Изготовление печатной платы с помощью светочувствительного лака POSITIV RESIST

Подготовка фотошаблона

Рисунок, получаемый в позитивном фотолитографическом процессе, в точности соответствует изображению на оригинал-макете. По этой причине оригинал-макет должен быть тщательно подготовлен. Темные участки оригинал-макета должны быть абсолютно непроницаемы для света. Оригинал-макет при экспонировании должен лежать на плоской поверхности, чтобы устранить любую возможность боковой подсветки слоя. По этой причине поверхность подложки должна быть максимально плоской.

При изготовлении оригинал макета необходимо иметь в виду, что позитивный фотолитографический процесс передает темные линии на оригинал - макете в рельефные линии на подложке.

Материалы оригинал-макета и прижимного стекла не должны существенно поглощать ультрафиолетовый свет и ни в коем случае не должны иметь желтый оттенок. Хороший оригинал-макет может быть изготовлен лазерным принтером на кальке (поставляем) или на специальной безусадочной пленке Folaproof Laserfilm DM (поставляем). Следует обратить внимание, что калька ослабляет энергетический поток ультрафиолетовых лучей в 5 раз, а пленка Folaproof Laserfilm DM в 3,5 раза.

Несколько советов по установкам лазерного принтера при печати оригинал макета:

- Установите нанесение тонера лазерного принтера на максимальную плотность. Каждый лазерный принтер для этого имеет аппаратный контроль или программную установку. Слишком темная установка может, однако, привести к теням или разбросу тонера на прозрачные участки.
- Отключите программную экономию тонера.
- Установите контраст печати на максимум.
- Установите яркость печати на 50%.
- Если драйвер принтера позволяет (всегда спрашивайте самую последнюю версию), выбор других носителей, помимо стандартной бумаги (прозрачная пленка, картон, этикетка и т.д.) может привести к различающимся результатам.

Правильная комбинация этих установок может обеспечить совершенно разную плотность тонера, по сравнению со стандартными установками, и несколько контрольных тестов, конечно, необходимы.

Отпечатанный оригинал-макет необходимо обработать жидкостью в аэрозольной упаковке Densitone Spray (поставляем). Связано это с тем, что даже при наилучших установках лазерного принтера тонер наносится неравномерно. Это хорошо видно на кальке на просвет. Распыление Densitone Spray на поверхность рисунка выравнивает плотность тонера и увеличивает оптическую плотность рисунка почти на два порядка. Полученный после такой обработки оригинал-макет практически не уступает профессиональному, изготовленному фотографическим способом.

Оригинал-макет должен плотно прижиматься к пленке фоторезиста POSITIV RESIST. Чтобы исключить боковую засветку лучше всего прижимать оригинал-макет стороной, на которой нанесено изображение рисунка. При этом вы получите самую резкую копию.

В качестве прижимного стекла целесообразно использовать лист плексиглаза (оргстекло) без каких-либо царапин на поверхности. Обычное оконное стекло практически не пропускает ультрафиолетовый свет.

Подготовка поверхности заготовки

Поверхность, на которую наносится POSITIV RESIST, должна быть тщательно очищена от грязи, масел, пыли. Применяйте для обезжиривания только высококачественные моющие средства.

Промойте затем поверхность большим количеством проточной воды для удаления следов абразивных включений. Уровень очистки можно контролировать, наблюдая за смачиваемостью водой поверхности подложки. Полностью смачиваемая водой вся поверхность подложки, без образования на ней капель и разрывов пленки воды, является показателем нормального уровня очистки. Нарушения в этой пленке воды указывают, что поверхность очищена недостаточно.

После промывки водой не рекомендуется использовать никаких растворителей типа ацетон, спирт и т.д. После очистки наиболее важно, чтобы промытая поверхность была полностью высушена, так как остатки влаги будут влиять на адгезию (сцепление) пленки фотолака с поверхностью.

Фоторезистивный лак POSITIV RESIST необходимо наносить немедленно после очистки и сушки поверхности подложки, чтобы избежать появления загрязнений и свежего окисла на поверхности при хранении.

Нанесение пленки POSITIV RESIST

Распыление лака на очищенную и обезжиренную поверхность следует выполнять в затемненной комнате. Нет необходимости в темной комнате, однако, следует избегать прямых солнечных лучей или яркого дневного света, поскольку лак чувствителен к ультрафиолетовому свету.

Чтобы гарантировать высококачественную литографическую копию, очень важно работать в атмосфере, свободной от пыли.

Поместите поверхность подложки в горизонтальной или слегка наклоненной позиции и распыляйте лак с расстояния приблизительно 20 см. Лак необходимо распылять непрерывно змеевидными линиями, начиная с левой верхней части. Это обеспечит ровное покрытие. При появлении эффекта апельсиновой корки на пленке в процессе нанесения распыление необходимо прекратить. После нескольких минут на поверхности подложки сформируется тонкая, однородная, светочувствительная пленка лака. Если распылить слишком много лака, то слой будет ребристым. При этом образуется пленка повышенной толщины, что потребует более длительного времени экспонирования (см. параграф Экспонирование).

При высоких летних температурах, требуется большее время распыления или уменьшение расстояния баллона от подложки, что связано с повышенным испарением растворителя в процессе распыления. Ускоренное высыхание фоторезистивного слоя лака приводит к образованию неоднородного покрытия.

Аэрозоль не должен быть в чрезмерно наклоненной позиции при постепенном опорожнении. Удерживание баллона в чрезмерно наклоненной позиции приводит к увеличенному расходу аэрозольного газа и брызгам фоторезистивного лака, в особенности, при опорожнении баллона наполовину.

Альтернативный метод достижения ровного покрытия фоторезистивным лаком является центрифужное распределение.

На регулируемом моторе с низким числом оборотов устанавливается пластина алюминия, и на этой пластине алюминия фиксируется подложка. После распыления лака на подложку пластина алюминия с подложкой приводится во вращение со скоростью 90 - 100 оборотов в минуту. Это обеспечивает ровное и равномерное распределение лака на подложке

До экспонирования храните платы в полностью темном и прохладном месте.

Перед экспонированием фоторезистивный лак должен иметь комнатную температуру. При хранении плат с лаком в холодильном устройстве (при температурах +8 -+12 °C), платы должны быть вынуты из холодильника приблизительно за 4-5 часов перед использованием, чтобы избежать появления эффекта окунания (появления капель росы).

Следующая таблица позволяет ориентироваться в толщине полученной пленки лака.

Таблица 1.

На поверхности желтых металлов (медь, латунь) цвет слоя лака имеет зеленоватый оттенок. Слой лака после экспонирования и проявления при дневном свете всегда имеет цвет интенсивно голубой.

Для достижения однородной толщины слоя рекомендуется распылять лак зигзагообразным способом.

Сушка пленки

Пленка лака должна быть высушена в темноте перед экспонированием. Рекомендуемая температура сушки в пределах + 70 + 80 °C в течение 15-20 минут. Это может быть выполнено в термостатическом лабораторном сушильном шкафе или с помощью инфракрасного нагревателя.

Не воздействуйте на пленку лака сразу температурами 70-80 °C. Проведите сушку следующим образом: поместите подложку с лаком в оборудование для сушки, включите высушивающее оборудование и нагревайте медленно до конечной температуры. Быстрая сушка приводит к резкому ухудшению качества слоя лака. Чувствительность слоя лака возрастает по мере увеличения времени сушки. Придерживайтесь рекомендации: предварительная сушка при низких температурах и затем постепенное повышение температуры, но не более 70-80 °C. Выдержка при этой температуре 15-20 минут.

Недостаточная сушка приводит к образованию проколов в пленке и потере прочности адгезии (сцепления).

Экспонирование

Наилучшие результаты могут быть достигнуты с лампами ультрафиолетового света типа ДРШ-120, ДРШ-250, ДРТ-100 и другие. Можно использовать ксеноновые лампы или ртутные лампы медицинского назначения.

В любом случае требуется достаточно высокая интенсивность эффективного ультрафиолетового света в пределах от 370 до 440 нм. Обычные лампы накаливания или дневного света имеют очень небольшую долю синего света.

Время экспонирования зависит, прежде всего, от длины волны, а не интенсивности лучей света. Наиболее благоприятная спектральная чувствительность фоторезистивного лака POSITIV RESIST лежит между 370 нм и 440 нм. Пластины обычного стекла поглощают свыше 65% ультрафиолетовых лучей. В качестве прижимного стекла лучше использовать, как указывалось выше, плексиглаз или кварцевое стекло.

Для толстых слоев лака и при образовании ребристой поверхности пленки лака необходимо удвоить требуемое время экспонирования. Более старый фоторезистивный лак должен быть экспонирован в течение более длительного периода. Дата истечения срока хранения указана красной меткой на аэрозольном баллоне.

Ниже в таблице приведены ориентировочные времена экспонирования с различными лампами.

Таблица 2.

Не экспонируйте пленку прежде, чем лампы не достигнут их полной световой интенсивности (приблизительно от 2 до 3 минут после включения).

Приведенные данные являются ориентировочными. Обратите внимание, что при нормальной дозе экспонирования пленки фоторезиста время проявления пленки не должно превышать 30-120 сек. Если длительность проявления существенно превышает этот диапазон, то пленка недостаточно проэкспонирована! Увеличьте время экспонирования.

Применяйте защитные очки при использовании УФ света!

Проявление пленки

Рекомендуется использовать универсальный буферный проявитель для аэрозольных фоторезистов или можно приготовить щелочной проявитель самостоятельно.

Высушенный и экспонированный слой фоторезистивного лака проявляется при нормальном дневном свете (без попадания прямых солнечных лучей). Приготовьте следующий раствор проявителя: 7 граммов каустической соды (NaOH) в одном литре воды в подходящем сосуде.

Проявитель должен иметь комнатную температуру в пределах + 20 и +25 °C. Более низкие температуры замедлят проявление, более высокие температуры ускорят его, однако ухудшат резкость изображения. После проявления, промойте подложку проточной водой.

Для корректно экспонированных слоев толщиной от 4 до 6 мкм (см. параграф 4 применение слоя), время проявления лежит в пределах от 30 до 60 секунды со свежим проявителем. Более тонкие слои проявляются быстрее, более толстые требуют большее время, но максимум 2 минуты. Никогда не добавляйте новый проявитель к уже использованному. Всегда применяйте только свежий проявитель!

Позаботьтесь, чтобы проявленный рисунок на подложке был чистым от любой пыли. Это позволит избежать проблем в процессе последующего травления подложки.

Травление подложки

Фоторезистивный лак POSITIV RESIST устойчив к кислотным ваннам, содержащим хлорид железа, аммоний персульфат, хромовую, соляную и плавиковые кислоты.

В настоящее время травление в большинстве случаев выполняется с использованием хлорида железа или аммоний персульфата.

Процесс с хлоридом железа (Fe3Cl)

Хлорное железо (Fe3Cl) - твердое вещество растворяется в воде до тех пор, пока не будет, достигнут насыщенного раствора желто-золотого цвета. Процесс травления в этом растворе продолжается от 30 до 60 минут. Процесс можно ускорить нагреванием и перемешиванием раствора травителя. Затем следует промывка в проточной воде. Остатки кислоты на плате нейтрализуются в мыльном растворе. Недостатки процесса: образование отходов, низкая скорость травления, существенное изменение скорости травления от изменения концентрации травителя.

Процесс с аммоний персульфатом (NH4)2S2O8.

Аммоний персульфат, светлое кристаллическое вещество растворяется в воде. Соотношение в растворе 35 г (NH4)2S2O8 в 65 мл воды. Время травления (NH4)2S2O8 занимает около 10 мин и зависит от площади медного покрытия, которое подвергается травлению. Требуется умеренно теплый, перемешиваемый раствор (40 °C). Затем следует промывка в проточной воде. Недостаток: раствор должен быть нагрет и перемешиваться.

Современная методика:

200 мл соляной кислоты (HCl 35%),
30 мл перекиси водорода (H2O2 30%),
770 мл воды (H2O).

Преимуществами этой методики являются высокая скорость травления и сравнительная химическая безопасность. Однако тщательное соблюдение мер безопасности с химикатами, прежде всего с перекисью водорода является очень важным.

Смесь имеет слегка острый запах, производит легкие пары и должна использоваться с особой осторожностью. Необходимо избегать любого контакта кожи с раствором, но если это произошло, зона воздействия раствора на кожу должна быть немедленно промыта. Смесь также воздействует на одежду и другие материалы и избыточная осторожность в обращении не является преувеличением. Необходимо также защищать глаза.

Плата фиксируется с помощью самоклеющейся ленты и погружается в ванну травления. Время травления сильно зависит от перемешивания и температуры ванны и продолжается приблизительно 10 минут с хорошо перемешиваемым и свежим раствором при комнатной температуре. Реакция ускоряется при нагреве ванны максимум до 50 °C.

Платы необходимо затем промыть проточной водой. Раствор травителя может быть восстановлен добавлением H2O2. Оценка количества перекиси водорода, требуемой для восстановления травителя, осуществляется визуально: погруженная медная плата должна перекрашиваться из красного цвета в темно-коричневый цвет.

Образование пузырей в травителе сигнализирует об избытке H2O2, что ведет к остановке химической реакции травления. Это можно исправить добавлением HCI. Один литр подготовленной смеси достаточен для травления приблизительно 10 м2 медной поверхности при постоянном добавлении H2O2. Раствор должен храниться в темных бутылках, не закрытых герметичными прокладками или пробками. Это предостережение связано с тем, что при разложении H2O2 внутри бутылки генерируется избыточное давление. Использованный раствор выливается в канализацию при большом разбавлении.

Раствор соляной кислоты 35% концентрации имеет острый запах, образует бесцветные пары, воздействующие на кожу и слизистые, разъедает одежду. Защитите ваши глаза. Хранится раствор при низкой температуре в герметичных стеклянных или пластмассовых бутылках. Раствор 30 % концентрация H2O2 не пахнущая, бесцветная жидкость сильно воздействующая на кожу (вызывает появление светлых пятен и ощущение жжения). При попадании перекиси водорода на кожу, кожа должна быть немедленно промыта водой. ЗАЩИТИТЕ ГЛАЗА.

Хранится раствор перекиси водорода в темных бутылках не закрытых герметичными пробками или прокладками в прохладном месте. Раствор нельзя взбалтывать.

Советы

Травление выполняется в пластмассовых кюветах. На каждую бутылку следует ясно нанести ее содержание и дату изготовления, а также знак "Череп и кости". Бутылки, содержащие химикалии должны храниться в темных прохладных местах под замком и ключом, вне досягаемости для детей.

Удаление пленки лака

Остатки фотолака должны быть удалены после процесса травления. Это может быть выполнено органическими растворителями, например, ацетоном.