Технологическая оснастка для производства печатных плат и особенности ее изготовления

Точность и разрешающая способность получаемых ПП в пер­вую очередь определяются качеством используемой специальной технологической оснастки, основными видами которой являются фотошаблоны, сетчатые трафареты и печатные формы (клише). Фотошаблон—это графическое позитивное или негативное изо­бражение рисунка печатного монтажа, выполненного в натураль­ную величину на светопроницаемом основании. По назначению они разделяются на контрольные, которые хранятся в специаль­ном помещении как эталоны, и рабочие, которые изготавливаются с контрольных методом контактной печати и служат для перене­сения имеющегося на них рисунка на плату.

Изображение элементов на фотошаблоне должно соответство­вать требованиям чертежа и быть черно-белым, контрастным с четкими и ровными границами при оптической плотности темных полей не менее 2,5... 3 ед. и прозрачных участков не более 0,15... 0,2 ед, замеренной с точностью ±0,02 ед. на фотоэлек­трическом денситометре типа ДФЭ-10. Размеры печатных про­водников и контактных площадок устанавливаются с учетом ве­личины подтравливания. На рабочем поле фотошаблона не допу­скаются ореолы, пятна, точки, разрывы, полосы и другие види­мые дефекты. Фотошаблон должен быть износостойким, иметь минимальную деформацию при изменении температуры и влаж­ности окружающей среды, а также в процессе производства. В большей степени перечисленным требованиям удовлетворяют сверхконтрастные фотопластинки типа «Микрат-НК» и полиро­ванные силикатные стекла с металлизированными поверхностями, на которых получают контрольные фотошаблоны. Рабочие фото­шаблоны изготавливают на малоусадочных (не более 0,01... 0,03%) фотопленках типа ФТ-41П (СССР), РТ-100 (Япония) или «Агфалит» (ФРГ).

Обычно фотошаблоны получают на основе оригинала ПП, выполненного также на материале, который имеет стабильные размеры (органическое или силикатное стекло, алюминий, вини-проз, лавсан и др.), но в увеличенном масштабе 2:1,4:1, 10:1. Оптимальный масштаб выбирается исходя из габаритов ПП, тре­буемой точности получения фотошаблона и погрешности изготов­ления оригинала выбранным методом:

M=d_ор/d_фш,

где d_ор, d_фш —половина поля допуска на изготовление оригинала и фотошаблона.

Основными методами получения оригиналов являются вычер­чивание, наклеивание липкой ленты и вырезание эмали.

Вычерчивание изображения оригинала на специальной бумаге или малоусадочной пленке, на которую предварительно наносит­ся непроявляющейся синей краской с шагом 2,5±0,05 мм коорди­натная сетка, осуществляют вручную с помощью чертежных инструментов или на автоматическом чертежном аппарате, управ­ляемом координатографом. Высокая трудоемкость процесса и низ­кая точность изготовления оригинала (±0,2... 0,5 мм) ограни­чивают применение ручного метода для макетных работ.

Метод аппликаций состоит в наклеивании на прозрачное осно­вание калиброванных одиночных и групповых элементов, изго­товленных из светонепроницаемой безусадочной антистатической пленки. Для получения изображения ДПП на одну сторону осно­вания наклеивают красные (желтые) элементы, а на другую си­ние (фиолетовые). Последующее фотографирование через соот­ветствующий светофильтр обеспечивает получение совмещенного оригинала рисунков с точностью ±0,2 мм. Метод рекомендуется для изготовления ОПП и ДПП, простых по конструкции, с пони­женной плотностью монтажа.

Наибольшую точность изготовления оригиналов ПП (±0,05мм) обеспечивает, метод вырезания эмали. Для этого на прозрачное основание наносят равномерный слой гравировальной черной эма­ли марки ПП, которую после сушки вырезают с пробельных мест на универсально-расточных станках, снабженных измерительными микроскопами, или на координатографах с ручным или про­граммным управлением. В качестве инструмента используются пунктирные иглы, граверные резцы, рейсфедеры с алмазными наконечниками. Подбором оптимального давления на инструмент добиваются удаления эмали на всю толщину слоя.

Из готового оригинала контрольные фотошаблоны получают масштабным фотографированием на фоторепродуционных поли­графических камерах типа ФГ-ЗМ, ПП-12 и ЭМ-513 (СССР), «Климш» (ФРГ) и других с объективами, имеющими высокую разрешающую способность. Рабочие фотошаблоны изготавливают с контрольных способом контактной печати. Если ТП предусма­тривает обработку групповой заготовки (при размерах ПП до 100 мм), то на специальном оборудовании (фотоштампах) мето­дом мультипликации получают групповой фотошаблон с точным расположением рисунков рядами и строками, общими элемента­ми совмещения и общим машинным нулем отсчета координат программного сверления отверстий.

Более прогрессивным является метод получения фотошаблонов сканирующим световым лучом непосредственно на фотопластинке (без изготовления оригинала) с помощью высокопроизводитель­ных координатографов, работа которых управляется ЭВМ. Коор­динатограф (рис. 9.8) состоит из вакуумного стола 6, на котором закрепляется фотопластинка, фотоголовки и блока управления 1 Стол перемещается с высокой точностью в двух взаимно перпен-

Рис. 9.8 Схема работы координатографа при получении фотошаблонов печатных плат

дикулярных направлениях с по­мощью прецизионных ходовых вин­тов 4 и 5, которые приводятся во вращение шаговыми двигателями 2 и 3. Фотоголовка включает осве­титель 7, фокусирующую систему 8, круговую диафрагму 9 и фото­затвор 10. Диафрагма имеет набор отверстий (25... 70), оформляю­щих определенный элемент рисун­ка ПП, и закрепляется на валу ша­гового двигателя. При введении программы в блок управления сиг­налы подаются на шаговые двига­тели привода стола и диафрагмы, а также на осветитель. В результате их программированной рабо­ты на фотопленке последовательно засвечиваются все элементы ПП. Современные координатографы (табл. 9.4) снабжаются си­стемами автоматического поддержания постоянного светового режима.,

Если при изготовлении фотошаблонов используется обычный чертеж ПП, то он с помощью координатоскопа (Минск-2009) кодируется на перфоленту.

Сетчатые трафареты представляют собой металлическую раму из алюминиевого сплава, на которую натянут тканый материал. К материалу ткани предъявляются следующие требования: вели­чина просветов должна быть в 1,5—2 раза больше толщины нитей; на ткани не должно быть дефектов; она должна быть прочной на разрыв, устойчивой к истиранию, эластичной и практически не должна растягиваться в процессе работы, ячейки ткани недолжны взаимодействовать с растворителями краски. Наибольшей точ-

Таблица 9.4

Основные технические характеристики координатографов с программным управлением

Модель, изготовитель	Размер рабочего поля, мм	Точность позицианирования, мм	Макс. скорость перемещения, м/мин	Ширина экспонируемой линии, мм	Дискретность перемещения по координатам, мм
Минск-2005, СССР	500*500	0,03		0, 2...5	0,025
КПА-1200, СССР	1200*1200	0,05	6,0	0, 2...4	0,025
723, Gerber Sientific, США	865*1120	0,01	5,0	0, 1...4	0,025
Aristograph sistem 201, Ariston, ФРГ	1200*1200	0,015	9,4	0, 1...4	0,025

ностью и долговечностью обладают металлические сетки из нер­жавеющей стали или фосфористой бронзы с размером ячеек 40... 50 мкм, а наиболее эластичны сетки из капрона, лавсана, металлизированного нейлонового моноволокна.

Для изготовления сетчатого трафарета на поверхность рамы наносят клей («Адгезив-2В») и на нее укладывают нарезанную сетку. В пневматическом устройстве сетка равномерно натягива­ется таким образом, чтобы относительная деформация материала не превышала 6... 8% для капрона, 5 ... 7% для фосфористой бронзы и 2... 3% для нержавеющей стали. После этого сетка приклеивается к раме и обезжиривается.

Рисунок платы на поверхности сетки получают прямым копи­рованием через фотошаблон нанесенной фотополимерной компо­зиции «Фотосет-Ж» (для синтетических тканей), «Полисет» или ФСТ. Наносят фотополимер методом полива после создания вре­менной подложки из полиэтилентерефталатной пленки и пласти­ны оргстекла по высоте, равной? высоте трафаретной рамы, или из ракель-кюветы при установке рамы под углом 20° к вертикали. Дальнейшие операции—экспонирование через фотошаблон, про­явление и контроль качества. Хранятся сетчатые трафареты в вер­тикальном положении на складах-штабеллерах.

Конструктивно формы для офсетной печати разделяются на три вида: высокой печати, глубокой печати и с расположением печатных участков в одной плоскости. Изготавливают их из алю­миния, цинка, сплавов на их основе и пластмасс с помощью травления, гравирования, прессования, обработки гидрофобизирующей жидкостью, сборки из отдельных элементов и др. Наибо­лее технологичной, точной и надежной оказалась печатная форма для сухого офсета. Она представляет собой пластину из алюми­ния толщиной 0,5...1 мм, на которую наносится тонкая пленка силиконового лака, не смачиваемого трафаретной краской. На пленке при помощи лазерного гравировального автомата 04ФП-300.013 выжигается рисунок ПП. Использование печатной формы на станке офсетной печати 09ФП-300.003 обеспечивает на поле до 500õ600 мм точность совмещения контактных площадок ±0,1 мм и производительность 300 отпечат./ч.