Производство печатных плат

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Нижегородский государственный технический университет

им. Р.Е. АЛЕКСЕЕВА

Кафедра Физика и технология материалов и компонентов электронной техники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Производство печатных плат

РУКОВОДИТЕЛЬ

Мочалов Г.М

СТУДЕНТ

Тюрина А.А.

2011 г.

Содержание

печатная плата

Введение

1. Материалы для изготовления печатных плат

2. Основные этапы изготовления печатных плат

2.1 Изготовление оригиналов и фотошаблонов ПП

2.2 Получение заготовок ПП

2.3 Получение монтажных и переходных отверстий

2.4 Подготовка поверхности ПП

2.5 Металлизация ПП

2.6 Нанесение защитного рельефа и паяльной маски на ПП

2.7 Травление меди с пробельных мест

2.8 Оплавление сплава олово--свинец

2.9 Обработка ПП по контуру

2.10 Маркировка ПП

2.11 Испытания ПП

2.12 Контроль

3. Выводы

4. Список литературы

Введение

Печатные платы широко применяются в бытовой технике, аппаратуре средств связи, вычислительной технике, в системах автоматизации, контрольно-измерительной аппаратуре, в медицинском приборостроении, в автомобильной промышленности, в других областях промышленной электронике, в авиационной, космической промышленности, в спецтехнике, в городском коммунальном хозяйстве (для средств контроля расхода воды, газа, электричества, топлива и пр., экологического контроля воды, воздуха, земли по радиационным, физическим, механическим и химическим параметрам).

Одной из проблем в настоящее время является разработка и производство печатных плат, соответствующих мировому современному уровню для обеспечения конкурентоспособности печатных плат, которая определяется их качеством, надежностью и безопасностью эксплуатации. Проблема осложняется постоянным ростом функциональной и конструктивной сложности электрорадиоизделий (ЭРИ), устанавливаемых на печатных платах, а также процессом миниатюризации электронной аппаратуры, отстованием технологических возможностей межэлементной коммутации. Таким образом, конструкция и технология сборки электронных модулей на печатной плате требует от производителя постоянного совершенствования конструкции и технологии.

Для создания полноценного современного производства печатных плат и электронных модулей требуемых объемов и уровня сложности необходимо восстановление и развитие всей инфраструктуры производства печатных плат:

· фольгированных диэлектриков;

· фотоматериалов;

· фоторезиста;

· химикатов;

· оборудования;

· сверл, а также организовать обучение специалистов, операторов.

Необходимо обеспечить снабжение производства энергией, водой, обработку и регенерацию отходов производства и др.

Для восстановления индустрии печатных плат в полном объеме потребуется много времени и капиталовложений. Для этого в первую очередь необходимо профессионально оценить реальное техническое состояние предприятий, на основе этих оценок разработать технические проекты создания новых и планы реконструкции существующих предприятий, восстановить базу подготовки молодых специалистов, операторов и др.

Разнообразие областей применения печатных плат, объектов их установки, условий эксплуатации, элементной базы, электрических требований, надежности, стоимости требует большого разнообразия конструкций печатных плат и, соответственно, технологических процессов их изготовления, так как каждый метод изготовления, так как каждый метод изготовления печатных плат обладает определенными технологическими возможностями и позволяет получить рисунок печатных элементов (проводников, контактных площадок и пр.) определенных размеров и точности, т.е. определенного класса точности печатных плат. Поэтому разработчик печатных плат должен владеть методами проектирования, конструирования, технологии изготовления печатных плат и сборки функциональных узлов на печатной плате.

Прогресс в области создания новых технологий межсоединений идет двумя путями:

· совершенствованием процессов изготовления многослойных печатных плат;

· созданием двусторонних печатных плат, эквивалентных многослойных печатных плат с повышенной плотностью межсоединений в слое.

Оба направления считаются перспективными.

Технологический процесс изготовления печатной платы - сложный многооперационный процесс (порядка 50 операций) с использованием большого количества оборудования (до 40-50 единиц), производственных площадей, требующий не только узкоспециализированных специалистов в области химии, физики, схемотехники, программирования, конструирования электронной аппаратуры, организации производства, но и специалистов широкого профиля, представляющих все проблемы и пути комплексного решения вопросов, стоящих в настоящее время в производстве печатных плат.

1. Материалы для изготовления печатных плат

Создание современной электронной аппаратуры неразрывно связано с разработкой и освоением новых материалов. От свойств используемых материалов зависят как перспективность и конкурентоспособность электронной аппаратуры в целом, так и конкретные характеристики печатной платы.

Базовые и расходные материалы ПП

К базовым ПП относятся:

· фольгированные или нефольгированные диэлектрики, керамические и металлические (с поверхностным диэлектрическим слоем) материалы, из которых изготавливают основание ПП;

· изоляционный прокладочный материал, используемый для склеивания слоев МПП.

Для защиты поверхности ПП, МПП, ГПП, ГПК и ГЖП от внешних воздействий применяют полимерные защитные лаки и покрывные защитные пленки.

Требования к базовым материалам для изготовления ПП определяются:

· условиями эксплуатации;

· электрическими, механическими, экономическими и другими требованиями к ПП;

· типом ПП;

· конструкцией ПП;

· методом изготовления ПП;

· условиями сборки и монтажа ячеек и др.

Основными требованиями к базовым материалам для изготовления ПП являются:

· хорошие электроизоляционные свойства;

· высокая механическая прочность;

· высокая термостойкость;

· устойчивость к агрессивным технологическим средам;

· хорошая обрабатываемость;

· стабильность электрических и механических параметров ПП при климатических воздействиях;

· низкая стоимость и др.

Фольгированные и нефольгированные диэлектрики состоят из наполнителя и связующего (фенольной, эпоксифенольной, эпоксидной и др. смолы). В качестве наполнителя используют бумагу, стеклоткань, стекловолокно и пр.

Фольгированные диэлектрики на основе стеклоткани состоят:

· из стеклоткани, изготовленной из нитей, например, алюмоборосиликатного стекла;

· из смолы, используемой для пропитывания стеклоткани (определяет характеристики материала), модификацией которой получают необходимые механические и электрические характеристики фольгированных диэлектриков;

· из фольги, используемой в качестве металлического покрытия фольгированных материалов (медной, алюминиевой, резистивной, в частности, нихромовой и др.).

Нефольгированные диэлектрики выпускают двух типов:

· с адгезионным (клеевым) слоем, например, эпоксикаучуковой композиции толщиной 50…100 мкм на поверхности диэлектрика, который наносят для повышения прочности сцепления осаждаемой в процессе изготовления ПП меди химическим способом;

· с введенным в объем диэлектрика катализатором, способствующим осаждению химической меди.

Керамические материалы характеризуются:

· стабильностью электрических и геометрических параметров;

· стабильной высокой механической прочностью в широком диапазоне температур;

· высокой теплопроводностью;

· низким влагопоглощением и пр.

Недостатками керамических материалов являются длительный цикл изготовления, большая усадка материала, хрупкость, высокая стоимость и пр.

Металлическое основание изготавливают из алюминия, титана, стали или меди. Их применяют в теплонагруженных ПП для улучшения отвода теплоты от ЭРИ и ПМК, в ЭА с большой токовой нагрузкой, работающей при высоких температурах, а также для повышения жесткости ПП, выполненных на тонком основании.

К технологическим (расходным) материалам для изготовления ПП относятся фоторезисты, специальные трафаретные краски, защитные маски, электролиты меднения, травления и пр. Требования к ним определяются конструкцией ПП и технологическим процессом (ТП) изготовления. Фоторезисты должны обеспечивать необходимую разрешающую способность при получении рисунка схемы и соответствующую химическую стойкость. Травильные растворы должны быть совместимы с применяемым при травлении резистом, быть нейтральными к изоляционным материалам, иметь высокую скорость травления и пр. Все материалы должны быть экономичны и безопасны для окружающей среды.

2. Основные этапы изготовления печатных плат

2.1 Изготовление оригиналов и фотошаблонов ПП

Оригиналы и фотошаблоны (ФШ) необходимы для создания рисунка ПП (проводников, контактных площадок и пр.) в соответствии с электрической принципиальной схемой. Изготовление ПП начинается с изготовления комплекта ФШ (или шаблонов), поэтому их качеству и точности придается очень большое значение, так как от этого зависит результат всего производственного цикла, на каждом этапе которого происходит потеря точности исходного рисунка.

Оригинал рисунка ПП - изображение рисунка ПП, выполненное с необходимой точностью в увеличенном заданном масштабе (2:1; 4:1 и др.) на картоне (ранее), стекле или синтетической пленке.

Оригинал рисунка ПП содержит все проводники и контактные площадки, выполненные в заданном масштабе с соблюдением размеров, расстояний между ними и координат расположения их на ПП, а также контур готовой ПП, тестовые отверстия, маркировочные знаки и другие элементы, т.е. все элементы печатного монтажа, которые должны быть воспроизведены в виде рисунка из меди или алюминия при изготовлении ПП. После изготовления оригинала рисунка ПП его уменьшают до истинных размеров путем фотографирования, за счет чего снижается погрешность оригинала, и эти уменьшенные копии используются в качестве ФШ.

Фотошаблон рисунка ПП - фотографическое воспроизведение оригинала масштаба 1:1 на высокостабильной основе (пленке или стекле) или инструмент, используемый для копирования имеющегося на нем изображения с помощью света (рис. 1).

Фотошаблон устанавливают на поверхность ПП, на которую предварительно нанесена светочувствительная пленка. Изображение с ФШ на ПП переносится способом контактной печати экспонированием УФ-излучением. На ФШ имеются рабочая зона, технологическое поле и контрольные знаки.

По назначению ФШ делятся на эталонные (хранятся в архиве в горизонтальном положении) и рабочие (являются копиями эталонных, их заменяют новыми копиями эталонных при выходе рабочих ФШ из строя).

Эталонный ФШ - ФШ, предназначенный для последующего изготовления рабочих ФШ.

Рабочий ФШ - ФШ, используемый в производстве для копирования имеющейся на нем топологии при помощи света на заготовку ПП.

В качестве фотоматериалов основания ФШ применяют:

· фотографические пластинки с эмульсионным слоем. Их недостатками является низкая адгезия эмульсионного слоя, наличие вуали, влияющей на геометрические размеры элементов топологии и пр.; достоинствами - незначительная толщина эмульсионного слоя за счет чего повышается разрешающая способность;

· фототехнические пленки с эмульсионным слоем;

· диазоматериалы - это пластинка или полиэфирная пленка с диазослоем, чувствительным к сине-фиолетовым частям спектра;

· бессеребряные светочувствительные материалы.

2.2 Получение заготовок ПП

К заготовительным операциям техпроцесса изготовления ПП относятся:

· раскрой материала;

· получение заготовок ПП;

· получение фиксирующих (базовых) и технологических отверстий.

Заготовка ПП - материал основания ПП определенного размера, который подвергается обработке на всех производственных операциях. Заготовка ПП должна иметь технологическое поле, на котором располагаются фиксирующие, технологические отверстия, тест-купоны и пр.

Фиксирующие (базовые) отверстия необходимы для точного расположения (базирования) заготовки в процессе ее обработки на операциях высокой точности, таких как сверление монтажных и переходных отверстий, получение защитного рельефа схемы, совмещение слоев МПП и пр. Это отверстия высокой точности.

Технологические отверстия - отверстия, используемые для механического закрепления заготовок на подвесках при гальваническом, химическом меднении.

Тест-купон - часть заготовки ПП, служащая для оценки качества изготовления ПП методами разрушающего и неразрушающего контроля, прошедшая с ней все технологические операции и отделяемая перед испытаниями.

В конце технологического процесса изготовления ПП технологическое поле удаляется фрезерованием, вырубкой или лазерной резкой.

Размеры единичных заготовок ПП определяют по следующей формуле:

АЗ = АП + 2Ш,

где АЗ - длина или ширина заготовки, мм;

АП - длина или ширина ПП, мм;

Ш - ширина технологического поля, мм.

В групповых заготовках ПП ширина технологического поля ширина технологического поля по периферии составляет 30 мм, а между заготовками - 10 мм (рис.2).

Изготовление ПП на единичных заготовках приводит к нерациональному использованию материала и к увеличению трудоемкости производства, поэтому наиболее целесообразно применять групповые заготовки. Размер заготовок ПП определяется типом применяемого оборудования: габаритными размерами ванн химического и гальванического меднения, рабочего поля сверлильно-фрезерных станков, шириной рулонов сухого пленочного фоторезиста и пр.

Для получения заготовок ПП применяют штамповку (крупносерийное и массовое производство) или резку (серийное, мелкосерийное и опытное производство).

Единичные заготовки получают в два этапа. На первом этапе производится разрезка листа диэлектрика на полосы на роликовых, гильотинных ножницах или досковой пиле.

На втором этапе из полосы диэлектрика заготовки ПП первого и второго классов точности получают одним из двух способов:

· резкой на роликовых, гильотинных ножницах, дисковой пиле с последующей пробивкой на штампах фиксирующих (базовых) и технологических отверстий, т.е. выполняется две последовательные операции;

· штамповкой из полосы с одновременной пробивкой фиксирующих и технологических отверстий за одну операцию.

На втором этапе из полосы диэлектрика заготовки ПП третьего, четвертого и пятого классов точности получают:

· на первой операции - резкой полосы на заготовки на роликовых, гильотинных ножницах, дисковой пиле или штамповкой;

· на второй - сверлением фиксирующих и технологических отверстий.

Фиксирующие (базовые) и технологические отверстия находятся на технологическом поле ПП и могут быть получены:

· пробивкой одновременно при вырубке заготовки ПП из полосы (применяется для ПП 1- и 2-го классов точности);

· пробивкой в заготовке ПП, полученных резкой (для ПП 1- и 2-го классов точности);

· сверлением заготовок, полученных резкой или штамповкой, по кондуктору на настольных станках (для ПП 3-, 4- и 5-го классов точности).

Из-за низкой степени штампуемости слоистых пластиков операцию штамповки целесообразно применять в крупносерийном и массовом производстве при пробивке монтажных и переходных отверстий, если в дальнейшем отверстия не подвергаются металлизации. В остальных случаях целесообразно применять сверление.

2.3 Получение монтажных и переходных отверстий

В производстве ПП применяют следующие способы получения монтажных и переходных отверстий:

· механический (сверление на станках с ПУ);

· пробивка (для отверстий не подлежащих в дальнейшем металлизации);

· лазерное сверление (для отверстий малого диаметра, в том числе глубоких и глухих);

· фотолитография;

· воздействие плазмы.

Наиболее широко применяют сверление и пробивку.

Операция сверления является одной из наиболее ответственных в производстве ПП так как:

· она обеспечивает качество получения токопроводящего слоя в отверстиях путем их металлизации, от которой зависит точность и надежность электрических параметров ПП;

· она обеспечивает точность совмещения токопроводящих рисунков схемы, расположенных на противоположных сторонах ДПП или разных слоях МПП;

· брак на этой операции является необратимым.

В связи с этим к качеству выполнения отверстий предъявляются следующие требования:

· цилиндрические отверстия должны быть с гладкими стенками;

· отверстия должны быть без заусенцов;

· предельные отклонения центров отверстий относительно узлов координатной сетки должны составлять (±0,015) мм;

· не должны иметь место деструкции диэлектрика в отверстиях и размазывание (наволакивание) смолы по стенкам отверстий, поскольку это препятствует осаждению меди и приведет к разрыву электрической цепи;

· точность сверления должна быть порядка (±0,005)” или 0,003”.

Диаметр отверстий под металлизацию должен быть примерно на 0,005” больше, чтобы скомпенсировать толщин осаждаемых меди и металлорезиста. Сложность выполнения операции сверления связана с обработкой в одном технологическом цикле различных по свойствам материалов, таких как медь, алюминий, стекловолокно, смола и других, для каждого из которых требуются разные режимы обработки и существует большое количество факторов, влияющих на качество полученных отверстий.

Кроме того, повышение плотности монтажа, уменьшение ширины проводников, широкое внедрение технологии поверхностного монтажа, МПП с числом слоев более 50-ти приводит к необходимости получения глубоких микроотверстий (Ш 0,1…0,3 мм) при отношении d/H = 1:10 и менее, а также глухих отверстий в МПП. Поэтому все больше ужесточаются требования к оборудованию и технологии их изготовления.

Важнейшими факторами, влияющими на качество сверления, являются:

· конструкция сверлильного станка;

· геометрия и материал сверла;

· точность позиционирования;

· конструкция сверлильных головок;

· способ закрепления ПП на столе сверлильного станка;

· скорость резания;

· подача осевая при сверлении и обратном ходе сверла;

· способ удаления стружки и пр.

2.4 Подготовка поверхности ПП

Подготовка поверхности и отверстий заготовок ПП осуществляется с целью:

· удаления заусенцев, смолы и механических частиц из отверстий после сверления;

· получения равномерной шероховатости поверхности, т.е. придания ей структуры, обеспечивающей прочное и надежное сцепление (адгезию) с фоторезистом;

· активирования поверхности перед химическим меднением;

· удаления оксидов, масляных пятен, захватов пальцами, пыли, грязи, мелких царапин и пр.

Применяют следующие способы подготовки поверхности и отверстий ПП:

· механический (щеточный или струйный);

· химический;

· комбинированный;

· электрохимический;

· плазмохимическое травление;

· ультразвуковой и др.

Механическая подготовка поверхности ПП. В мелкосерийном производстве механическая подготовка поверхности ПП осуществляется вручную смесью венской извести и шлифовального порошка под струей воды.

В крупносерийном и массовом производстве механическую подготовку поверхности ПП и снятие заусенцев щетками производят на модульных линиях конвейерного типа с дисковыми щетками в качестве инструмента, на которые подается абразивная суспензия (рис. 3).



В качестве абразива используют карбид кремния и оксид алюминия. Скорость вращения щеток составляет 10 м/с, скорость движения конвейера - 1,5…3 м/мин. Параметр шероховатости поверхности зависит от размера зера абразива: зерно N7 обеспечивает Rz = 2,0…3,0 мкм, зерно N8 - Rz = 1,5…2,1 мкм. Размер заусенцев должен быть менее 100…110 мкм.

В модуле водной промывки для отверстий диаметром более 0,5 мм применяют струйную, а для диаметров менее 0,5 мм - фонтанную промывку.

Преимуществами механической очистки является отсутствие химикатов, простота очистки сточных вод, низкие капиталовложения, а недостатками - опасность механического повреждения покрытий, плохое удаление органических веществ, образование царапин в направлении движения заготовок.

Наиболее широко в настоящее время перед нанесением фоторезиста или паяльной маски применяется щеточная очистка абразивными материалами (пемзой или оксидами алюминия) при механическом воздействии нейлоновых щеток по касательной к поверхности ПП, которая обеспечивает достаточно хорошую адгезию покрытия при нескольких циклах пайки при высоких температурах.

Струйная обработка пемзовым абразивом применяется для очистки и получения параметра шероховатости поверхности бомбардировкой ее зернами пемзы. Преимуществами струйной обработки пемзовым абразивом являются: равномерная шероховатость поверхности, простая очистка сточных вод, исключено влияние агрессивных сред на диэлектрик, а недостатками - пылеобразование пемзового порошка в помещении, остатки пемзы на поверхности снижают адгезию фоторезиста, деформация и поверхностные напряжения в результате механической подготовки под высоким давлением.

Струйная пемзовая очистка в настоящее время находит ограниченное применение из-за своего слабого механического воздействия и необходимости сочетаться с операциями химической очистки.

Струйная очистка оксидом алюминия обеспечивает более сильное соударение частиц с поверхностью; он имеет в пять раз выше плотность по сравнению с пемзой и поэтому меньше разлетается по сторонам, не склонен к разрушению, обладает более высокой твердостью, имеет более продолжительный срок службы, легко отделяется от воды и остается внутри шламоотстойника.

Химическая подготовка поверхности ПП. Этот способ подготовки применяется для очистки слоев МПП перед прессованием, нефольгированных диэлектриков, отверстий после сравнения.

Модульная линий химической подготовки представлена на рис. 5.28.

Химическая очистка поверхности осуществляется на модульных линиях и включает в себя операции:

· химическое обезжиривание для удаления загрязнений органического происхождения (масел, отпечатков пальцев и пр.);

· каскадная промывка в горячей и холодной воде;

· микротравление - для удаления оксидных пленок, улучшения адгезии и создания микрорельефа;

· обработка в антистатике;

· каскадная промывка;

· сушка.

Преимущества химической очистки состоят в следующем: отсутствие механического загрязнения поверхности и отверстий, поверхностных напряжений и деформация (удлинений тонких материалов), царапин, обеспечение необходимой шероховатости поверхности для улучшения адгезии.

Недостатками этого способа являются: неравномерное и неполное удаление защитных покрытий, чрезмерное удаление металла с поверхности, более высокие расходы на очистку сточных вод по сравнению с механической очисткой.

Комбинированная подготовка поверхности ПП. Модули механической и химической очистки включаются в систему в систему химико-механической подготовки поверхности перед химическим меднением, образуя ее составные части:

· механическую очистку;

· химическую очистку;

· активацию в растворах соляной кислоты;

· активирование в совмещенном растворе для осаждения слоя катализатора;

· промывку в холодной воде;

· обработку в растворе «ускорителя» для полного восстановления палладия и удаления солей олова;

· промывку в холодной воде.

Электрохимическая подготовка поверхности ПП. Этот способ подготовки поверхности применяется для следующих целей:

· обработка внутренних слоев МПП с последующей защитой от окисления перед нанесением сухого пленочного фоторезиста;

· удаление жировых пятен, отпечатков пальцев и оксидов перед металлизацией сквозных отверстий МПП с двусторонними слоями, ДПП и МПП с тонкими проводниками;

· обработка экранных слоев для повышения прочности сцепления с сигнальными слоями.

Преимущества электрохимического способа подготовки: равномерное удаление органических покрытий, незначительное удаление меди с поверхности, одинаковая шероховатость по всей поверхности, отсутствие деформации и поверхностных напряжений, экологических безопасность, снижение себестоимости. Недостатки: большие расходы на очистку сточных вод.

Плазмохимическое травление поверхности ПП и отверстий. Применяется для очистки смолы и стекловолокна отверстий диаметром менее 0,3 мм после сверления; изготовления крупногабаритных МПП с большим числом слоев (более 15).

Преимущества плазмохимического травления: тщательное удаление смолы и стекловолокна из отверстий малого диаметра, исключается операция подтравливания диэлектрика в концентрированных серной и плавиковой кислотах перед металлизацией отверстий, не требуется очистка сточных сточных вод, так как процесс «сухой».

Недостатки: низкая производительность, высокая стоимость оборудования, энергоемкость процесса, наличие золы в отверстиях и необходимость их химической очистки, воздействие фреона на озоновый слой.

2.5 Металлизация ПП

Основным назначением процесса металлизации ПП является получение токопроводящего участков ПП (проводников, металлизированных отверстий, контактных площадок, концевых разъемов, ламелей и пр.), защита их от растравливания на операции травления меди с пробельных мест и от окисления для обеспечения паяемости ПП.

Для получения металлических покрытий в производстве ПП применяют:

· химическую металлизацию;

· гальваническая металлизацию;

· магнетронное, ионно-плазменное и другие способы напыления.

Химическое меднение применяется в производстве ПП для получения тонкого (3…5 мкм) подслоя меди на стенках монтажных и переходных отверстий, чтобы сделать их диэлектрические поверхности токопроводящими и в аддитивном методе - для получения токопроводящих участков способов селективного толстослойного (порядка 35 мкм) химического меднения непосредственно на диэлектрик.

Гальваническая металлизация. При изготовлении ПП гальваническая металлизация осуществляется несколько раз:

· предварительное гальваническое меднение - для защиты тонкого слоя химической меди от повреждения, улучшения адгезии и структуры осадка, для уменьшения количества стравливаемой меди (толщина слоя меди 5…7 мкм);

· гальваническое меднение - для получения основного токопроводящего слоя меди в монтажных и переходных отверстиях, на проводниках и контактных площадках (толщина 25…35 мкм);

· гальваническое осаждение металлорезиста на проводники, контактные площадки, в монтажные и переходные отверстия - для защиты на операции травления меди с пробельных мест.

2.6 Нанесение защитного рельефа и паяльной маски на ПП

Нанесение защитного рельефа - процесс переноса изображения рисунка печатных проводников на материал основания ПП. Он может осуществляться следующими способами:

· фотохимическим (фотолитография);

· сеткографическим (сеткография, трафаретная печать, шелкография);

· офсетной печатью;

· лучом лазера;

· фотоформированием.

Защитный рельеф бывает негативный и позитивный. Негативный защищает от вытравливания токопроводящие элементы ПП: печатные проводники, контактные площадки, шины «земли» и «питания» и прочие, позитивный наносится на пробельные места, т.е. на участки ПП, на которых не должно быть меди, а токопроводящие элементы защищаются перед операцией «травление меди с пробельных мест» устойчивыми в травильных растворах либо металлорезистом, либо полимерным травильным резистом.

Выбор класса получения защитного рельефа определяется конструкцией ПП, классом точности ПП: шириной проводников и расстояний между ними, размером контактных площадок, точностью получения размеров печатных элементов; плотностью монтажа, а также ТП изготовления (производительностью оборудования, экономичностью процесса и пр.).

2.7 Травление меди с пробельных мест

Травление в производстве ПП - процесс химического разрушения металла (в основном меди) в результате действия жидких или газообразных травителей на участки поверхности заготовки незащищенные защитной маской (травильным резистом). Травление представляет собой сложный окислительно-восстановительный процесс, который применяют для формирования проводящего рисунка ПП путем удаления меди с незащищенных травильным резистом участков. Это одна из основных операций изготовления ПП, так как на ней происходит формирование рисунка печатных элементов (проводников, контактных площадок и пр.), точность выполнения которых влияет на электрические характеристики ПП. Кроме того, брак на этой операции (растравливание проводников, уменьшение ширины за счет подтравливания проводников, площади поперечного сечения и пр.) является необратимым.

В качестве травильных резистов применяют:

трафаретную краску, которая наносится сеткографическим способом;

фоторезист (СПФ или жидкий) -- фотохимический способ нанесения;

металлорезист (олово--свинец, олово, свинец, золото и др.), который наносится электрохимическим способом.

Основными этапами процесса химического травления являются:

подготовка поверхности для удаления остатков недопроявленного фоторезиста, жировых пятен, оксидных слоев для обеспечения равномерности травления меди;

химическое травление, в котором главную роль играет травильный раствор, как окислитель;

промывка;

осветление поверхности металлорезиста (при необходимости) в растворах на основе кислот или тиомочевины;

удаление защитного слоя фоторезиста, трафаретной краски или металлорезиста (в SMOBS-процессах); способ удаления определяется типом травильного резиста: растворы соляной кислоты, перекиси водорода, органические растворители с дополнительным механическим воздействием щетками.

К травильным растворам предъявляют следующие требования:

высокая и стабильная скорость травления для обеспечения высокой производительности процесса;

совместимость с травильными резистами;

минимальное боковое подтравливанис проводников;

дешевизна и недефицитность химикатов;

возможность утилизации меди из отработанных растворов;

легкость отмывки;

максимальная «емкость» (количество стравленного металла на единицу объема раствора);

минимальное воздействие на диэлектрик и травильный резист;

способность к корректировке и регенерации;

минимальное воздействие на окружающую среду;

замкнутый цикл регенерации отработанных растворов.

Наиболее широко применяют травильные растворы на основе хлорного железа, кислые и щелочные растворы хлорной меди, растворы на основе персульфата аммония, железо-медно-хлоридные растворы и др.

2.8 Оплавление сплава олово--свинец

Назначение операции оплавления (рис. 4):

получение плотного мелкодисперсного покрытия сплавом олово--свинец (ОС) вместо пористого гальванического покрытия олово--свинец; это позволяет уменьшить окисление и обеспечить паяемость ПП в течение длительного времени;

защита боковых стенок проводников от коррозии и электрокоррозии;

повышение коррозионной стойкости покрытия;

повышение способности к пайке и увеличение срока сохранения паяемости ПП;

устранение «навесов» металла по кромкам проводников;

исключение из технологического процесса операции горячего облуживания.

Наиболее широкое применение имеет жидкостное и ИК-оплавление. Жидкостное оплавление обладает большим количеством недостатков: сложность утилизации отработанной жидкости, быстрое ее загрязнение и вследствие этого -- частая ее замена, загрязненность производственного помещения, сложность отмывки ПП после оплавления (и как результат этого -- уменьшение сопротивления изоляции). Поэтому наиболее перспективным является ИК-оплавление.

Операция ИК-оплавления заключается в том, что с помощью подбора условий нагрева и охлаждения покрытия ОС создается возможность для перевода пористого гальванически осажденного покрытия ОС в сплав, в результате чего повышаются антикоррозионные свойства покрытия и увеличивается срок сохранения свойств паяемости.

Основными дефектами, встречающимися в операции ИК-оплавления покрытия ОС, являются:

неполное его растекание;

тонкая кристаллическая структура;

неполное оплавление покрытия по толщине (поверхностное оплавление) и по поверхности ПП;

потемнение диэлектрика, снижение сопротивления изоляции;

термодеструкция диэлектрика;

коробление ПП и расслаивание МПП.

2.9 Обработка ПП по контуру

Операция обработки ПП по контуру является одной из заключительных и необходима для удаления технологического поля и получения заданных размеров ПП.

Для обработки ПП по контуру применяют один из следующих способов:

штамповку;

обработку на дисковой или алмазной пиле;

фрезерование;

скрайбирование механическое и лазерное.

2.10 Маркировка ПП

Маркировка ПП необходима для их идентификации в процессе изготовления, сборки ФУ и ЭА, для комьютерного считывания при учете расхода материалов, полуфабрикатов, отпуска готовой продукции, при автоматическом контроле, при самонастройке оборудования, комплектации и пр.

Маркировка ПП должна содержать (рис. 5):

товарный знак предприятия-изготовителя;

обозначение ПП;

дату изготовления (год и месяц);

порядковый номер вносимых изменений;

код техпроцесса сборки ФУ на ПП и др.

Маркировку выполняют теми же методами, что и рисунок печатных элементов (сеткографическим; фотохимическим и др.) на самоклеящихся-этикетках из полимерных пленок: полиимида, полиэстера, полиэфирамида с линейчатым (1D) штрих-кодом или двумерным (2D) матричным кодом. Высокая плотность размещения информации в матрице в виде темных и светлых прямоугольников позволяет закодировать большой объем информации вплоть до основных технических характеристик на этикетке шириной от 3 мм.

Информация на этикетку заносится на матричном, лазерном или термо-

трансферном принтерах. Наиболее перспективным является последний из-за высокого качества печати и производительности (до 14 000 долл.). Одной из фирм, занимающейся производством этикеток является фирма Brady Corp. (США).

Этикетки из полиимида можно размещать как на верхней, так и на нижней стороне ПП при пайке волной припоя или оплавлением припой-ной пасты; из полиэфирамида -- на верхней при пайке волной припоя и на обеих сторонах при пайке оплавлением; из полиэстера -- только на верхней при пайке волной припоя.

Фирмы Brady Corp. (США), Lackwcrke Peters GmbH (Германия), компания Beicrsdorf AG (Германия) выпускают, кроме этикеток, стрип-резисты (липкие аппликации из полиимида) для временной локальной защиты ПП при обработке в электролитах золочения, при облуживании, при левеллировании горячим воздухом, при пайке волной припоя и пр.

Лазерная маркировка ПП осуществляется одним из методов:

проекционным методом, при котором форма сечения лазерного луча задается с помощью маски и проецируется на ПП в нужном масштабе для получения любых сложных знаков идентификации;

сканированием сфокусированного лазерного пучка на поверхность ПП, модуляцией его интенсивности для испарения части материала в заранее намеченных местах и получения требуемой маркировки.

2.11 Испытания ПП

Испытания -- экспериментальное определение количественных и качественных показателей качества ПП как результат воздействия на них внешних дестабилизирующих факторов, включая технологические. ПП должны обеспечивать работоспособность при воздействии на них внешних факторов (режим работы, климатические и механические воздействия) (рис. 6). Предельные значения внешних воздействующих факторов определяют группу жесткости работы ПП. Группу жесткости, определяющую перечень воздействующих факторов и соответствующих им видов испытаний, устанавливает конструктор, в зависимости от группы ЭА, для которой разрабатывают ПП (стационарная, возимая, носимая, самолетная, бытовая и др.), объекта установки, условий эксплуатации и в соответствии с предельными значениями внешних воздействующих факторов; ее указывают в ТЗ.

Целью проведения испытаний является:

проверка качества материалов, покрытий, свойств, размеров и эксплуатационных характеристик ПП;

контроль точности, устойчивости и надежности ТП изготовления;

проверка работоспособности ПП с учетом влияния воздействующих факторов;

проверка соответствия ПП стандартам, техническим условиям (ТУ) или частным ТУ (ЧТУ);

гарантирование качества ПП при международном товарообмене;

доводка ПП до необходимого уровня качества;



Качество ПП -- совокупность свойств, которые определяют способность ПП удовлетворять заданным требованиям. Качество ПП определяют конструктивные, технологические, экономические и другие параметры. Качество ПП как свойство закладывается на этапе разработки конструкции и ТП изготовления, а оценивается в процессе эксплуатации, когда на изготовление ПП затрачены значительные средства.

Наиболее целесообразно оценивать качество ПП путем контроля и проведения испытаний на каждом этапе жизненного цикла ПП: при проектировании, постановке на производство, изготовлении, эксплуатации (при анализе рекламаций) и др. Поэтому испытания проводятся на различных этапах жизненного цикла ПП: при проектировании; при изготовлении; при выпуске ПП;

Цели и задачи проведения испытаний на этих стадиях различны: при проектировании целью испытаний является повышение качества ПП, а на этапах изготовления и выпуска -- оценка их качества, поэтому проводятся различные виды испытаний при проектировании, при изготовлении опытного образца или опытной партии, а также в серийном и массовом производстве ПП.

Испытания готовых ПП (при выпуске) бывают различные:

квалификационные -- проводятся на установочной серии ПП на стадии освоения производства с целью оценки готовности предприятия к выпуску ПП данного типа в заданном объеме;

предъявительские -- осуществляет служба технического контроля предприятия перед предъявлением ПП для приемки представителям заказчика;

приемо-сдаточные -- проводятся в освоенном производстве. Это контрольные испытания готовых ПП при приемке изготовителем или представителем заказчика вместе с изготовителем;

периодические -- осуществляются один раз в месяц или квартал с целью контроля качества ПП и возможности продолжения их выпуска. Это длительные дорогостоящие испытания с термоциклами, продолжительными вибрациями и пр. Поэтому они всегда бывают выборочными;

инспекционные -- выполняются специально уполномоченными организациями выборочно для оценки стабильности качества ПП;

типовые -- испытания выпускаемых ПП, которые проводятся с целью оценки эффективности внесения изменений в конструкцию, ТП изготовления ПП и др.;

аттестационные -- для оценки качества ПП при их аттестации по категориям качества;

сертификационные -- для установления соответствия показателей качеств ПП требованиям национальных и международных стандартов.

Испытания проводят в определенной последовательности:

облуживают контактную площадку в течение (4±1) с паяльником;

впаивают облуженную проволоку в отверстие, перпендикулярно ПП в течение (4±1) с;

охлаждают контактную площадку;

отпаивают проволоку вторым касанием паяльника в течение (4±1) с и извлекают из отверстия;

после охлаждения проволоку повторно впаивают в отверстие в течение (4±1) с;

количество циклов испытаний указывается в ЧТУ;

после последнего цикла пайки образец остывает в течение 30 мин в нормальных атмосферных условиях;

помещают на разрывную машину, на которой прикладывается постепенно увеличивающееся усилие перпендикулярно ПП со скоростью не более 50 Н/с до полного отделения контактной площадки от основания ПП.

2.12 Контроль

В производстве ПП применяют следующие основные методы контроля:

электрический;

оптический;

рентгеновский;

рефлектометрический.

Контроль ПП производится по целой совокупности параметров: механических, электрических и пр.

При электрическом контроле ПП проверяется:

на целостность проводников;

на наличие КЗ между проводниками;

на качество изоляции.

Для электрического тестирования применяют различные анализаторы производственных дефектов, в которых контактирование осуществляется следующими способами:

через односторонний или двусторонний тестовый адаптер «поле подпружиненных контактов» (рис. 7);

при помощи гибкой пробниковой системы с подвижными пробниками (метод «летающий пробник»);

с использованием вакуумных, кассетных, пневматических адаптеров;

большим количеством разъемов.

При оптическом контроле системы оптического контроля ПП работают под управлением компьютера и снабжены:

рабочей платформой с перемещением по X/Y;

вращающейся на 360° смотровой призмой;

35-миллиметровое фото- или видеооборудованием;

цветным монитором с высоким разрешением;

сменными объективами для изменения масштаба изображения (кратного 4, 8, 12);

принтером;

волоконно-оптической подсветкой контролируемой области ПП;

специализированным ПО для оптического контроля.

Системы оптического контроля применяются для обнаружения следующих дефектов:

проколы, выступы, царапины, вырывы на проводниках;

неточность размещения контактных площадок и проводников;

изменения ширины проводников;

неточность размеров контактных площадок;

непараллельность и неровность краев проводников;

подтравливание и нависание проводников;

дефекты металлизации переходных отверстий и др.

Система оптического контроля может работать как в ручном (без компьютера), так и в автоматическом режиме путем сопряжения с совместимыми или управляющими компьютерами.

При рентгеновском контроле используют системы инспекции МПП с открытыми рентгеновскими трубками (Япония) и с закрытыми (Германия). Закрытые трубки более надежны, но существуют проблемы с разрешающей способностью и временем работы. Открытые трубки имеют лучшее разрешение, неограниченное время жизни, но требуют специальных условий для работы.

Рентгеновские системы применяют:

для поиска свищей слоев;

при базировании слоев при составлении пакета МПП для определения места сверления базового отверстия следующего (расположенного ниже) слоя;

для контроля качества просверленных отверстий;

для контроля качества металлизации в слоях.

Большинство тестовых систем предназначено как для контроля всех основных неисправностей ПП, так и электронных модулей.

3. Заключение

В данной курсовой работе были рассмотрены материалы для печатных плат, приведены основные этапы изготовления печатных плат.

4. Список литературы

1. Галецкий Ф. Особенности производства печатных плат в России // Электронные компоненты. 2001. № 5. С. 18--26.

2. Котов Е., Махмудов М„ Жак Л. Автоматизация процессов прессования многослойных печатных плат. М.: Радио и связь, 1982. (Б-ка технолога радиоэлектронной аппаратуры).

3. Елшин Ю. М. Система проектирования печатных плат ГРИФ // EDA Express. 2002. № 5. С. 28-34.

4. Фантгоф Ж. Н., Терешкин В. А., Миронюк Г. В. Печатные платы под поверхностный монтаж // Приборы и системы управления. 1991. № 7. С. 33--35.

Размещено на Allbest.ru