Фоторезистивная пленка: Фоторезист пленочный 300×1000мм, Россия | купить в розницу и оптом

Пленочный фоторезист. Изготовление печатных плат в домашних условиях. — Avislab

В этой статье я расскажу, как можно изготовить печатные платы в домашних условиях с  минимальным дискомфортом для домашних и минимальными затратами.
Лазерно-утюжная технология рассматриваться не будет  в виду сложности достижения требуемого качества. Я ничего не имею против ЛУТ, но она меня более не устраивает по качеству и повторяемости результата. Для сравнения на фото ниже приведен результат, полученный при применении ЛУТ (слева) и с помощью плёночного фоторезиста (справа). Толщина дорожек 0,5 мм.

При применении ЛУТ край дорожки получается рваным, а на поверхности могут быть раковины. Это обусловлено пористой структурой тонера, вследствие чего травящий раствор все же проникает к закрытым тонером зонам. Меня это не устраивает, поэтому перешел на фоторезистивную технологию.

В этой статье по возможности будут применяться инструменты, посуда и реактивы, которые можно найти дома или купить в магазине бытовой химии.

Фоторезистивная технология изготовления печатных плат

На слой меди наносится фоточувствительный слой. Далее через фотошаблон засвечиваются (обычно ультрафиолетом) определенные участки, после чего в специальном растворе смываются ненужные участки фоточувствительного слоя. Таким образом, формируется необходимый рисунок на медном слое. Далее следует обычное травление. Наносить фоторезист на текстолит можно разным способом.

Наиболее популярные способы — это использование аэрозольного фоторезиста POSITIV 20. Этот способ схож с нанесением аэрозольных красок. Требует аккуратности для обеспечения равномерного слоя и сушки.

И применение пленочного фоторезиста. Наноситься путем наклеивания специальной пленки подобно тому, как наклеиваются декоративные пленки. Сухой пленочный фоторезист обеспечивает постоянную толщину фоточувствительного слоя, прост в применении. К тому же он индикаторный, т.е. засвеченные участки хорошо видны.

Что такое плёночный фоторезист?

Пожалуйста, не путайте с аэрозольным фоторезистом. Пленочный фоторезист состоит из трех слоев пленки. В середине фоточувствительная пленка, покрыта с двух сторон защитными пленками. Со стороны, которая приклеивается к текстолиту — мягкая, с другой — жесткая. Пленочный фоторезист обладает рядом преимуществ перед аэрозольным. Во-первых, он не воняет при нанесении, не требует сушки. Очень удобен при работе с небольшим количеством плат. В отличии от аэрозольного фоторезиста, где толщину слоя тяжело угадать, толщина пленочного фоторезиста одинакова всегда. Это упрощает подбор времени засветки. Пленочный фоторезист индикаторный. Т.е. визуально видны засвеченные участки.

Выбор текстолита

Если Вы хотите получить качественную печатную плату с проводниками менее 0.4мм и расстоянием между проводниками 0.2 мм Вам понадобиться нормальный текстолит. На фото ниже приведено два куска текстолита.  Понятно, что на поцарапанный, грязный текстолит пленка фоторезиста ляжет плохо. Возьмите сразу нормальный. И храните хотя бы в газетке, чтобы не царапать его. «Левый» текстолит можно применить, если на плате толстые дорожки (0.5…1 мм) и между проводниками, хотя бы 0.4мм., и Вам не придется показывать плату посторонним людям.

Подготовка и очистка текстолита

Текстолит разрезаем на заготовки нужного размера. В домашних условиях это можно сделать ножовкой по металлу. Текстолит толщиной до 1мм можно резать обычными канцелярскими ножницами. Заусенцы убираем напильником либо наждачной бумагой. При этом не царапаем поверхность текстолита! Если поверхность медной фольги грязная, или хотя бы замацана пальцами — фоторезист может не пристать — прощай качество. Так как после «разделки» мы имеем «грязный» текстолит, следует провести химическую очистку.

Химическую очистку медного покрытия перед наклейкой фоторезиста будем проводить с применением бытовой химии. Очищаем поверхность текстолита средством для борьбы с накипью «Cillit«. В его состав входит ортофосфорная кислота, именно она убирает все загрязнения. Поэтому, пальцы в эту жидкость не суем. Если нет подходящей посудины, можно положить текстолит на дно ванной и просто полить этой жидкостью. Через 2 минуты (передерживать не стоит) хорошенько промываем проточной водой. На поверхности не должно быть пятен. В противном случае следует повторить операцию. Остатки воды удаляем бумажной салфеткой. Стараемся не доводить салфетку до состояния, когда из нее полезет бумажная ворса. Именно из-за ворсы я не применяю тканевых салфеток. Если на поверхности меди останутся даже мельчайшие ниточки, пленка фоторезиста в этом месте ляжет с пузырьком. Сушим текстолит утюгом через бумагу. Поверхность текстолита пальцами не трогать!

В некоторых источникам можно найти рекомендацию обезжиривать поверхность спиртом. Лично у меня при очистке спиртом результат был значительно хуже. Фоторезист не везде приклеивался нормально. После «Cillit» результат всегда на много лучше.

Наклейка Фоторезиста

Наклейка фоторезистивной пленки – самая ответственная операция при производстве плат этим способом. От аккуратности выполнения этой операции зависит качество полученного результата. Все операции с фоторезистом можно выполнять при слабом электрическом освещении. После просушки текстолит должен остыть. Фоторезист можно клеить и на теплый текстолит, но при этом у вас будет только одна попытка. К теплой поверхности пленка фоторезиста прихватывается намертво.
Отрезаем кусок фоторезиста с небольшим запасом, таким образом, чтобы он полностью покрывал нашу заготовку + 5 мм с каждой стороны. Осторожно острым ножом с краю поддеваем мягкую пленку (если фоторезист в рулоне, обычно это внутренняя сторона). Верхнюю защитную пленку пока не снимаем!

Защитную пленку отделяем не всю, а небольшой участок: 10-20 мм с одного края. Приклеиваем на текстолит, приглаживая мягкой тканью. Далее, потихоньку продолжаем отделять защитную пленку и  приглаживаем фоторезист к текстолиту. При этом следим, чтобы не было пузырей, и не трогаем пальцами еще не оклеенный текстолит! Затем обрезаем выступающий за края заготовки фоторезист ножницами. После этого можно слегка прогреть заготовку утюгом. Но не обязательно. Если Вы трогали заготовку пальцами или на ней был ворс от ткани или попал другой мусор — это будет видно под пленкой. Это отрицательно скажется на качестве. Помните, качество полученного результата во многом зависит от тщательности этой операции. Подготовленный таким образом текстолит лучше всего хранить в темном месте. Хотя электрический свет очень слабо влияет на пленку, я предпочитаю не рисковать.

Подготовка фотошаблона

Фотошаблон распечатываем на пленке для лазерного принтера или на пленке для струйного принтера. Фото для сравнения:

Шаблон на пленке для струйного принтера более плотный, лазерный принтер в этом плане похуже — видны просветы на затемненных участках. При засветке нужно будет обратить внимание на то, какого типа фотошаблон будет применяться и сделать поправку времени засветки. Пленку для лазерного принтера найти не проблема, цена более чем доступна. Для струйного принтера приходится поискать, да и стоит она примерно в 5 раз дороже. Но при мелкосерийном производстве, применение фотошаблона распечатанного на струйном принтере полностью себя оправдывает. Фотошаблон должен быть негативным, т.е. те места, где должна остаться медь, должны быть прозрачными. Фотошаблон надо распечатать в зеркальном отображении. Это делается для того,  чтобы приложив, его к текстолиту с фоторезистом, краска на пленке фотошаблона прилегала к фоторезисту. Это обеспечит более четкий рисунок.

Проецирование

Поскольку в статье сделан упор на применение бытовых устройств, мы будем использовать подручные средства, а именно: обычный настольный светильник. Вкручиваем в нее обычную ультрафиолетовую лампу, купленную в магазине электротоваров. В качестве стеллажа используем коробку от компакт диска, если нет подходящего листа оргстекла.

Кладем нашу заготовку, сверху фотошаблон и прижимаем оргстеклом (крышкой от коробки CD-диска). Можно, конечно использовать и обычное стекло. Со школьного курса помним, что обычное стекло плохо пропускает ультрафиолетовые лучи, поэтому придется дольше засвечивать. Под обычным стеклом мне пришлось увеличить выдержку в 2 раза. Расстояние от лампы до заготовки можно подобрать экспериментально. В данном случае — примерно 7-10 см. Разумеется, если плата большая, придется применять батарею из ламп или увеличить расстояние от лампы до заготовки и увеличить время засветки. Время засветки для фоторезиста  — 60…90 секунд. При использовании фотошаблона, распечатанного на лазерном принтере выдержку стоит сократить до 60 секунд. Иначе, из-за невысокой плотности тонера на фотошаблоне,  могут засветиться закрытые участки. Что приведет к сложностям при проявлении фоторезиста.

Прогрев после проецирования

Очень важная операция — это погрев заготовки после экспонирования. Утюг ставим на «2» и прогреваем через лист бумаги 5-10 сек. После чего рисунок становиться контрастнее. После прогрева даем заготовке остыть хотя бы до 30 градусов, после чего можно приступать к проявлению фоторезиста.

Проявление фоторезиста

Существуют специальные проявители для фоторезиста, которые можно купить в специализированных магазинах электроники. В интернете можно прочитать, что можно проявлять содой, но обязательно каустической (каустическая сода — это едкий натрий( NaOH)).  Я покупал специальный проявитель, который представляет собой ни что иное, как этот едкий натрий( NaOH). Потом, чтобы не выбрасывать деньги на ветер, покупал средство для прочистки труб «Крот», собственно в его состав входит тот же самый это едкий натрий( NaOH), а больше туда ничего и не входит.

Но отказался от них, поскольку приходиться работать в перчатках (раствор опасен и разъедает кожу). Процесс протекает очень быстро. К тому же, совсем неприемлемо держать такой раствор в доме, где есть жена и маленькие дети, которые могут найти эту опасную жидкость.

Поэтому, берем простую пищевую соду. Пищевая сода не только безопасный химикат, который легко купить в продуктовом магазине, но и работать с ней гораздо приятнее. Она не так быстро растворяет пленку фоторезиста, поэтому сложно передержать фоторезист в растворе. Вымывание незасвеченных  участков фоторезиста проходит более деликатно и не так стремительно. Дело в том, что удаление пленки фоторезиста с готовой платы выполняется в том же растворе, поэтому если передержать, то фоторезист начнет отставать от текстолита.

Раствор готовим по следующему рецепту: насыпаем в бутылку пищевой соды, сколько не жалко, заливаем горячей водой, растворяем путем применения к бутылке возвратно поступательных движений, т.е. колотим. Внимание! Если вы будете использовать едкий натрий( NaOH) его концентрация не должна быть столь суровой. Достаточно чайной ложки на литр.

Далее наливаем раствор в кюветку или мелкую посудину. Отделяем с пленки фоторезиста верхнюю защитную пленку (она более жесткая, чем первая, ее можно отделить руками), погружаем заготовку в раствор. Через 3 минуты вынимаем, и под струей теплой воды протираем мягкой губкой для мытья посуды. Затем снова в раствор на 2-3 минуты. И так пока фоторезист полностью не смоется с незасвеченных участков. Затем хорошо промываем заготовку в проточной воде.

Травление

Раствор: Наиболее популярный раствор для травления печатных плат — хлорное железо. Но меня утомили рыжие пятна, и я перешел на персульфат аммония, а затем персульфат натрия. Подробности об этих веществах можно найти в поисковых системах. От себя скажу, что процесс травления происходит приятнее. И хотя персульфат натрия стоит несколько дороже хлорного железа, я все равно его не брошу, потому что он хороший.

Посуда: Идеальная посуда для травления — это специальная емкость с подогревом и системой циркуляции раствора. Такое устройство можно изготовить самому. Подогрев можно сделать от проточной горячей воды или электрический. Для организации циркуляции раствора можно применить аквариумные технологии. Но эта тема выходит за пределы этой статьи.   Нам же придется использовать бытовые средства. Поэтому, берем подходящую емкость. В моем случае — это капроновая прозрачная посудина с плотно закрывающейся крышкой. Хотя крышка и не обязательна, она упрощает процесс травления, да и раствор можно хранить прямо в посуде для травления.

Процесс: Из опыта знаем, что процесс травления проходит быстрее, если раствор подогревать и перемешивать. В нашем случае, нашу емкость ставим в ванну под струю горячей воды и периодически потряхиваем ее для перемешивания раствора. Персульфат натрия раствор прозрачный, поэтому визуально контролировать процесс не представляется никакой сложности. Если раствор не перемешивать, то травление может быть не равномерным. Если раствор не подогревать, процесс травления будет протекать долго.

По завершению промываем плату в проточной воде. После травления плату сверлим, обрезаем по размеру.

Отмывка фоторезиста, подготовка к лужению

Отмывать фоторезист лучше после сверления. Пленка фоторезиста будет защищать медь от случайных повреждений при механической обработке. Погружаем плату в раствор той же пищевой соды, но для ускорения процесса подогреваем. Фоторезист отстает минут через 10-20. Если применять едкий натрий( NaOH) все произойдет за несколько минут даже в холодном растворе. После чего плату тщательно промываем проточной водой, и протираем спиртом. Протирать спиртом обязательно, так как на поверхности меди остается невидимый слой, который будет мешать лужению платы.

Лужение

Чем лудить? Способов лужения много. Предполагаем, что у Вас нет специальных устройств и сплавов, поэтому нам подойдет самый простой способ. Покрываем плату флюсом и лудим обычным припоем с помощью паяльника и медной оплетки.  Кто-то привязывает оплетку к паяльнику, я приспособился держать паяльник в одной руке, оплетку в другой. В этом случае удобнее использовать держатель плат ! Для лужения плат использую такой флюс (он легче отмывается). Но можно и спиртовым раствором канифоли.

P.S.

Напоследок список материалов и инструментов, которые нам понадобились:

Материалы

1. Фоторезистивная пленка
2. Фольгенированный текстолит
3. Средство «Cillit»
4. Бумажные салфетки
5. Сода пищевая
6. Спирт
7. Хлорное железо или персульфат аммония или персульфат натрия
8. Флюс
9. Припой

Инструменты

1. Ножницы
2. Острый нож
3. Плоский напильник или наждачная бумага
4. Дремель или сверлильный станок, которые в состоянии держать сверла от 0,8 мм., сверла
5. Посуда для проявления фоторезиста
6. Посуда для травления
7. Маленький кусок мягкой ткани
8. Утюг и чистый лист бумаги
9. Ультрафиолетовая лампа
10. Настольный светильник
11. Коробка CD диска или кусок оргстекла
12. Струйный или лазерный принтер и пленка для него
13. Паяльник
14. Медная оплетка (можно купить, можно снять с коаксиального кабеля)
15. Мочалка поролоновая.

Успехов!

1130 — Стр 19

181

Собственная светочувствительность полимера может быть изменена в широких пределах при введении в него специ-

альных добавок — стабилизаторов или сенсибилизаторов.

В первом случае поглотившие световое излучение молекулы непосредственно вступают в реакцию, например диссоциируют на атомы (фотораспад) или объединяются с другими молекулами (фотоприсоединение). Во втором случае эти молекулы в реакции не участвуют, но передают свою энергию другим молекулам (фотосенсибилизация), в результате чего протекает химическая реакция (причем сам сенсибилизатор в ходе фотохимических превращений полимера остается без изменения).

11. 4 Виды фоторезистов

В зависимости от характера протекающих в фоторезистах фотохимических реакций их подразделяют на две основные группы: негативные и позитивные.

Негативные фоторезисты под действием света образуют нерастворимые участки пленки на поверхности подложки за счет фотополимеризации или фотоконденсации и после проявления остаются на ее поверхности. Рисунок (рельеф) фоторезиста представляет собой негативное изображение оригинала (фотошаблона).

излучение

1

2

3

Рис. 11.2 — Образование рельефа с помощью позитивного (а) и негативного (б) фоторезистов:

1 — фотошаблон; 2 — фоторезистивная пленка; 3 — подложка

182

Позитивный фоторезист, наоборот, под действием света образует растворимые за счет фотораспада участки, которые обычно после проявления удаляются с поверхности подложки. Оставшийся слой форезиста точно повторяет рисунок фотошаблона.

В качестве негативного фоторезиста в полупроводниковой технологии применяют состав на основе сложного эфира поливинилового спирта и коричной кислоты — поливинилциннамат ПВЦ, и ее формула имеет вид:

R1 – (О – R2)n,

где R1 — макромолекула поливинилового спирта, содержащая большое количество атомов, от углеродной основы которой отходят светочувствительные циннамольные группы R2.

Молекулы ПВЦ представляют собой длинные спирали, состоящие из десятков тысяч атомов (молекулярная масса до 200 тысяч единиц).

При поглощении фотонов двойная связь – С = С – циннамольной группы разрывается, а возникающие при ее разрыве свободные связи приводят к образованию мостиков, сшивающих отдельные молекулы полимера в химически стойкую трехмерную структуру.

В качестве негативного фоторезиста используют также циклокаучук с различными добавками. Сам циклокаучук не является светочувствительным материалом. Поэтому в него вводят различные органические азиды (соли азотистоводородной кислоты

НN3).

H N N H

N N N N

Под действием света азиды разлагаются с потерей моле-

кулы азота, образуя новые вещества — нитрены, которые вступают в реакцию с молекулами каучука, в результате чего образуется стойкая трехмерная структура.

В качестве позитивных фоторезистов наибольшее применение нашли составы на основе новолака и светочувствительного нафтохинондиазида (НХД). Новолаки — это фенол-формаль-

183

дегидные смолы, которые не содержат реакционно-способных групп.

Под действием света происходит отщепление азота от нафтохинондиазидной группы и в результате химической реакции происходит образование инденкарбоновой кислоты. В результате реакции образуются легкорастворимые в воде соли. Это приводит к тому, что проэкспонированные участки пленки фоторезиста вымываются (удаляются), а остальные остаются на поверхности подложки.

11.5 Основные параметры фоторезистов

Основными параметрами фоторезистов являются: светочувствительность, контрастность, разрешающая способность, кислотостойкость, адгезия к подложке и технологичность.

Светочувствительность любого фоторезиста является функцией процессов экспонирования и проявления. При экспонировании спектральная чувствительность оценивается величиной, обратной поглощенной световой энергии экспозиции, необходимой для изменения свойств светочувствительного материала.

Чувствительность определяют по характеристической кривой, представляющей собой зависимость толщины слоя h на экспонированных участках после проявления от экспозиции Н

(рис. 11.3).

184

Практическое значение имеет прямолинейный участок кривой, описываемый уравнением:

L = lgh3 – lgН1.

Толщина экспонированного слоя:

H = L·tgα,

где tgα — коэффициент контрастности фотоэмульсии.

h

h0 h3

α

h2

lgH lgh2 L lgh3

Рис. 11.3 — Характеристическая кривая негативного фоторезиста

С помощью характеристической кривой определяются чувствительность и контрастность фотоэмульсионного материала.

Чувствительность к данному спектру излучения оценивается величиной S = 1/Н2, где Н2 — экспозиция, при которой слой практически на всю глубину (~ 95 %) переходит в нерастворимое состояние, т.е. сохраняется после проявления.

Контрастность фоторезиста определяется крутизной линейного участка, характеристической кривой и вычисляется по формуле:

где h2 и h2 — экспозиция и толщина, соответствующие началу, а h3 и h3 — соответствующие окончанию активного сшивания слоя.

Аналогичный (но в зеркальном отображении) вид имеет характеристическая кривая для позитивных фоторезистов.

Если при экспонировании разных фоторезистов при равных экспозициях получаются различные значения оптической плот-

185

ности (толщины слоя h), то фоторезисты обладают различной контрастностью изображения, что соответствует различным значениям угла наклона характеристической кривой α.

Разрешающая способность. Важной характеристикой светочувствительности материалов является их разрешающая способность (разрешение). Это — свойство светочувствительного слоя передавать мелкие детали изображения раздельно. Разрешающая способность светочувствительного слоя R равна максимальному числу линий одинаковой толщины, формируемых в слое на 1 мм поверхности.

Характеристикой разрешения может быть также bmin — минимальная ширина раздельно воспроизводимой линии или расстояние между линиями равной толщины. Тогда разрешающая

способность R = 103/2bmin, где bmin — толщина линии в мкм. Единица разрешения определяется как число различимых линий на

1 миллиметр (лин/мм). На величину минимальной ширины линий влияют искажения на границе контура линий (черное-белое), связанные с зернистым строением фоторезиста. Эти искажения проявляются в виде нерезкого и неровного краев изображения. Это связано с возникновением «ореолов», которые вызываются рассеянием света в слое фоторезиста и отражением его от подложки. Обычно мелкозернистые фоторезисты имеют бóльшую разрешающую способность.

Важную роль в образовании ореола играет шероховатость поверхности. В случае шероховатой поверхности световые лучи, падающие на нее, преломляются и отражаются под разными углами, в результате чего получается размытое изображение.

Разрешающая способность процесса фотолитографии зависит также от точности переноса изображения фоторезистивной маски на материал заготовки.

При жидкостном травлении происходят проникновение травящего раствора под защитный фоторезистивный слой (боковое подтравливание) и образование условного клина травления (∆x) (рис. 11.4).

Это искажает заданный рисунок и также снижает разрешающую способность.

186

∆x

1

Рис. 11.4 — Схема возникновения клина травления: 1 — подложка-основание; 2 — слой материала, подлежащего стравливанию; 3 — слой фоторезиста

Еще одной важной характеристикой светочувствительных покрытий является их стойкость к воздействию агрессивных факторов (кислотам, щелочам). Свойства фоторезистов противостоять воздействию кислот и щелочей называют кислотостойкостью и щелочестойкостью, которые определяются химическим составом и структурой полимера, являющегося основным их компонентом.

Для увеличения кислотостойкости в фоторезистивные композиции вводят специальные добавки, например галоидные функциональные группы Cl, Br, J. Галоид, замещая в структуре полимера атом водорода, усиливает и щелочестойкость.

При плазменном травлении поверхность фоторезистивной маски непрерывно бомбардируется атомными частицами и фоторезист вступает в реакцию с потоком реакционно способных ионов, электронов, групп атомов и молекул, радикалов. Это может приводить к термоокислительной деструкции материала маски (разрушение молекул полимера).

Нарушение стойкости резиста наблюдается при плазмохимическом травлении, когда маска находится в среде реактивного газа. Например, даже незначительное содержание кислорода в общем объеме рабочего газа приводит к окислительному разложению резиста, а повышение температуры способствует этому процессу.

Повышение плазмостойкости резистивных масок возможно за счет более толстых покрытий, улучшения условий теплоотвода от маски, применения соответствующих реактивных газов, разработки новых плазмостойких и высокоразрешающих резистов.

187

К другим характеристикам фоторезистов относятся: срок службы, стабильность материалов во времени, минимум загрязнений, нетоксичность реактивов, простота применения.

11.6 Получение изображения при фотолитографии

В процессе фотолитографии при формировании изображений для экспонирования применяются контактный и проекционный методы. При контактном методе фотошаблон помещается непосредственно над подложкой, и рисунок с фотошаблона переносится на поверхность подложки в масштабе 1:1. Второй метод основан на использовании проекционных оптических систем. Основным элементом таких систем является объектив, который представляет собой сложную совокупность различного рода преломляющих и отражающих линз. На рис. 11.5 представлена одна из схем проекционной фотолитографии.

1

выгрузка подложек

1

загрузка подложек

Рис. 11.5 — Схема установки проекционной фотолитографии без изменения масштаба переноса изображения:

1 — метки координат x, y и углового разворота на подложке; 2 — проекционный объектив; 3 — фотошаблон; 4 — метки углового разворота и координат x, y на фотошаблоне; 5 — приводы

углового разворота и перемещения фотошаблона; 6 — фотоэлектрические микроскопы углового разворота координат x, y на фотошаблоне;

7 — блок программного управления; 8 — источник освещения для экспонирования; 9 — высокоскоростной затвор; 10 — полупроводниковая подложка; 11 — предметный столик

188

Метод проекционной фотолитографии имеет несколько вариантов, которые отличаются масштабами переноса изображения и способами заполнения рабочего поля подложки.

Так, при масштабе 1:1 изображение с фотошаблона переносится с помощью проекционной системы на подложку без изменения размеров элементов (рис. 11.5). Экспонирование может осуществляться сразу на все рабочее поле подложки или путем его сканирования.

При проекционной фотолитографии с уменьшением масштаба (обычно 10:1 или 5:1) единичное изображение переносится с фотошаблона на рабочее поле подложки последовательной мультипликацией.

Как при контактной, так и при проекционной фотолитографии необходимо точно совмещать фотошаблон с подложкой, для чего служат специальные фигуры — метки совмещения.

В проекционных системах операция совмещения, как правило, выполняется автоматически с помощью фотоэлектрического микроскопа, который регистрирует сигнал, поступающий от метки совмещения на подложку, и сравнивает его с сигналом, поступающим от такой же метки на фотошаблоне. Для совмещения меток координатная система перемещает подложку и фотошаблон, а также поворачивает фотошаблон относительно оси проекции.

При совмещении меток сигналы равны, а при их смещении возникает разностный сигнал, который поступает в исполнительный механизм системы совмещения, обеспечивающий взаимное перемещение фотошаблона и подложки.

Достоинство проекционной литографии по сравнению с контактной состоит, прежде всего, в том, что исключается контакт фотошаблона и полупроводниковой подложки, приводящей к образованию в них дефектов. Кроме того, обеспечивается более низкая плотность дефектов в формируемой маске фоторезиста.

В проекционной фотолитографии используются оптические системы, работающие в условиях дифракционных ограничений, обусловленных оптическими характеристиками систем.

Важнейшим параметром, характеризующим фотолитографические характеристики проекционного объектива, является числовая апертура А, которая определяет разрешающую способность и резкость изображения. Числовая апертура А характеризу-

189

ет способность объектива передавать световой поток пропорционально размерам объектива:

А = dоб /2 f,

где dоб — диаметр объектива;

f — фокусное расстояние объектива.

Обычно оценивают удвоенное значение числовой апертуры 2А = F (относительное отверстие). Значение F определяет поток световой энергии, проходящей через объектив.

Среди факторов, ухудшающих разрешающую способность оптической системы, имеется один, не поддающийся устранению, — дифракция света при прохождении его через оптическую систему.

Дифракция света, искажая идеально сферический фронт волны, нарушает законы геометрической оптики, что приводит к образованию не точки изображения, а пятна рассеяния конечных размеров. Размер этого пятна, перекрывающего близлежащие точки изображения предмета, ограничивает разрешающую способность оптической системы.

Дифракционное пятно рассеяния состоит из центрального кружка с максимумом освещенности и ряда концентрических колец, разделенных темными промежутками, в которых освещенность по мере удаления от центра падает до нуля. На рис. 11.6 показано распределение освещенности Е в дифракционном пятне в зависимости от расстояния до центра.

190

В центральном кружке сосредоточено 83,88% всей световой энергии, а его радиус определяется выражением:

r = 0,61λ/А,

где λ — длина света; А — числовая апертура.

Очевидно, что чем меньше r, тем выше разрешающая способность R. Если рассматривать две очень близко расположенные точки изображения, то при наблюдении происходит наложение двух дифракционных картин. Чем ближе эти точки расположены, тем менее вероятно получение их раздельного (не слитного) изображения.

Определим предел разрешающей способности оптической системы и его критерии. Одним из таких критериев (критерий Рэлея) является расстояние между двумя точками изображения, при котором максимум освещенности дифракционного пятна одной точки совпадает с минимумом освещенности дифракционного пятна другой точки. На рис. 11.7 условно показано расположение двух дифракционных пятен согласно критерию Рэлея. При суммировании двух координат дифракционных кривых образуется некоторая кривая (штрихпунктирная кривая на рис. 11.6) высотой l, которая согласно критерию Рэлея составляет 22,5 % от высоты а максимума кривых. Такое ослабление освещенности по Рэлею оказывается достаточным для определения границ двух близлежащих точек изображения.

Минимальная ширина bmin равна радиусу центрального кружка:

bmin = r = 0,61λ/А.

Для линейных изображений принимают:

bmin = r = 0,5λ/А.

Таким образом, для повышения разрешающей способности системы (уменьшения bmin) необходимо уменьшить длину волны источника света и (или) применять объективы с высоким значением А. При монохроматическом излучении с длиной волны λ = 436 нм предельная реальная разрешающая способность дос-

тигает 0,8–1,0 мкм.

Одной из важных характеристик оптической системы является глубина резкости изображения Г — расстояние вдоль оптической оси между точками, в пределах которых обеспечивается

Изготовление печатных плат. Часть 1: Сухая пленка

Способность самостоятельно изготавливать печатные платы — это навык, который может пригодиться. Есть несколько способов сделать это, и я опишу тот, который использую я. Первая часть процесса заключается в создании слоя поверх меди, который препятствует ее растворению растворителем.

Для этой цели мы будем использовать сухой пленочный фоторезист. Это вещество, которое реагирует на УФ-излучение, а затем становится устойчивым к проявляющему раствору (который представляет собой карбонат натрия). Вы можете купить его дешево на китайских сайтах реселлеров.

Но давайте начнем с самого начала… В предыдущем блоге я сделал коробку для экспонирования ультрафиолетовым светодиодом из старого сканера. Мы будем использовать его в этом уроке. Это не обязательно, так как вы также можете использовать прямой солнечный свет, но быстрее использовать источник ультрафиолетового света.

Как я уже говорил ранее, мы будем показывать части, которые мы хотим сохранить, поэтому нам понадобится негатив дизайна печатной платы. В сети я нашел пару дизайнов, которые можно использовать в тестовых целях. Они не совсем подходили, поэтому я немного изменил исходные PDF-файлы с помощью Adobe Illustrator. Вы можете скачать их здесь. Я содержит два дизайна. Распечатайте их на прозрачной пленке для проектора OHP.

Первый — проверка времени воздействия УФ-излучения.

А второй больше для всестороннего тестирования и травления. Дизайны в файлах PDF зеркально отражены. Таким образом, печатный слой будет находиться в непосредственном контакте с медным слоем, предотвращая прохождение света под углом.

Я также дважды распечатывал их и клал листы друг на друга, так как заметил, что они недостаточно темные и свет все еще проходит через них.

Пришло время подготовить доску и обрезать ее до нужного размера. Я использовал ножницы для резки листового металла. Этот разрез разделит плату на 2 части, которые будут достаточно хороши для применения тестовых конструкций.

Затем напильником зачистите грубые края.

Перед нанесением сухой пленки необходимо очистить доску ацетоном и протереть поверхность (оптимально) стальной мочалкой. Но я заметил, что мочалка тоже работает…

Для проверки экспозиции я сделал прорезь картонной бумаги с цифрами, которую можно было вложить между маской и доской и скользить вниз через заданные промежутки времени.

Сухая пленка защищена двумя слоями. Чтобы нанести его на печатную плату, необходимо удалить внутренний слой. Наклейте скотч с обеих сторон и аккуратно разделите их.

Затем примените его и используйте кредитную карту, чтобы выдавить все пузыри.

Теперь нужно нагреть пленку, чтобы она приклеилась к медному слою. Есть несколько способов сделать это. В моем случае я пробовала ламинатор и утюг, но они были слишком горячими, и вещество плавилось и распределялось неравномерно. Поэтому я использовал тепловую пушку для демонтажа, настроенную на температуру 200 градусов Цельсия, и дул ею на верхнюю часть платы в течение примерно 2 минут. Я заметил, что вам нужно уделить дополнительное внимание углам.

Теперь давайте проверим экспозицию. Я поместил доску со скользящей картонной бумагой поверх источника УФ-излучения и экспонировал с интервалом в 30 секунд.

Это были результаты. Лучшее время воздействия было между 3:30 и 4:30 минутами.

Это еще один тест, который я провел только с сухой пленкой. Вы можете увидеть соотношение между цветом и временем экспозиции, так как чем дольше выдержка, тем темнее пленка. Начиная с 1:00 до 5:00 минут.

Я повторил процесс для другого дизайна.

Эту плату я экспонировал 4 часа.

Пришло время разработать плату. Для этой пурпуры я использовал карбонат натрия, который также известен как чистящая сода, и вы можете купить его в супермаркете. Я заплатил 69 евроцентов за 1 кг.

Отмерьте 5 граммов (около чайной ложки) и растворите в 500 мл воды.

Снимите верхний защитный слой сухой пленки и поместите ее в раствор на 4-5 минут. Время от времени используйте мягкую щетку на доске, чтобы удалить растворяющееся вещество.

Это окончательный результат после завершения процесса разработки.

И крупный план

Категория

Руководство по пресенсибилизированным печатным платам (ПП)

Что такое пресенсибилизированные печатные платы?

Пресенсибилизированная печатная плата используется во всех видах электронных устройств, таких как смартфоны и планшеты, и поддерживает их функции так же, как конденсаторы и резисторы. Здесь мы объясним характеристики, типы и производственные процессы этого типа печатных плат.

Фоторезист, в отличие от ЛУТ, является более надежным методом, с помощью которого можно сделать печатные платы практически заводского качества. На первый взгляд, для фоторезиста нужно подготовить кучу инструментов и проделать массу действий, но поверьте, оно того стоит. Только с фоторезистом можно сделать платы с тончайшими следами.

Характеристики и типы печатных плат

Пресенсибилизированные печатные платы обычно имеют пластинчатую форму, а схемы образованы медной фольгой на поверхности и внутри платы, которая является изолятором. Электронные детали для пайки функционируют как электронные схемы и встраиваются в различные устройства.

Печатные платы можно разделить на односторонние платы. Электронные компоненты установлены только с одной стороны; двусторонние доски. Более того, они имеют электронные компоненты, установленные с обеих сторон; и многослойные панели, которые имеют несколько слоев платы.

По субтрактивной технологии рисунок печатных плат получают травлением медной фольги. Она наносится поверх защитного изображения в фоторезисте или на металлическом резисте, нанесенном на поверхность гальванически сформированных проводников рельефом фоторезиста на фольгированных диэлектриках.

Метод тентования в предварительно сенсибилизированной печатной плате

Это так называемый процесс «тентирования», или метод формирования завес над отверстиями. Причем в заготовках из фольгированного диэлектрика просверливаются отверстия. Аналогично после химической металлизации стенок отверстий проводят электролитический рост меди до необходимой толщины (35-40 мкм) в отверстиях и на поверхности фольги по всей заготовке фольгированного диэлектрика.

После этого слоями фоторезиста получают защитное изображение схемы и защитные шторки над металлизированными отверстиями. Судя по полученному защитному изображению на пленочном фоторезисте, из разрывов в цепи вытравливается медь.

Анализ измерения ширины линии в пресенсибилизированной печатной плате

Анализ измерения ширины линии после травления медной фольги на основе защитного изображения на пленочном фоторезисте. Разброс значений измерений увеличивается с увеличением толщины фольги.

Например, при травлении фольги толщиной 5 мкм разброс по ширине составляет около 7 мкм. При травлении фольги толщиной 20 мкм разброс составляет 30 мкм. При этом при травлении фольги толщиной 35 мкм разброс составляет около 50 мкм. Искажения ширины медных проводников относительно размеров ширины изображений последних в фоторезисте и на фотошаблоне — отрицательный сдвиг в сторону сужения.

Как подготовить поверхность предварительно сенсибилизированной печатной платы?

Подготовка поверхности заготовок к нанесению пленочного фоторезиста имеет важное значение. Удаление заусенцев просверленных отверстий и наростов гальванической меди осуществляется механической очисткой абразивными кругами. Далее следует химическая обработка в растворе персульфата аммония или механическая очистка водной суспензией пемзы.

Такие варианты подготовки обеспечивают необходимую адгезию пленочного фоторезиста к поверхности медной платы подложки. Химическая стойкость защитных изображений проявляется в процессе проявления и травления. Кроме того, механическая очистка пемзой дает матовую однородную поверхность с низким светоотражением. Кроме того, это позволяет более равномерно экспонировать фоторезист.

Для получения изображений подходит пленочный фоторезист толщиной 15-50 мкм. Толщина фоторезиста при «шатровом» методе отвечает требованиям целостности защитных шторок над отверстиями при проявке и травлении. Причем это осуществляют распылением растворов под давлением 1,6-2 атм и более.

Фоторезисты толщиной менее 45–50 мкм разрушаются при этих операциях над отверстиями. Для обеспечения надежной «тентовки» диаметр накладки должен быть в 1,4 раза больше диаметра отверстия.

Общий процесс производства печатных плат

При производстве печатных плат в основном хорошо использовать метод, называемый «травлением». Здесь ненужные части предварительно сенсибилизированной печатной платы растворяются химическими веществами.

Здесь мы объясним общий процесс изготовления печатной платы с использованием травления.

В качестве примера показан процесс производства многослойной платы.

 Формирование рисунка платы внутреннего слоя (процесс травления)

• Фоточувствительная пленка-резист прикрепляется к подложке.
• Маска (форма), на которой печатается рисунок схемы и подвергается воздействию ультрафиолетового света для процесса печати, называемого «экспозицией».
• После запекания помещается в специальный растворитель для удаления ненужной сухой пленки. Это называется «развитие».
• Растворите ненужную часть медной фольги травильной жидкостью. После этого сухую пленку, прилипшую к выкройке схемы, можно удалить.

Как сделать предварительно сенсибилизированную печатную плату?

Когда дело доходит до работы с электроникой, у вас может сложиться впечатление, что вы используете доску с проушинами или универсальную доску. Вы можете сделать еще больше удивительных вещей, изготовив пресенсибилизированную печатную плату .

Тем не менее, я чувствую, что мало мастеров, которые делают свои собственные печатные платы.

Независимо от простой схемы, когда я вижу пример сложной схемы, собранной на универсальной плате, я думаю: «Должно быть, это тяжелая работа».

Конечно, мы иногда используем универсальные платы, но как человек, умеющий делать печатные платы, я часто нахожу работу по пайке хлопотной.

В интернете вроде появилась тенденция писать, что печатную плату сложно сделать самому. Различные инструменты важны для создания тонкого узора, но это не тот случай. Почему вы так хотите поднять порог?

Как замаскировать пресенсибилизированную печатную плату?

Это классический метод, который успешно применяется уже более 40 лет. Это достигается путем нанесения маскирующей маски на твердую подложку из медной фольги и написания рисунка перманентным маркером.

Хотя этот метод прост, если вы сделаете ошибку, его будет трудно изменить, а если схема усложнится, это будет сложно.

Также края шаблона не ровные, поэтому отделка некрасивая, и рисовать шаблоны поверхностного монтажа практически невозможно.

Может быть хорошо, если это будет сплошной рисунок, такой как высокочастотный контур, но я не рекомендую это делать.

Как использовать светочувствительный субстрат?

Это метод запекания рисунка с использованием светочувствительной подложки. На самом деле этот тип светочувствительной подложки уже существовал около 40 лет назад, но узоры рисовали буквами и калькой в ​​то время, что часто приводило к сбоям.

Сегодня выкройки можно создавать, редактируя САПР на компьютере и распечатывая их на специальной пленке с помощью струйного принтера. Даже сложные схемы могут быть созданы легко и просто.

Скриншот KiCadKiCad

Известная программа, ставшая популярной в последние годы. Это интегрированная среда, включающая в себя не только редактор печатных плат, но и редактор электронных схем и т. д., и хотя она бесплатна, но не имеет функциональных ограничений, очень функциональна и удобна. Японские документы также существенны.

До недавнего времени его часто использовали мастера-электронщики. Это хорошо использовать, но мы перестали использовать его, потому что мы не могли его отменить. Тем не менее, кажется, что несколько лет назад был проведен серьезный редизайн, и была добавлена ​​​​функция отмены.

Время воздействия пресенсибилизированной печатной платы

Излучает ультрафиолетовые лучи сильнее, чем люминесцентные лампы, поэтому занимает меньше времени.

Однако, даже если время экспонирования соответствует профилю, иногда будут недоэкспонированные области, и это не удастся, так что это не идеально. Кажется, небольшая корректировка повлияет на УФ-лучи. Воздействие осуществляется с помощью обычных люминесцентных ламп или специальной экспонирующей машины.

Работа с экспозицией с использованием люминесцентных ламп обычная, я бы использовал подставку для люминесцентных ламп, но у меня ее не было дома, поэтому хорошо использовать для этого вот так.

Время воздействия составляет 8 минут и 30 секунд для только что изготовленной платы и 9 минут и 30 секунд для платы, изготовленной почти год. Вероятность успеха составляет более 95%. Кстати, в последнее время кажется, что метод с использованием люминесцентной лампы отодвигают от метода изготовления светочувствительных подложек.

Вероятно, это связано с тем, что время воздействия неясно, а частота отказов высока при первом использовании. Возможно также, что светодиодное освещение становится все более популярным.

Кроме того, светочувствительная подложка, изготовленная в течение одного года, должна экспонироваться примерно на одну минуту дольше (в случае нашей люминесцентной лампы), чем новая. Так что регулируйте его в соответствии с возрастом.

Кроме того, воздействие солнечных лучей имеет высокий процент отказов, так что это не важно.

Позитивное действие Пресенсибилизированная печатная плата

• Позитивный фоторезист

Светочувствительный резист, растворяющийся под воздействием ультрафиолетового света.

Фоторезист, который становится более растворимым в проявителе при воздействии света, и экспонированные участки удаляются.

• положительные данные

Это данные, которые ввели данные, необходимые для платы в дизайне художественного произведения.

Слой проводки с шелком, сигнальные линии, контактные площадки и т.д. разработан и выведен в плюс.

Использование многослойных элементов позволяет сократить циклы монтажа печатной платы — ее демонтажа. Эти недостатки менее значительны, чем у их предшественников, что делает многослойные платы более надежными.

Фотопозитивная пресенсибилизированная печатная плата

Фоторезист представляет собой светочувствительное вещество, которое полимеризуется под воздействием света. В последнее время на мировом рынке появилось несколько видов фоторезистов в аэрозольной упаковке, например, Positiv 20 и Positiv Resist (Cramolin®).

Данные фоторезисты жидкие, поэтому их удобно наносить на плату распылением вблизи поверхности фольгированного текстолита. Пленочные фоторезисты, которые выпускаются в виде прозрачного гибкого листа с обеих сторон с защитной пленкой, которую необходимо снимать при наклеивании на текстолит, находят широкое применение, особенно для изготовления пресенсибилизированная печатная плата .

В зависимости от свойств фоторезиста различают две категории: положительные и отрицательные. Положительный соответствует непрозрачному участку на токопроводящей дорожке, отрицательный — прозрачному. За нашу плату мы выберем отрицательный.

Изготовление платы с использованием пленочного фоторезиста

В основе технологии изготовления платы с фоторезистом лежит формирование рисунка на поверхности фольгированного текстолита путем нанесения слоя фоторезиста с последующим экспонированием через фотошаблон. Засветившиеся (или непросветленные) участки удаляют раствором кальцинированной соды.

Процесс изготовления платы начинаем с фотошаблона, через который будем экспонировать фоторезист с узором из токопроводящих дорожек. Из любой доступной пресенсибилизированной программы проектирования печатных плат мы печатаем на прозрачной пленке.

Печатать лучше на струйном принтере, так как рисунок более контрастный, так как чернила, в отличие от лазерного принтера, хорошо наносить более плотным слоем. В крайнем случае можно использовать лазер. При печати важно установить правильные параметры печати.

Параметры печати зависят от выбранной программы. Но достаточно знать несколько простых правил, чтобы все получилось так, как задумано. Во-первых, необходимо учитывать тип фоторезиста – положительный или отрицательный.

Во-вторых, при необходимости включить зеркальное отображение изображения (в случае изготовления двухслойной платы или в зависимости от того, какой стороной вы будете накладывать узорчатую пленку на поверхность фоторезиста). В-третьих, необходимо установить максимальное значение интенсивности (контрастности) изображения. После печати не забудьте высушить краску, чтобы не размазать.

Затем подготавливаем текстолит, поверхность которого необходимо очистить от окислов. Можно использовать мелкую наждачную бумагу или даже ластик. Добиваемся блестящей чистой поверхности. Приклеиваем фоторезист на плату, освобождая его липкую поверхность от защитной пленки.

Пленочный фоторезист: Изготовление пресенсибилизированной печатной платы

Лазерная технология глажения не годится из-за сложности достижения требуемого качества. Ничего против не имею, но ЛУТ меня уже не устраивает по качеству и повторяемости.

Плата с фоторезистивным слоем

Вырезаем фотошаблон по контуру нашего рисунка. Наносим на фоторезистивный слой и прижимаем стеклом для лучшего контакта с поверхностями. Экспозиция проводится ультрафиолетовой лампой, можно лампой для сушки лака. В спектре есть и ультрафиолет или

Время экспозиции подбираем экспериментально. Он поставляется на отдельной пластине из фоторезистивной пленки. I поступает последовательно открывая участки светочувствительного слоя и включая лампу на те же промежутки времени. После экспонирования проявляем фоторезист в растворе кальцинированной соды (на 0,5 л воды — чайная ложка соды).

В результате фоторезист растворится в местах, где у нас не должно быть следов. Далее промываем пресенсибилизированную плату под проточной водой и помещаем в другой раствор — хлорное железо для травления меди.

Преимущества Presensitized PCBs

1. Повышенная плотность проводников и компонентов по сравнению с предшественниками, что позволяет значительно уменьшить габариты платы, и, как следствие, готового оборудования;
2. Укороченная длина проводника для более эффективной работы оборудования;
3. Комплекс разнородных компонентов позволяет усилить полезные свойства, присущие каждому из них;
4. Эффективное экранирование цепи переменного тока;
5. Оптимальный отвод тепла от платы;
6. Повышенная устойчивость элементов при различных воздействиях;
7. Повышенная надежность и долговечность за счет применяемых методов сборки;
8. Внесение улучшений в его состав, если это необходимо.

Большинство людей, которые сами производят печатные платы или, по крайней мере, имеют представление о том, как делать печатные платы, знакомы с той или иной формой предварительно сенсибилизированного процесса производства печатных плат . Этот процесс заключается в воздействии ультрафиолетового излучения на специальное светочувствительное покрытие через прозрачную маску перед тем, как приступить к травлению.

Пожилые радиолюбители, скорее всего, будут делать свои маски вручную из ацетатной бумажной ленты. Младшие могут быть напечатаны лазером с рисунками из их программ САПР. Но этот метод изготовления фоторезистивных печатных плат легко улучшить. Как насчет усовершенствования процесса, которое устраняет ацетатную маску?

Заключение

С распространением современных технологий все большую популярность приобретает производство пресенсибилизированных печатных плат с использованием встроенных компонентов. Эти типы систем легко найти, в том числе, в мобильных продуктах, таких как смартфоны и планшеты, где размер устройства является одним из наиболее важных параметров.