Маска для пайки. Изготовление самодельных печатных плат с маской

Данная статья посвящена изготовлению самодельной печатной платы с «зеленкой»
Общие вопросы изготовления печатных плат в домашних условиях достаточно хорошо освещены в интернете. Я не буду описывать,то что уже сотню раз писали другие. Вместо этого, я вкратце опишу свои маленькие хитрости и процессы, особенно о переходных отверстиях и маске (зеленке).

Самодельная плата 8 mil дорожки, 6 mil расстояние,переходные и маска.

Оборудование

Лазерный принтер (принтер Kyocera FS-1100, для переноса тонера),ламинатор, микрокомпрессор .

Материалы
Все как обычно (текстолит, хлорное железо, ацетон и пр.) кроме витражной краски (Pebeo Vitrea 160).

Процесс

Сверловка : Так как я использую ЧПУ для сверловки, процесс происходит перед переносом тонера, в этом случае легче позиционировать рисунок.

Перенос тонера на плату:

Многие пользуются утюгом, но все-таки, лучших результатов удалось достичь именно с применением ламинатора. Прокатываем 10-15 раз через ламинатор. Бумага — тут тоже каждый может экспериментировать, я использую фотобумагу 130 г/м. Использование фотобумаги, как мне кажется, увеличивает срок службы самого принтера. Режим печати выбираем максимальный расход тонера) К сожалению тенденция такова, что современные принтеры все более и более экономичные (или к счастью, смотря с какой стороны посмотреть) и толщина тонера после переноса стремится к уменьшению. Вот что получилось после ламинатора:

Травление:

Процесс травления происходит в растворе хлорного железа и ничем не отличается от классических методов — вода потеплее, железа побольше, мешать почаще)

Переходные отверстия:

Переходные отверстия являются неотъемлемой частью процесса изготовления самодельной двухсторонней платы. Можно рассмотреть несколько вариантов самодельных переходных:

1. Использование специальных втулок. Трудно найти или изготовить. Необходимость достаточно большого диаметра в VIA.

2. Монтаж перемычек с использованием провода. Имеет один недостаток — когда переходное расположено под корпусом SMD-микросхемы. Тут необходим определенный опыт. (опыт везде необходим, но сделать перемычки необходимой длины и затем припаять с минимальным количеством припоя, порою не просто)

3. Запрессовка. Данный метод позволяет создать качественное переходное соединение между слоями. Для этой цели был создан специальный станочек-пресс. Подробности про пресс можно почитать в .

Казалось бы, следующим этапом залуживаем плату и вперед! Но нет, скучно и некрасиво. Мы простых путей не ищем. Делаем плату с «зеленкой»

Маска

Маска защищает плату от коррозий, создает более благоприятные условия при монтаже, придает плате «фирменный» вид. Впервые о самодельной маске было прочитано Ее основу составляет общедоступная витражная краска Pebeo Vitrea 160 . Краска на водной основе, имеет одну особенность — требует обжига (сушки) в печи при температуре 160 С в течение 40 мин. На самом деле жарить плату выше 130 градусов я не пробовал. Температуры 130 вполне хватает для нормальной полимеризации краски.

Сначала печатаем на том же лазерном принтере слой для защиты падсов, участвующих в монтаже. Проще говоря закрываем от маски нужные участки. Накладываем на плату и снова в ламинатор:

Затем наносим с помощью нашего минипульверизатора краску. Я добавляю 1 часть воды на 4 части краски перед нанесением. После нанесения ждем 24 часа — краске нужно высохнуть. Торопиться не стоит — плату спалить мы всегда успеем). После этого выгоняем с кухни жену и занимаем плиту на 40 мин. На самом деле лучше обзавестись какой-нибудь минипечкой или использовать тостер для этих целей. Но в любом случае нужно четко следить за температурой. По прошествию 40 мин вынимаем пирожок из печи:

Защитный слой, состоящий из тонера, удаляем при помощи растворителя или ацетона с применением небольшого механического усилия рук. Краска отваливается от защищенных мест в силу плохой адгезии с тонером. Теперь можно залудить падсы и спаять какой-нибудь SDR трансивер или другую безделушку. В целом весь метод довольно трудоемкий и необходим, я считаю, для очень ответственных безделушек. Ну или для настоящих эстетов, которые не привыкли отдавать 1000 руб за фирменную двухсторонку в Китае (кому интересно, пишите, дам адрес сайта где реально за 1000 руб заказать нормальные платы)

Введение в конструкцию ДПП паяльной маски является обяза­тельным условием, т.к. обычная стеклоэпоксидная основа ДПП не обладает достаточной теплостойкостью к температурам пайки ПМ (220-240 о С), и без паяльной маски за время необходимое для про­ведения техпроцесса пайки (0,5 - 2,5 мин.) может происходить по­верхностная деструкция материала диэлектрика.

По методу формирования рисунка паяльные маски делятся на два типа:

1. Паяльные маски, рисунок которых формируется методом трафарет­ной печати.

Как правило, это составы на эпоксидной основе, отверждае-мые термически или УФ излучением. При относительной дешевизне основным их недостатком является низкая разрешающая способность

и необходимость использования сеткографического трафаре­та.

2. Паяльные маски, рисунок которых формируется фотолитографиче­ским методом (их еще называют фоторезистивные паяльные маски).

Эти паяльные маски позволяют формировать рисунок любой сложности и в последнее время получили наибольшее распростра­нение.

В свою очередь фоторезистивные паяльные маски по методу нанесения делятся на два типа:

a) сухие паяльные маски;

б) жидкие паяльные маски.

Сухая паяльная маска (СПМ).

СПМ выпускается в виде пленки толщиной 50, 75, 100 и 150 мкм и по свойствам и методам использования очень похожа на су­хой пленочный фоторезист (СПФ), используемый для получения рисунка ДГШ. СПМ имеет, однако, два существенных отличия, оп­ределяющие особенности ее нанесения, формирования и использо­вания:

1 . СПМ является конструкционным материалом и должна вы­держивать не только технологические, но и эксплуатацион­ные воздействия во время всего срока эксплуатации ДПП.

2. СПМ наносится на рельеф, образованный сформированным наружным слоем ДПП.

Для нанесения СПМ необходимо специальное оборудование -т.н. вакуумный ламинатор - особое устройство с вакуумной подог­реваемой камерой, обеспечивающее плотное прилегание толстой пленки СПМ на рельеф ДПП. Толщина СПМ выбирается из условия прокрытая необходимой высоты рельефа.

H СПФ =0,7 h РЕЛЬЕФА

Следует всегда иметь в виду, что основной проблемой при на­несении СПМ является ее адгезия к поверхности ДНИ, поэтому пе­ред ламинированием поверхность ПП должна быть тщательно очи­щена от всякого рода органических и неорганических загрязнений. Надо также помнить, что адгезия СПМ к покрытиям, изменяющим агрегатное состояние в процессе технологических обработок или эксплуатационных воздействий может резко ухудшаться. Речь идет в первую очередь о покрытиях оловянно-свинцовыми и другими

легкоплавкими припоями. Предпочтительным является нанесение СПМ на «голую» медь, допустимым - на никель, золото.

После ламинирования следуют стандартные операции экспо­нирования и проявления. Существуют СПМ, как органического, так и водно-щелочного проявления. Последние получают все более ши­рокое распространение в связи с более простой процедурой регене­рации промывочных вод и утилизации проявочных растворов.

После формирования рисунка паяльная маска подвергается операции задубливания, которая заключается в окончательной по­лимеризации материала СПМ для набора им в полном объеме за­щитных свойств, обеспечивающих механическую, термическую и климатическую защиту поверхности ДНИ от технологических и эксплуатационных воздействий. Окончательное задубливание мо­жет быть термическим или смешанным: термическим и УФ.

К недостаткам СПМ можно отнести ограничение по разре­шающей способности:

0,3 мм - для толстых (100-150 мкм) пленок СПМ;

0,2 мм - для тонких (50-75 мкм) пленок СПМ.

Этого недостатка лишены жидкие паяльные маски.

Жидкие паяльные маски (ЖПМ).

От СПМ ЖПМ отличается только способом нанесения, обес­печивающим покрытие ДПП равномерным тонким слоем. Для ЖПМ применяют два способа нанесения:

a) методом трафаретной печати через чистую (без маски) сет­ку - этот метод является мало производительным и исполь­зуется в мелкосерийном производстве;

б) методом полива в режиме «занавеса» - этот метод требует специального оборудования, создающего падающий лами­нарный поток - «занавес», и используется в крупносерийном производстве.

ЖПМ наносится тонким слоем 20-30 мкм и в связи с этим практически не имеет ограничений по разрешению при всех ныне мыслимых рисунках монтажного слоя.

Остальные операции: экспонирование, проявление, оконча­тельное задубливание - аналогичны СПМ.

Горячее лужение (оплавление).

Операция заключается в нанесении паяемого покрытия на КП, к которым в дальнейшем будут присоединены выводы компонентов. Покрытие должно быть равномерным, чтобы не нарушить дозиров­ку припоя на КП, и сохраняющим паяемость в течение всего времени

межоперационного хранения ДПП. Производится эта операция окунанием ДПП в расплавленный припой (как правило, оловянно-свинцовую эвтектику - ПОС-61) на несколько секунд, а затем протаскиванием платы между двумя узкими соплами, через которые продувается горячий воздух, сдувающий излишки припоя с поверх­ности ДПП и из отверстий. Толщина покрытия и равномерность его определяется правильным выбором расстояния до сопел и их накло­ном относительно плоскости платы.

При субстрактивном способе изготовления платы, с использо­ванием олово-свинца в качестве металлорезиста, то же назначение имеет операция оплавления, которая производится до нанесения па­яльной маски.

При описываемых операциях ДПП подвергается значительно­му термическому воздействию, близкому к термоудару, что приво­дит к проявлению скрытых дефектов, заложенных на предыдущих этапах изготовления. Т.о. эти операции можно считать методом 100% технологических испытаний, обеспечивающих отбор плат с повышенной надежностью и эксплуатационной стойкостью.

Маркировка.

Операция, заключающаяся в нанесении на поверхность ДПП специальной краской обозначений компонентов и их посадочных мест. Наносится методом трафаретной печати. Качество определя­ется допустимым разрешением по толщине линий (0,15 мм мини­мум), размером выполняемых шрифтов (1,3 мм минимум) и дости­гается оптимальным выбором вязкости краски и параметров сетки.

Электрический контроль ДПП. г

Основные требования к системам контроля связей плат сво­дятся к следующим:

универсальность контактного устройства, т.е. возможность контроля плат с расположением контрольных точек в любых узлах заданной координатной сетки в пределах макси­мального поля контроля;

параметрический контроль сопротивлений связи и изоляции цепей с индивидуальным заданием допустимых значений этих параметров для каждой цепи в программе контроля (таблица цепей);

полное, исчерпывающее диагностическое описание выяв­ленных дефектов, т.е. указание номера дефектной цепи (по конструкторской документации) и реальных координат всех точек, разъединенных в результате обрыва цепи, указание номеров цепей, между которыми имеется КЗ и т.д.;

объем контролируемого монтажа системы должен соответ­ствовать максимально возможному количеству контроль­ных точек на плате;

достаточно высокая производительность контроля, обеспе­чивающая требуемый уровень производства;

высокие эксплуатационные качества, надежность, техноло­гичность, удобство технического обслуживания.

Одним из путей решения поставленной задачи использование специализированных тестеров - установки типа МРР 3964HV фир­мы MANIA (ФРГ), которые по многим своим параметрам удовле­творяет поставленным требованиям. В этой установке используется бескабельное, непосредственное соединение контактного поля с коммутаторным блоком, имеющим вид куба. Задействованное кон­тактное поле установки охватывает площадь 500 х 600 мм, на кото­рой с помощью специального адаптера размещаются 48000 щупов в шаге 2,5 мм. Пределы контролируемых параметров системы: 5 Ом для сопротивления связи (при токе 300 мА) и 100 МОм для сопро­тивления изоляции при напряжении 100 - 150 В. При этом скорость контроля - порядка 400 точек в секунду. Недостатками данной сис­темы являются отсутствие индивидуально программируемого пара­метрического контроля сопротивления связей при относительно вы­соком общем пороговом уровне и недостаточно информативное описание обнаруженных дефектов (отсутствие номеров цепей, со­става отрезков оборванных цепей, представление адресов точек в только условных координатах и др.).

Качество металлизированных отверстий контролируется из­мерением сопротивления четырехзондовым методом - с помощью пропускания тока (два зонда) и измерения падения напряжения (два других зонда). Сопротивление проводника металлизированного пе­рехода (Rмо) зависит от геометрии отверстия, качества металлиза­ции (толщина, трещины и др.) и свойств металлического покрытия.

Смотри рисунок 5. Организация автоматизированного контро­ля качества металлизации отверстий в ДПП и слоях является слож­ной технической задачей.

Используются автоматические установки типа АКМО (АКМО-1), которые позволяют производить полуавтоматический контроль металлизации отверстий в платах среднего формата - размером не более 200 х 250 мм. На полуавтоматических установках с ручной подачей плат и зондов (УКМС) можно проверять платы несколько большего размера (до 450 мм). Производительность установок АК­МО - 50 отверстий в минуту явно недостаточно для 100% контроля плат

Зондовые головки установки УКМС содержат два клиновид­ных контакта с плоскопараллельными торцами. Используются вари­анты контактов с протяженностью торцевых ребер 0,6 мм - для кон­тактных площадок переходных отверстий малого диаметра, и 1,2 мм - для сквозных отверстий диаметром 0,7 мм.

При контроле верхние зонды устанавливаются на проверяемое отверстие вручную с помощью рычажной подачи, а после их фикса­ции на контактной площадке производится подача нижней головки с помощью шагового двигателя, включаемого ножной педалью. От­вод этой головки производится автоматически после распечатки ре­зультата измерения. Автоматический запуск измерения и регистра­ции результата цифропечатающим устройством типа МПУ16 – 3

осуществляется с помощью электронного устройства, аналогичного применяемому в предыдущих моделях установок УКМС, однако, в схему устройства введены дополнения, позволяющие производить на одном отверстии 4 измерения с коммутацией функций зондов и получать на выходе наряду с индивидуальными значениями измере­ний среднее значение, являющееся интегральной характеристикой качества металлизации.

В установке УКМС - 3 в качестве измерителя используется цифровой вольтметр типа В7 - 21. Нижний наименьший предел из­мерения, который могут быть получен при скорости одного измере­ния 0,5 с, равен 10 мкОм. При скорости измерения 60 мс нижний предел равен 100 мкОм. Разброс значений сопротивления, получае­мый на одном отверстии из - за невоспроизводимости точек контак­тирования зондов, составляет 5 - 10% для сквозных отверстий ДПП и 10 - 15% для переходных отверстий малого диаметра. Производи­тельность контроля на данной установке равна 10-12 отверстий в минуту.

Автоматизация видеоконтроля.

Визуальный контроль, наряду с методами электрического кон­троля, является традиционным методом контроля в производстве печатных плат.

В отличие от методов электрического контроля методы визу­ального контроля позволяют выявлять не только обрывы или зако-ротки проводников, но также различные дефекты, связанные с ло­кальными изменениями ширины проводников или зазоров по ди­электрику, остаточные вкрапления проводника на диэлектрике, дырки в проводниках и т.д.

Наиболее полно указанные преимущества позволяют реализо­вать себя в производстве двухслойных печатных плат с высокой плотностью расположения элементов, поскольку в этом случае во­прос о точности воспроизведения рисунка принимает первостепен­ное значение. Поэтому в последние годы, в связи с повышением уровня технологии изготовления печатных плат, все большая часть объема работ по контролю выполняется с привлечением визуальных методов.

Однако с повышением сложности контролируемых плат про­цесс визуального контроля значительно усложняется. При контроле высокоплотных слоев оператору необходимо применять различные оптические приборы, что приводит к более быстрой утомляемости оператора, и как следствие к снижению производительности и надежности

контроля. Так, если при контроле плат с проводниками шириной 300 мкм оператор пропускает меньше 5% дефектов, то при контроле плат с шириной 100 мкм эта величина уже возрастает до 50%. Наиболее отрицательно снижение достоверности контроля проявляет себя в производстве печатных плат, где требования к дос­товерности контроля становятся наиболее жесткими.

Таким образом, складывается ситуация, что с повышением уровня технологии производства печатных плат объем работ по ви­зуальному контролю возрастает, а выполнять эти работы на необхо­димом уровне становится все труднее. Реальный путь преодоления этих противоречий - это автоматизация визуального контроля, то есть исключение из процедуры контроля оператора.

Автоматизация визуального контроля предполагает решение двух основных проблем - это формирование изображения контро­лируемого объекта, представление его в удобном для цифровой об­работки виде и обработка этого изображения с целью выявления дефектов.

Первая из этих проблем решается в автоматизированных сис­темах видеоконтроля с привлечением средств технического зрения, а вторая с использованием методов искусственного интеллекта.

Важным преимуществом методов визуального контроля, а следовательно, и систем АВК, является возможность контроля про­дукции на различных этапах технологического процесса, начиная от изготовления фотошаблонов и заканчивая ДПП. Они могут быть проконтролированы как после травления, то есть на этапе сформи­рованного проводящего рисунка, так и этапе рисунка, сформиро­ванного в слое фоторезиста.

Это позволяет выявлять и устранять дефекты на ранних стади­ях производства, когда экономические потери могут быть значи­тельно меньше, чем при обнаружении брака в готовой плате.

Использование в системах АВК вычислительных средств дает возможность проводить статистическую обработку больших масси­вов данных, несущих информацию о дефектах. Системы АВК при­обретают качественно новые свойства. Появляется возможность классификации дефектов, анализа их повторяемости и выявления на основании этих данных различных отклонений в технологическом процессе.

Испытания ДПП.

Изучение причин отказов связей в ДПП показывает, что в ос­новном эти отказы вызваны разрывами в районе соединений межслойных

переходов. По частоте возникновения разрывов на первом месте стоят районы углов на выходах отверстий, на втором - разрыв самой металлизации на стенках отверстий. Последний вид отказов обусловлен, как правило, сильной шероховатостью стенок, недоста­точной выравнивающей способностью электролита меднения, нали­чием непрокрытых или со значительно протяженным или местным утоньшением металлизации, а также низкой пластичностью меди.

Указанные причины также способствуют образованию отказов и в первом виде.

Совершенствования конструкции переходов проводится в обеспечение:

уменьшения толщины диэлектрика, сквозь который осуще­ствляется переход, для уменьшения величины расширения;

увеличения площади контактирования проводников и ме­таллизации отверстия;

увеличения толщины металлизации в отверстии;

согласования толщины соединяемых элементов конструк-- цииперехода;

стабилизации структуры стенок отверстий на стадии подготовки под металлизацию;

использование диэлектрика с высокой температурой стеклоперехода

Автоматизация испытаний печатных плат.

Испытание ДНИ на устойчивость к тепловым воздействиям проводятся с целью определения степени ухудшения качества меж-слойных переходов во время и после тепловых воздействий, анало­гичных реальным воздействиям на платы в процессе изготовления, наладки и эксплуатации изделий. Другая цель таких испытаний -выявить дефекты, которые снижают надежность и, определить кон­структивно-технологические способы повышения надежности с учетом существующего уровня качества материалов и оборудова­ния.

Объективность оценки качества металлизации межслойных переходов ДНИ в значительной степени определяет правильность оценки уровня надежности и экономические показатели производ­ства.

Такие испытания необходимо проводить систематически в процессе изготовления высоконадежных ДПП, а также как специс­пытания.

Увеличение объема и оперативности получения информации о качестве металлизированных переходов может дать автоматизация испытаний.

Наибольшая эффективность достигается автоматизацией кон­троля и регистрации состояния цепей с металлизированными пере­ходами в течение всего периода испытаний, а также автоматизацией дозирования и смены видов воздействий на ДПП, т.е. заданием про­грамм испытаний.

Для контроля целостности цепей и регистрации разрывов не­посредственно во время термовоздействий на ДПП разработано специальное устройство контроля цепей. Это устройство обеспечи­вает непрерывное наблюдение одновременно за 180 цепями ДПП, помещенными в камерах тепла и холода, и позволяет регистриро­вать кратковременные и постоянные разрывы цепей. Разрывом счи­тается увеличение сопротивления цепи более 230 Ом при постоян­ном разрыве или 120 Ом при кратковременном разрыве цепи.

Для автоматизации испытаний ДПП на термоциклирование используется установка, в которой используется терморадиацион­ный нагрев плат и охлаждение потоком воздуха, продуваемого через рабочий объем камеры, что позволяет нагревать и охлаждать ДПП в автоматическом режиме.

Платы могут испытываться в интервале температур от ком­натной до +200°С. Время нагрева платы до предельной температуры 4 минуты, время охлаждения платы до комнатной температуры 7 минут. Циклы нагрева-охлаждения повторяются в зависимости от заданной программы, определяющей режим работы установки. Пре­дусмотрено три режима работы:

нагрев платы до установленной температуры и выдержка заданное время;

нагрев платы до установленной температуры, выдержка за­данное время и охлаждение до комнатной температуры;

автоматическое отключение нагрева платы и включение ох­лаждения в момент появления в испытуемой цепи разрыва и включение нагрева в момент восстановления цепи при охлаждении

Последний режим, названный условно «самоциклы» автома­тически управляется характером поведения места отказа в цепи при термовоздействиях. Такое «самоциклирование» продолжается до тех пор, пока кратковременный разрыв связи, т.е. такой, когда связь восстанавливается (при определенной более низкой температуре), не перейдет в постоянный разрыв, т.е. когда связь не восстанавлива­ется при охлаждении до комнатной температуры.

Изучение характера изменения сопротивления цепи с металлизированными переходами в режиме самоциклирования на боль­шом числе плат позволило выявить особенности механизма пере­межающихся отказов сквозных и внутренних переходных отвер­стий, а также сделать вывод о возможности локализации кратковре­менных отказов с помощью устройства, работающего в режиме на­грева платы до температуры, несколько превышающей температуру разрыва цепи. Последняя определяется во время работы устройства в режиме самоциклов.

Разработана также установка испытания плат на термоцикли-рование, работающая на принципе конвекционного нагрева плат в воздушном пространстве между двумя горячими плитами, нагре­ваемыми распределенной системой электронагревателей. Охлажде­ние ДПП осуществляется выдвижением их из зоны нагрева и обду­вом воздухом из окружающей среды. В блоке управления имеется счетчик термоциклов, регистратор текущей и заданной температуры в камере. Блок регистрации разрывов в цепях испытуемых ДПП контролирует появление отказов и фиксирует отдельно кратковре­менные и отдельно постоянные разрывы, с указанием адреса цепи.

Устойчивость металлизированных переходов в ДПП к воздей­ствию термоударов эффективно исследовать на автоматизированной установке испытаний тепловыми ударами. Тепловые воздействия осуществляются с использованием иммерсионной теплопередачи в двух ваннах с кремнеорганической жидкостью. Цикл испытаний за­ключается в автоматическом перемещении платы из ванны с холод­ной жидкостью и погружения ее в ванну с горячей жидкостью -термоудар нагрева, далее перемещение платы из горячей ванны и погружение ее в ванну с холодной жидкостью - термоудар охлажде­ния. Практически осуществляется пара термоударов.

Температурный диапазон горячей ванны задается программно в диапазоне от +20°С до +280°С, а холодной ванны 25±2°С. Время выдержки в горячей ванне можно задавать от 5 сек до 35 сек с ин­тервалом 5 сек, а в холодной ванне от 1 мин до 8 мин с интервалом 1 мин.

Время автоматического переноса из горячей ванны в холод­ную не более 16 сек.

Надежность ДПП.

В обеспечение высокой надежности печатных плат требуется особая программа обеспечения качества печатных связей как на этапе разработки конструкции и технологии, так и на этапе изготовления

опытного образца и серийного производства. Необходимо по­стоянно проверять правильность принятого решения в части: плот­ности и геометрии проводников; плотности и геометрии переходов; размера ДПП; количества слоев; рисунка экранов; уровня техноло­гических проблем при выбранной плотности; требований к необхо­димым материалам и состояния их разработки и изготовления, воз­можности обеспечения; контроля качества ДПП в процессе изготов­ления или при сборке и эксплуатации; возможности создания такой же системы межсоединений (с эквивалентными электрическими и топологическими свойствами) при другой, более простой, конст­рукции и технологии изготовления; сведение до минимума расхода материалов и количества операций при изготовлении; технической реализуемости закладываемых допусков; выполняемости и степени обоснованности отступлений от требований стандартов; компетент­ности требований нормативных документов; какими средствами или методами обеспечивать установленные показатели технологичности и надежности; степени сложности в освоении технологии изготов­ления новых конструктивных решений; использования новой техно­логии; технологической базы предыдущих устройств; этапности пе­рехода на новую технологию; сравнение (процент выхода годных, процент отказов и т.д.) разных способов аппаратной реализации операций и определения степени критичности операций.

В конструкции связей используется много разнородных мате­риалов (медь, стекло, смола), а в технологии изготовления много процессов.

Многостороннее взаимодействие между материалами, процес­сами и внешними воздействиями влияет на надежность связей.

Обеспечение высокой надежности связей должно базировать­ся на определении физических и химических причин ненадежности. Требуется проводить анализ механизмов образования дефектов и отказов, их взаимовлияние и зависимость от конструкции, техноло­гии, условий испытаний и эксплуатации.

По результатам анализа необходимо формировать конкретные конструктивно-технологические методы устранения или существен­ного уменьшения ненадежности. Сопоставление статистических данных о дефектах и отказах на разных этапах совершенствования конструкции, технологии и эксплуатации связей должно служить средством количественной оценки эффективности выбранных мето­дов и средств нововведений.

Оценивать интенсивность отказов двухслойной печатной пла­ты с металлизированными переходами (

) можно с помощью модели, представленной в виде:

λ ДПП =N СП λ СП +N ИЗ λ ИЗ, где

N СП - количество сквозных металлизированных отверстий;

λ СП - интенсивность отказа перехода через металлизированное сквозное отверстие;

N ИЗ - количество изоляционных зазоров между проводниками;

λ ИЗ - интенсивность отказа изоляции между двумя проводни­ками.

Основной вклад в надежность ДПП вносят металлизирован­ные переходы и изоляционные зазоры. В радиоэлектронных устрой­ствах сложность печатных плат увеличивается. Соответственно рас­тет число структурных элементов, определяющих надежность. Для сохранения надежности ДГШ на требуемом уровне необходимо зна­чительно увеличивать надежность каждого структурного элемента.

Высокая надежность двухслойных печатных плат может быть обеспечена путем: оптимизации конструкции; оптимизации процес­сов изготовления; жесткого контроля материалов и процессов; ис­пытания тест-свидетелей (тест-плат, тест-купонов); достоверной корреляцией надежности плат и результатов испытаний тест-свидетелей.

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА

Лабораторный макет состоит из набора кассет с образцами и лупы. В кассетах содержится набор образцов после различных опе­раций трех техпроцессов изготовления двухслойных печатных плат. Образцы имеют коды, соответствующие кодам операций.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАДАНИЕ

Домашняя работа:

Ознакомится с описанием лабораторной работы;

Подготовить 3 экземпляра формы Таблицы 1 и 1 экземпляр формы Таблицы 2 для записи результатов (смотри Прило­жение);

Выполнить пункты 1-3 требований к Отчету;

Изучить теоретические сведения;

Подготовиться к ответам на контрольные вопросы.

Работа в лаборатории:

Изучить последовательность операций изготовления двух­слойных печатных плат;

Ознакомиться с перечнем основных материалов и оборудо­вания в производстве двухслойных печатных плат.

Составить последовательность образцов в соответствии с маршрутной картой процесса изготовления ДПП без метал­лизированных переходов субтрактивным негативным мето­дом.

Составить последовательность образцов в соответствии с маршрутной картой процесса изготовления ДПП с металли­зированными переходами методом «тентинг».

Составить последовательность образцов в соответствии с маршрутной картой процесса изготовления ДПП субтрак­тивным позитивным методом.

Визуально оценить качество проводников и зазоров ДПП.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Ознакомьтесь с описанием техпроцесса и маршрутной кар­той изготовления ДНИ - процесс 1, процесс 2 и процесс 3.

Определите наименование операций, выполненных для ДПП.

Укажите характерные признаки каждой операции.

Укажите обнаруженные и возможные дефекты, основные виды и причины брака каждой операции. Результаты вы­полнения работы занести в форму Таблицы 1 , в которой наименования операций и их номера запишите в соответст­вии и в последовательности их расположения в маршрутной карте.

В соответствии с вариантом задания нужно визуально оце­нить качество проводников и зазоров ДПП. Результаты на­блюдений занести в форму Таблицы 2.

Методические указания.

При формировании рисунка слоев ДПП фоторезист может иметь цвет от светло-голубого до темно-синего и темно-зеленого оттенка. Резист-защита (паяльная маска) на ДПП может иметь цвет от светло-зеленого до изумрудного в зависимости от марки резиста и фирмы изготовителя. Цвет на функциональные характеристики не влияет, поэтому не может быть браковочным признаком.

Поверхность медных слоев со временем под воздействием примесей воздуха может окисляться и поэтому может отличаться от светло-розового цвета, наблюдающегося в реальном производстве ДПП

ТРЕБОВАНИЯ К ОТЧЕТУ

Отчет должен содержать:

Титульный лист.

Цель работы.

Краткие сведения по применяемым основным материалам.

Краткие сведения по технологии изготовления ДПП.

Результаты выполнения заданий, сведенные в таблицы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Какие методы изготовления ДПП Вы знаете?

Какова последовательность формирования проводников на слоях ДПП при изготовлении субтрактивным негативным методом?

Какова последовательность формирования проводников на слоях ДПП при изготовлении субтрактивным методом «тентинг»?

Какова последовательность формирования проводников на слоях ДПП при изготовлении субтрактивным позитивным методом?

Как производится совмещение рисунка проводников и межслойных переходов в ДПП?

Что Вы знаете о сверлении отверстий в печатных платах?

Как производится химическая и гальваническая металлиза­ция стенок отверстий в ДПП?

Как производится нанесение защитной паяльной маски на поверхность ДПП: жидкой, пленочной?

Какие методы нанесения паяемого покрытия на контактные

площадки ДПП Вы знаете?

Как наносится маркировка на поверхность ДПП?

Назовите автоматизированные методы контроля качества металлизированных переходов.

Назовите виды испытаний ДПП, в том числе, автоматизи­рованные.

Что Вы знаете об автоматизации визуального контроля пе­чатных плат?

Какие материалы применяются для изготовления ДПП суб­трактивным методом?

Какие способы очистки и подготовки стенок отверстий под металлизацию Вы знаете?

Назовите и поясните основные характеристики ДПП.

Назовите основные факторы ограничения увеличения габа­ритов ДПП: а)связанные со свойствами материалов, б)связанные с производственными возможностями.

Охарактеризуйте формулу расчета надежности ДПП.

С какой технологической операции снят данный образец?

Назовите характерные признаки данной операции?

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДПП

ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ ЗАГОТОВОК ДЛЯ СПФ

Контроль поверхности производится визуально. Не должно быть заломов, заусенцев, рисок, смолы, деформированных базовых отверстий. Торцы фольги должны быть ровными и гладкими.

Подготовка поверхности под СПФ производится на пемзост-руйной установке «Комби-Скраб». Заготовки из тонких фольгиро-ванных диэлектриков обрабатываются на «спутниках». Обезжири­вание и снятие окисной пленки. Промывка. Обработка струями пем­зовой суспензии. Промывка деионизованной водой. Сушка. Выход­ной контроль качества поверхности: поверхность должна быть ро­зовой, без затеков, окисленных участков, равномерно матовой. Хра­нение заготовок, поступающих на участок, допускается не более 10 дней, обработанных не более 1 час.

15.10.2015

Паяльная маска (Solder Resist или Solder Mask) - обязательное теплостойкое защитное покрытие токопроводящего рисунка печатных плат. Предназначение: защита отдельных участков ПП от неблагоприятного воздействия флюса и припоя, а также влияния влажной окружающей среды и механического воздействия.

Типовое разнообразие

Особенности нанесения

Паяльная маска наносится либо на одну (однослойные), либо на обе стороны печатной платы. Необходима обязательная изоляция, контактных областей (под вывод микросхемы и пр.) от токопроводящих элементов - проводников или отверстий переходного типа. Как результат - снижение трудоемкости/времени пайки.

При необходимости изоляции смежных контактных областей применяется метод вырезов (создание области непокрытой слоем паяльной маски). При этом размер вырезов должен быть больше на 100-150 мкм от общего размера контактной области. Расстояние от одного края паяльной маски до другого края контактной области должно находиться в пределах 50-75 мкм. Минимальная ширина перемычки - площадки между 2-мя соседними контактными областями - 75 мкм.

Цвет - красный, белый, зеленый, синий, черный, желтый или супер-белый - выбирается заказчиком. В светодиодной промышленности используется супер-белый/белый цвет паяльной маски, в других сферах наиболее популярен зеленый цвет. При этом следует учитывать, что окончательное цветовое насыщение ПП создается не базовым материалом, а масочным покрытием.

Процесс создания защитного слоя

Маску наносят через трафарет в виде сетки (размер одной ячейки - 150 мкм). Толщина сырого слоя: 30-35 мкм. Затем, изделие подвергают сушке. Температура в сушильной камере: не более 75 ˚ . Подсушенные заготовки поступают на этап фотолитографии - совмещения фотошаблонов масок с изделиями - и УФ-экспонирования высокой мощности. Завершающий этап - проявление заготовок в растворе (температура вещества 32-34 ˚).

Ограничения

• При создании тонкой перемычки (менее 75 мкм) она может повредиться в процессе монтажа и нарушить требуемую адгезию к поверхности ПП. Как результат - потеря свойств паяемости поврежденных контактных областей.
• Отсутствие возможности нанесения маски на концевые контакты разъемов/тестовые точки.
• При создании защитного слоя на печатных платах с выводным шагом более 1,25 мм, допускается попадание паяльной маски на контактные области только с одной стороны и не больше чем на 50 мкм. А при шаге менее 1,25 мм - не больше чем на 25 мкм.
• Все переходные отверстия, которые подлежат последующему покрытию защитной паяльной маски, должны быть закрыты (тентированы).
• Возможные дефекты: наличие областей с отсутствием защитной маски - менее 0,2 мм 2 на 1 проводнике и меньше 2 мм 2 на областях полигонов; наличие незначительных отслоений (до 0,25 мм); возникновение длинных туннельных пустот.

Плюсы использования защитной паяльной маски

• Высокая химическая стойкость . Маска защищает от проявления агрессивных сред, окисления проводников из меди.
• Значительные показатели физической стабильности . Имеется защита от царапин, механического воздействия.