Аддитивные методы изготовления печатных плат

Фотоаддитивный процесс.

Схема процесса фотоаддитивной технологии:

• вырубка заготовки;
• сверление отверстий под металлизацию;
• нанесение фотоактивируемого катализатора на все поверхности заготовки и в отверстия;
• активация катализатора высокоэнергетической экспозицией через фотошаблон-негатив;
• толстослойное химическое меднение активированных участков печатной платы (печатных проводников и отверстий);
• отмывка платы от остатков технологических растворов и неактивированного катализатора;
• глубокая сушка печатной платы;
• нанесение паяльной маски;
• нанесение маркировки;
• обрезка платы по контуру;
• электрическое тестирование;
• приемка платы – сертификация.

Преимущества фотоаддитивного процесса изготовления печатных плат.

Основными преимуществами фотоаддитивного метода являются:

• использование нефольгированных материалов;
• возможность воспроизведения тонкого рисунка.

Недостатки фотоаддитивного процесса изготовления печатных плат.

Среди недостатков:

• длительный контакт открытого диэлектрика с технологическими растворами металлизации, ухудшающими характеристики электрической изоляции без дополнительных мер по отмывке;
• длительность процесса толстослойного химического меднения.

Аддитивный процесс

Схема процесса аддитивной технологии с использованием фоторезиста:

• вырубка заготовки;
• сверление отверстий под металлизацию;
• нанесение катализатора на всю поверхность заготовки и отверстий;
• нанесение и экспозиция фоторезиста через фотошаблон-позитив;
• проявление фоторезиста с обнажением участков поверхности платы с нанесенным катализатором;
• толстослойная химическая металлизация отверстий и проводников;
• нанесение маркировки;
• обрезка платы по контуру;
• электрическое тестирование;
• приемка платы – сертификация.

Преимущества аддитивного процесса:

• использование нефольгированных материалов;
• изоляционные участки платы защищены фоторезистом — изоляция не загрязняется технологическими растворами;
• фоторезист может оставаться на плате в качестве защитного покрытия.

Недостатки аддитивного процесса изготовления печатных плат:

• длительный процесс толстослойной химической металлизации;
• необходимость использования фоторезиста, стойкого к длительному воздействию растворов химического меднения с щелочной реакцией.

Нанесение токопроводящих красок или металлонаполненных паст

Главные проблемы этого метода:

• создание в проводниках нужной проводимости, желательно соизмеримой с основным металлом;
• возможность воспроизведения рисунка с хорошим разрешением;
• обеспечение паяемости.

Проблемы проводимости могут быть решены, при условии максимального удаления связующего, разделяющего металлические частицы, из объема краски или пасты. Наилучшим образом, это достигается при высоких температурах обработки. Но для этого требуются нагревостойкие диэлектрические основания, типа стекла (ситалл), керамики (стеатит). Нанесение проводников на органические основания менее успешны из-за их ограниченной нагревостойкости и связанными с этим трудностями в удалении связующего для сближения металлических частиц. Поэтому на органических подложках удается достичь 20% проводимости от чистого металла.

Вообще, чем выше температура обжига, тем лучше условия для обеспечения большей проводимости, силы сцепления с подложкой, паяемости. Наиболее удовлетворительные результаты получены с составами на основе серебра и связующего из мелкодисперсного низкоплавкого стекла (фритта). При обжиге, с подъемом температуры до 500…800 градусов Цельсия улетучивается растворитель, выгорает органическое связующее и, наконец, плавится фритта. При охлаждении частички серебра прочно сцепляются в объеме стекла (фритты), которое, в свою очередь, прочно сцепляется с керамической подложкой. Проводимость таких проводников может достигать 95% проводимости чистого серебра.

Токопроводящую краску обычно наносят методом трафаретной печати, обеспечивая минимальную ширину проводника 0,8 мм при норме 1,5 мм. При этом формирование проводящего слоя в отверстиях связано с большими трудностями.

Появилась возможность изготовления полноценных плат, в которых токопроводящие краски заполняют рельеф проводников и отверстий. Такой процесс можно считать полностью аддитивным. Разработчики данного процесса утверждают, что эта технология способна воспроизводить проводники и зазоры шириной по 0,15 мм, отверстия диаметром 0,15 мм, в основании толщиной 0,4 мм. Типичное время изготовления двусторонней платы — 3…4 часа, 4-слойной – 8… 10 часов.

Горячая запрессовка металлического порошка (тиснение)

Тонкодисперсная металлическая пудра (порошок) наносится на поверхность подложки опудриванием, пульверизацией, катафорезом, накатыванием или любым другим способом. Затем нагретым штампом с рельефом, соответствующим топологии схемы, порошок впрессовывается в основание подложки. На пробельных местах порошок не закрепляется и удаляется для использования. Штамп может одновременно вырубать отверстия и контур плат. Этот метод незаменим для массового тиража плат из дешевых материалов подложек: картона, листовых термопластичных и термореактивных пластмасс и др.

Штампование

При этом способе, медную фольгу покрывают соответствующим клеящим веществом и подают в автоматический штамповальный пресс. Фольга вырубается и впрессовывается в изоляционный материал острыми кромками штампа по периметру проводников. Нагретый штамп не только впрессовывает края фольги в изоляционный материал, но и расплавляет склеивающее вещество, благодаря чему обеспечивается прочное сцепление проводников с основанием. Температура нагрева штампа зависит от используемого клеящего вещества и составляет приблизительно 110 градусов Цельсия для термопластичных и 150 градусов Цельсия для термореактивных смол. Время выстоя штампа при склеивании термопластичной смолой составляет примерно 2 сек. Для термореактивной смолы оно значительно больше (для окончательного отверждения). Поэтому для ускорения процесса, чтобы время выстоя штампа было минимальным, обеспечивают лишь закрепление фольги на подложке. После сверления отверстий, вырубки пазов, для разобщения цепей схема вновь нагревается под давлением до окончательного отверждения клеящего вещества.

Метод переноса

К аддитивным процессам можно полноправно отнести и метод переноса. Один из перспективных вариантов реализации такого процесса с использованием электрохимического осаждения металлов – ПАФОС. В данном методе переноса проводящий рисунок создается на временных «носителях» — листах из нержавеющей стали, поверхность которых предварительное покрывается гальванически осажденной медью толщиной 2…5мкм.

По тонкому медному покрытию формируется защитный рельеф фоторезиста. Проводники получают гальваническим осаждением тонкого слоя никеля (2…3мкм) и меди (30…50мкм) в рельеф фоторезиста. Затем фоторезист удаляют и проводящий рисунок на всю толщину впрессовывают в диэлектрик. Впрессованный рисунок проводников вместе с медной шиной механически отделяется от поверхности временных носителей. Таким образом, его переносят с металлического листа на диэлектрическую подложку. Отсюда название процесса – «метод переноса».

В слоях без межслойных переходов медная шина стравливается. При изготовлении двухсторонних слоев с межслойными переходами тонкая медная шина служит проводящим подслоем для электрохимического процесса металлизации отверстий.

Проводящий рисунок, утопленный в диэлектрик и сверху защищенный слоем никеля, не подвергается травлению при стравливании меди. Поэтому форма, размеры и точность проводящего рисунка определяется рисунком рельефа в фоторезисте, то есть процессами фотолитографии.