Установка прямого лазерного экспонирования распознает базовое отверстие при помощи оптических камер, проверяет их расположение и диаметр. Если заготовка соответствует критериям качества фоторезист избирательно экспонируется ультрафиолетовым лазером. Сочетание автоматического выравнивания отпечатка и высокого разрешения печати позволяет экспонировать печатные платы 6 класса точности и выше. 

Участки фоторезиста, которые не подвергались экспонированию, растворяются в проявочной растворе, открывая отверстие и топологию для осаждения гальванической меди. После контроля качества операции заготовки передаются на участок гальванического меднения.

Гальваническим осаждением меди создается слой металла необходимой толщины в отверстиях печатной платы. Автооператор забирает подвеску с заготовками и последовательно перемещает по необходимым подготовительным этапам, включая очистку поверхности, микротравление, декапирование. 

Далее штанга с заготовками опускается в ванну меднения на 60 минут. Для обеспечения хорошей проводимости осаждается около 25 микрон меди на стенки отверстий, а также на поверхность проводников и контактных площадок. В результате при базовой толщине в 18 микрон суммарная толщина меди будет составлять 40-45 микрон. При последующих операциях поверх гальванической меди осаждается 5 микрон гальванического олова для защиты топологии при травлении. Процесс покрытия контролируется компьютером для обеспечения требуемых параметров гальванических покрытий. После покрытия толщина осажденной меди проверяется неразрушающим методом.

Перед травлением с заготовок снимается слой фоторезиста, обнажая базовый слой меди, который необходимо удалить. Топология печатной платы и металлизированные отверстия остаются под защитой гальванически осажденного слоя олова. Медь, незащищенная оловом, стравливается для формирования топологии наружных наружных слоев печатной платы.Слой олова после травления удаляется. Заготовки передаются на участок автоматической оптической инспекции для контроля качества травления.

Система автоматической оптической инспекции внешних слоев сканирует заготовку, получая цифровое изображение выставленной топологии и сравнивает его с эталонной топологией, сформированной при подготовке платы к производству. При этом контролируется не только качество травления но также диаметры и позиционные допуски отверстий. Проверенные заготовки передаются на участок нанесения маски.

На данном этапе происходит нанесение сплошного покрытия защитной паяльной маски, формирование рисунка вскрытий топологии и окончательная полимеризация масочных слоев. Предварительно поверхность меди очищается, затем развивается необходимая шероховатость для хорошей адгезии маски. Жидкая маска продавливается ракелем через стенку на всю поверхность заготовки на установке трафаретной печати. Для печатных плат с маской с двух сторон процесс повторяется. Нанесенный слой подсушивается в печке до образования сухой поверхности.Далее на установке прямого экспонирования маска избирательно облучается ультрафиолетом. Незасвеченные участки маски смываются в линии проявления. Качество сформированных масочных слоев проверяется контролером. После промежуточного контроля заготовки помещаются в печку для окончательной полимеризации маски.

Маркировка для идентификации монтируемых компонентов наносится струйным методом, формируя изображение капельками чернил, отверждаемых ультрафиолетом. После прохождения контроля качества маркировки заготовки передаются на участок финишных покрытий.

Для нанесения припоя олово-свинец применяется процесс горячего лужения. Заготовки проходят линию подготовки, где после очистки покрываются флюсом. Подготовленная заготовка опускается в ванну с расплавленным припоем на несколько секунд. Припой покрывает все открытые медные участки заготовки. При извлечении заготовки излишки припоя сдуваются горячим воздухом и на площадках остается тонкий равномерный слой покрытия. После охлаждения остатки флюса смываются в линии отмывки. Покрытые припоем заготовки проходят промежуточный контроль качества покрытия.

Покрытие площадок иммерсионным золотом производится на линии, оснащенной автооператором. Это позволяет точно выдерживать время обработки для высокого качества получаемого покрытия. 

Заготовки собираются в кассету и проходят подготовительные стадии - очистку, микротравление, активацию. Далее кассета на 22 минуты опускается в ванну химического никелирования для осаждения никеля. Поверх 5 микроного слоя никеля осаждается около 6 сотых микрона золота. В процессе покрытия параметры раствора контролируются и автоматически корректируются при помощи дозаторов. После финальной промывки и сушки заготовки проходят контроль качества покрытия.

Заготовки многослойной печатной платы с нанесенным финишным покрытием передаются на участок электротестирования. Используя программу, сформированную на этапе подготовки печатной платы к производству, станок проверяет все цепи на целостность, последовательно касаясь контактных площадок. На втором этапе проверки соседние цепи проверяются на взаимные замыкания. Данная проверка позволяет убедиться, что в процессе производства все цепи были воспроизведены верно.

В зависимости от типа и сложности контура печатной платы выбирается оптимальный способ механической обработки. Для прямолинейного контура мультиплицированных печатных плат используется скрабирование - одновременное надрезание дисковыми фрезами мультиплицированных панелей плат с двух сторон. При наличии сложного контура платы используется фрезерование. Для точного позиционирования программы фрезерования относительно топологии печатной платы станок оборудован оптической камерой, что особенно важно для изготовления печатных плат повышенной плотности. Наличие дополнительной системы измерения позволяет фрезеровать с контролем глубины, а также выполнять зенкование отверстий. Наличие системы подачи охлаждающей жидкости позволяет обрабатывать платы на металлическом основании. Готовые платы, вырезанные из заготовок, передаются на финишный контроль качества.

В установке финишной отмывки с деионизированной водой и ультразвуком платы промываются, для удаления пыли и загрязнений, возникших в процессе механической обработки. После чего контролеры тщательно проверяют каждую печатную плату для исключения не только технологических, но и косметических дефектов.

Далее печатные платы упаковываются в вакуумную упаковку с применением влагопоглощающих материалов, во избежание попадания влаги и для более длительного сохранения паяемости. Платы передаются на склад готовой продукции для доставки заказчикам.

Советуем также ознакомиться с нашим подробным фильмом Технология производства печатных плат, в котором мы наглядно показываем каждый процесс изготовления печатной платы на нашем производстве.