Методы изготовления печатных плат

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступление

Монтажник радиоэлектронной аппаратуры и приборов - категория основных рабочих, профессиональными заданиями которых являются :

монтаж блоков радиоэлектронной аппаратуры;

монтаж плат по схемам и чертежам;

разделение на паи печатных плат.

Рабочих данной профессии готовят, в основном, заведения начального профессионального образования.

Монтажник РеАіП в своей работе руководствуется:

- Знанием устройств, назначением, принципом действия и способами налаживания монтирует радиоэлектронную аппаратуру;

- Методами и способами монтажа сложных блоков, узлов, модулей на платах за монтажными и принципиальными cxeмам и предлагаемые к монтажу требований;

- Монтажную и электрическую схему блоков, узлов;

- Особенности монтажа схем приборов;

- Варианты установки и кодировки електрорадіоізделій;

- Особенности монтажа плат и доработок на них;

- Особенности монтажа и разделения на паи разъемов;

- Виды возможных неисправностей монтажа и способы их устранения;

- Назначения, условия применения клеевых, герметизирующих и защитных химических составов и очистительных жидкостей;

- Основы электро и радиотехника;

- Технологический процесс производимой работы;

- Правила технической эксплуатации и ухода за оборудованием, устройствами и инструментом, с помощью которых он работает или которые обслуживает, причины возникновения неполадок текущего характера при выполнении работ и методы их устранения;

- Виды нехватки, причины, его порождают, и способы его предупреждения и устранения;

- Свою профессиональную инструкцию;

- Правила внутреннего трудового распорядка, принятые на производстве;

- Правила и нормы охраны труда, охраны окружающей среды и пожарной безопасности;

На сегодняшний день монтаж РЕАіП приобрел широкое приложение.

Методы изготовления ПП (печатных плат)

Методы изготовления ПП (печатных плат) разделяют на две группы: субтрактивные и аддитивные.

В субтрактивных методах в качестве основания для печати монтажа используют фольгированные диэлектрики, на которых формируют проводящий рисунок путем удаления фольги с непроводящих участков. Дополнительная химико-гальваническая металлизация монтажных отверстий привела к созданию комбинированных методов изготовления ПП.

Аддитивные методы основаны на избирательном осаждении токопроводящего покрытия на диэлектрическое основание, на которое предварительно может наносится слой клеевой композиции.

По способу создания токопроводящего покрытия аддитивные методы разделяются на:

1. химические

2. химико-гальванические.

При химическом процессе на каталитически активных участках поверхности происходит химическое восстановление ионов металла для обеспечения толщины покрытия в отверстиях не менее 25 мкм. В разработанных растворах скорость осаждения мед составляет 2 .. 4 мкм/ч и для получения необходимой толщины процесс продолжается длительное время.

Химико-гальванический метод является более производительным, при его использовании химическим способом выращивают тонкий (1 .. 5 мкм) слой по всей поверхности платы, а затем его усиливают избирательно электролитическим осаждением. Предварительная химическая металлизация обеспечивает электрическое соединение всех элементов печати монтажа.

Методы создания рисунка печати монтажа

Метод офсетной печати состоит в изготовлении печатной формы, на поверхности которой формируется рисунок слоя. Форма закатывается валиком тра фаретной краской, а затем офсетный цилиндр переносит краску с формы на подготовленную поверхность основания ПП .

Метод применим в условиях массового и крупносерийного производства с минимальной шириной проводников и зазоров между ими 0,3 .. 0,5 мм (платы 1 и 2 классов плотности монтажа) и с точностью воспроизведения изображения ±0,2 мм

Сеткографический метод Сеткографический метод основан на нанесении специальной краски на плату путем продавливания ее резиновой лопаткой (ракелем) через сетчатый трафарет, на котором необходимый рисунок образован ячейками сетки, открытыми для продавливания. Метод обеспечивает высокую производительность и экономичен в условиях массового производства.

Сеткографический метод получения рисунка ПП основан на применении специальных кислотостойких быстросохнущих красок, которые после продавливания через трафарет закрепляются на поверхности заготовки в результате испарения растворителя. Основными видами специальных трафаретных красок являются следующие: защитные щелочесмываемые; защитные гальваностойкие, смываемые органическим растворителем (хлористым метиленом). Для получения маркированных знаков используются трафаретные пентафталевые краски. Качество наносимого защитного слоя определяется вязкостью используемых трафаретных красок. Ее оптимальная величина устанавливается исходя из температуры, номера сетки, характера изображения, наличия орошения формы и др. При оптимальном значении вязкости краска не должна самопроизвольно растекаться ни по печатной форме, ни по заготовке, должна легко и равномерно растекаться под воздействием ракеля и продавливаться сквозь отверстия печатающих элементов формы. Ракель обычно изготавливают из листовой маслобензостойкой резины толщиной около 8 мм и высотой не менее 25 мм. Тщательно отполированная поверхность ракеля обеспечивает высокое качество. Заготовка в станках трафаретной печати устанавливается с технологическим зазором 2-3 мм. Увеличение зазора приводит к повышению четкости рисунка, но одновременно повышается износ сетки. Постепенный отрыв сетки от заготовки в процессе нанесения рисунка уменьшает и его искажение, и износ сетки. Нанесение защитной краски через сетчатый трафарет осуществляется автоматическим оборудованием, которое включает загрузочное устройство, машину для рихтовки плат, сеткографический станок, сушильную печь, накопитель готовых изделий. Загрузка ПП в станок происходит посредством ленточного конвейера. Подведенная заготовка фиксируется в рабочей зоне на штифтах с точностью ±25 мкм и закрепляется при помощи вакуумной системы. Краскодозирующим устройством краска подается в зону обработки, а ракель продавливает ее через ячейки трафарета. В системе управления ракелем регулируется угол наклона, скорость движения, давление и диапазон хода. Время, затрачиваемое на один цикл печатания, составляет 5-7 с. Смена трафарета и настройка станка на новый тип плат производится по контрольному шаблону. В станках для одновременного нанесения рисунка на две стороны заготовки ПП устанавливается вертикально. Закрепление краски на заготовке осуществляется сушкой. Краски с органическими растворителями сушат в туннельных конвейерных печах горячим воздухом при температуре 150-180 °С или под действием ИК-излучения. Краски мгновенной сушки, содержащие мономерно - полимерные композиции и фотоинициатор, закрепляются под воздействием ультрафиолетовых лучей. Однако они имеют небольшой срок хранения и высокую стоимость. Срок хранения отпечатанных плат в условиях производства составляет 3-5 суток. При больших сроках хранения становится затруднительным удаление краски. Снимают трафаретную краску 3-5%-ным раствором горячей (40-60°С) щелочи в течение 10-20 с. Аналогично промываются сетчатые трафареты после работы.

Метод фотопечати характеризуется самой высокой точностью (±0,05 мм) и плотностью монтажа, соответствующими 3-5 классу (ширина проводников и зазоров между ими 0,1-0,25 мм),. Вон состоит в контактном копировании рисунка печати монтажа с фотошаблона на основание, покрытое светочувствительным слоем (фоторезистом).

Однослойные ПП и ГПК изготавливают преимущественно субтрактивным сеточно-химическим или аддитивным методом, а ДПП и ГПП-химико-гальваническим аддитивным (рис.3.6) или комбинированными фотохимическими (негативным или позитивным) методами. Производство МПП основано на типовых операциях получения ОПП и ДПП, создание межслойных соединений и др. Наиболее распространен метод металлизации сквозных отверстий.

Один из используемых в домашних условиях способов изготовления печатных плат - метод фоторезиста. Плюсы метода:

Самое главное - технологичность. Результат зависит только от концентрации растворов, времени экспонирования и качества материалов. Он не зависит от ловкости рук как ЛУТ.. Замена исполнителя тоже не повлияет на качество результата.

Второе - теоретически большая разрешающая способность

Третье - сплошная маска. При электрохимическом травлении маска ЛУТа дает множество мелких протравов из-за пористости. Это важно, если например вы попытаетесь вытравить надпись на стальной пластине.

Без недостатков тут тоже не обойтись. Требуются дополнительные реактивы, инструмент и сама технология содержит множество дополнительных операций.

Инструмент и материалы

Ламинатор

Кальцинированная сода - продается в хозяйственных магазинах

Гидроксид натрия или калия. Можно использовать средство для прочистки труб "крот" - практически чистая щелочь

Дистилированная вода для приготовления проявочного и травильного растворов. Соли, содержащиеся в водопроводной воде могут портить результат.

Пленка для печати на принтере (тип пленки зависит от того, лазерный у вас принтер, или струйный)

Лампа черного света, продается иногда в электротоварах.

Фоторезист сухой пленочный ПФ-ВЩ

Изготовление печатной платы

Шаг 1 - подготовка поверхности и нанесение фоторезиста

Стеклотекстолит раскроить, заусенцы обточить. Затем обезжиривается поверхность. На хорошо обезжиренной поверхности вода будет образовывать тонкую пленку, а не скатываться шариками. Если плохо обезжирить поверхность, то фоторезист облетит после проявки. Отрезать от рулона фоторезиста подходящий кусок.

Фоторезист в рулоне состоит из трех слоев. Тонкая глянцевая лавсановая пленка, сам фоторезист, и слегка матовая полиэтиленовая пленка. Полиэтилен тянется, лавсан - нет. Нужно удалить полиэтиленовую защитную пленку и наложить фоторезист на текстолит:

Затем зажав пленку с текстолитом между слоями бумаги, как в конверте, обрабатывается ламинатором.

Шаг 2. Экспонирование и проявка

На пленке необходимо распечатать фотошаблон. Фоторезист негативный, поэтому при проявке исчезнут незасвеченные области. Решающую роль играет контрастность фотошаблона.

Далее экспонирование. Фотошаблон прижимается оргстеклом и освещается ультрафиолетовой лампой. Необходимо, чтобы расстояние всегда было стабильным, тогда и результат будет стабильным. Для плат большого размера необходима равномерная засветка, в таком случае придется изменять расстояние или делать специальное приспособление. После этого необходимо подержать плату в тёмном месте в течении 5-10 минут. Если этого не делать то, то на этапе проявления в кальцинированной соде не которые участки с тонкими дорожками могут "отскочить".

Проявляем в 5% растворе кальцинированной соды. Проявочный раствор желательно готовить на дистиллированной воде.

В растворе незасвеченный фоторезист набухает и растворяется. Процессу можно помогать покачиванием кюветы или легким протиранием кисточкой. С кисточкой нужно быть осторожным, чтобы не содрать тонкие проводники. Время проявки ограничено, если дать плате в растворе лежать долго, то начнут отслаиваться засвеченные участки. Верный признак правильно подобранной выдержки экспозиции - это глянцевая поверхность засвеченных участков при нормальном растворении незасвеченных. Если засвеченные участки при проявке становятся матовыми, становятся как кожура апельсина - значит нужно увеличить время засветки.

Шаг 3. Травление и удаление маски

Травим в растворе хлорного железа. Раствор тоже желательно готовить на дистиллированной воде, чтобы во время травления не шел процесс проявки примесями водопроводной воды. Разогретый в микроволновке до 60-90 градусов травильный раствор стравливает медь в течении нескольких минут при покачивании кюветы. Фоторезист, в отличии от ЛУТа, позволяет использовать разогретые растворы без страха отслаивания дорожек. (Особенно у современных принтеров для энергосбережения используется тонер с меньшей температурой закрепления)

Для удаления маски ополоснем плату в концентрированном растворе щелочи. Вымачивать не нужно, только ополоснуть.И замачиваем в горячей воде на несколько минут. Маска набухнет и облетит сама.

Технология с фоторезистом является более совершенной, чем ЛУТ, но не является ее полной заменой. Овладеть ЛУТ необходимо, в силу того что часто проблематично приобрести пленку, фоторезист и другие материалы. Переход с ЛУТ на фоторезист оправдан, если вы изготавливаете печатные платы часто. Если вы ограничиваетесь 1 платой раз в пару месяцев то покупка дополнительного оборудования, реактивов для вас будет неоправдана.

Лазерно-утюжная технология (ЛУТ)

Лазерно-утюжная технология (ЛУТ) - прижившееся среди радиолюбителей название технологии производства печатных плат в домашних условиях, использующей лазерный принтер для создания рисунка печатных проводников, и утюг для его переноса на плату. Метод основан на том обстоятельстве, что слой расплавленного тонера устойчив к действию травящего раствора (обычно Хлорное железо). В этом смысле вон заменяет фоторезист, используемый в промышленности для предохранения слоя мед, находящегося непосредственно под рисунком проводящих дорожек, нанесенных с помощью фоторезиста, вот действия травящего реактива.

Способ переноса рисунка печатных проводников относится к плоской печати. Может применяться как субтрактивный, так и аддитивный метод формирования рисунка, однако из-за сложности процесса химического меднения, в основном используется субтрактивный метод, то есть защитное покрытие (тонер от лазерного принтера), в виде позитивного изображения печатных проводников, наносится на фольгированный текстолит, для последующего травления открытых мест фольгированной поверхности. Существуют несколько вариантов переноса тонера, но основной -- с использованием листа (бумаги, кальки, металлизированной бумаги и т. д.), когда изображение печатается на промежуточном (офсетном) листе для последующего перевода его на плату. Распечатанное зеркальное изображение печатных проводников на листе представляет собой тонкий слой сплавленного в лазерном принтере тонера в тех местах, где необходимо защитить фольгированный текстолит от травления; и отсутствие тонера в местах предназначенных для травления. Изображение переводится с листа на плату при помощи утюга , потом плату опускают в воду (желательно холодная). Прилипший к плате лист удаляют, а плату с оставшимся на ней рисунком подвергают травлению.

Выбор материала листа является основополагающим в данной технологии. К материалу предъявляются множество, порою взаимоисключающих, требований, а именно:

достаточная степень адгезии для нанесения рисунка из тонера в лазерном принтере и его удержания на листе;

маленькая пористость, для возможности переноса рисунка на плату после печати на принтере;

термостойкость, позволяющая пройти через термовал печки лазерного принтера и глажку утюгом;

электростатические характеристики и плотность, необходимые для прилипания тонера в принтере;

Температура утюга, близкая к температуре термовала (180°…220°С) лазерного принтера, достаточна для прилипания тонера к медному покрытию платы, однако необходимо учитывать значительно большую теплоёмкость и теплопроводность фольгированной платы по сравнению с бумагой для лазерного принтера.

Удаление бумажного листа, как правило, выполняют после вымачивания платы с налипшим на ней бумажным листом в воде, поскольку защитный рисунок из тонера в воде нерастворим. Плату с налипшим листом помещают в теплую воду. После того, как бумага размокла, её скатывают пальцами. В случае успеха, сплавленный с фольгированной платой рисунок проводящих дорожек должен на ней оставаться. Для некоторого ускорения процесса можно использовать малые количества поверхностно-активных веществ, которые обеспечат лучшую смачиваемость бумаги. Количество должно быть таким, которое не приводит к значительному проскальзыванию пальцев. Для этой цели можно использовать популярные средства для мытья посуды, мыло или стиральный порошок. В случае использования таких средств перед травлением плату следует тщательно промыть в проточной воде. При использовании мелованной бумаги имеет смысл до замачивания слегка обработать бумажный лист мелкой наждачной шкуркой. Это значительно ускоряет процесс размокания бумаги за счет удаления плотного водостойкого слоя на поверхности.

Тем не менее, неоднородность защитного покрытия из тонера может привести к травлению меди под этим покрытием. Во избежание этого тонер на плате пропитывают различными веществами, а время травления ограничивают. Дефекты рисунка можно исправлять традиционными средствами, используемыми при нанесении рисунка вручную, например, на основе лака для ногтей или нитролака с добавленным в него красителем. Добавление красителя не является обязательным, но значительно облегчает визуальный контроль.

В качестве листа можно использовать некоторые виды глянцевой журнальной бумаги, подложку от самоклеящейся бумаги, фотобумагу для фотопринтеров и бумагу для факсов, алюминиевую фольгу. Хорошо подходят также мелованная бумага. При использовании бумаги из глянцевых журналов краску удалять не нужно, она не мешает процессу печати и переноса рисунка проводящих дорожек.

Кроме этого, можно использовать специализированную пленку Press-n-Peel, изготавливаемую специально для переноса схем печатных плат.

Алгоритм изготовления ПП в условиях индивидуального производства лазерный-утюжным методом

В первую очередь подготавливается заготовка из фольгированного тексталита. Под подготовкой подразумевается подгонка под размер ПП, зачистка поверхности фольги вот окислов и т.д.

Вторым шагом будет изготовление эскиза дорожек ПП. Для этого понадобятся лазерный принтер и глянцевая фотобумага. Производится зеркально отраженная печать на фотобумагу дорожек ПП с максимально возможной контрастностью тонера (регулируется в настройках принтера). Рисунок переводится на плату с помощью утюга, после чего прилипшая фотобумага аккуратно удаляется. Плата готова к травлению.

Далее, плата помещается в раствор хлорного железа. Нужно опускать плату в раствор под углом, во избежание прилипания пузырьков воздуха к протравливаемой поверхности. Процесс протравливания занимает вот 10 минут к часа, в зависимости вот концентрации раствора. После протравливания, плата омывается водой, чтоб удалить остатки тонера.

Следующим шагом будет засверливание отверстий в плате. Нужно следить при темах, чтоб сверло входило строго перпендикулярно, иначе потом могут возникнуть проблемы с монтажом радиоэлементов.

Возможные причины брака при изготовлении ПП

Самой первой причиной может быть неподготовленность заготовки тексталита к нанесению дорожек. Необработанная поверхность фольги содержит окислы, препятствующие контакту меди с тонером(краской). Так же важной причиной брака является неаккуратное нанесение краски на заготовку, что в последствии приводит к стравливанию дорожек. Помимо этого необходимо внимательно следить за процессом травления платы, так как длительное нахождение в растворе хлорного железа может полностью или частично вытравить дорожки платы. Финальной проблеммой является аккуратность сверловки платы. При не точной сверловке могут быть повреждены участки дорожек ПП, а неаккуратно просверленные отверстия осложнят дальнейший монтаж радиоэлементов.

С уверенностю могу сказать, что при должном внимании и аккуратности все эти проблемы не возникнут.

Что необходимо для устранения брака

1. Четко придерживаться всех установленных норм и ГОСТов.

2. Во время изготовления внимательно проверять все детали, при выявлении дефекта немедленно его ликвидировать.

3. Ппроверенные провода необходимо зарисовывать разными цветами.

Начиная прокладывать парные соединения, более светлой провод поднимать всегда к меньшему номеру контакту, а темное - к больше.

4. Перед тем как снять жгут из шаблона необходимо проверить правильность вязанки, особенно в тех местах, где расходится много концов к разным.

5. Так же необходимо проверять обрезку концов.

метод изготовление печатная плата

Список использованной литературы

А.П. Косташ, В.С. Яремич, Р.А. Ерошенко "Усовершенствования субтрактивной технологии изготовления печатных плат" 1988 г.

В.А. Ильин "Технология изготовления пнчатных плат" 1984 г.

Х.И. Ханке, Х. Фабиан "Технология изготовления радиоэлектронного оборудования"

Размещено на Allbest.ru