Рассмотрим более подробно субтрактивную технологию изготовления ПП.

Третий вариант (рис.3) применяется, при получении слоев печатных плат путем вытравливания проводящего рисунка по металлорезисту, осажденному на поверхность медных проводников,сформированных в рельефе пленочного фоторезиста, и на стенки металлизированных отверстий. Как и во втором варианте, пленочный фоторезист наслаивается на заготовки фольгированного диэлектрика, прошедшие операции сверления отверстий и предварительной (5-7 мкм) металлизации медью стенок отверстий и всей поверхности фольги. В процессе фотолитографии резиста защитный рельеф получают на местах поверхности металлизированной фольги, подлежащей последующему удалению травлением.

Проводящий рисунок формируется последовательным осаждением меди и металлорезиста по рисунку освобождений в рельефе пленочного фоторезиста и на поверхность стенок отверстий. После удаления рельефа пленочного фоторезиста незащищенные слои меди вытравливаются. Профиль поперечного сечения проводников, сформированный травлением по защитному изображению в фоторезисте,имеет форму трапеции, расположенной большим основанием на поверхности диэлектрика.

Анализ замеров ширины линий после травления медной фольги по защитному изображению в пленочном фоторезисте показывает, что интервал разброса значений замеров увеличивается с увеличением толщины фольги. Например, при травлении фольги толщиной 5 мкм интервал разброса ширины порядка 7 мкм, при травлении фольги толщиной 20 мкм разброс составляет 30 мкм , а при травлении фольги толщиной 35 мкм разброс составляет около 50 мкм. Искажения ширины медных проводников по отношению к размерам ширины изображений последних в фоторезисте и на фотошаблоне - негативе смещаются в сторону заужения.

Подготовка поверхностей заготовок под наслаивание пленочного фоторезиста с целью удаления заусенцев сверленых отверстий и наростов гальванической меди производится механической зачисткой абразивными кругами с последующей химической обработкой в растворе персульфата аммония или механической зачисткой водной пемзовой суспензией. Такие варианты подготовки обеспечивают необходимую адгезию пленочного фоторезиста к медной поверхности подложки и химическую стойкость защитных изображений на операциях проявления и травления. Кроме того, механическая зачистка пемзой дает матовую однородную поверхность с низким отражением света, обеспечивающая более однородное экспонирование фоторезиста.

Для получения изображений используется пленочный фоторезист толщиной 15-50 мкм. Толщина фоторезиста в случае метода "тентинг" диктуется требованиями целостности защитных завесок над отверстиями на операциях проявления и травления, проводимых разбрызгиванием растворов под давлением 1,6- 2 атм и более. Фоторезисты толщиной менее 45 - 50 мкм на этих операциях над отверстиями разрушаются. Для обеспечения надежного "тентинга", диаметр контактной площадки должен быть в 1,4 раза больше диаметра отверстия.

Минимальный поясок изображения контактной площадки (ширина между краем контактной площадки и отверстием) должен быть не менее 0,1 мм.

Травление по защитному рисунку проводится в струйной конвейерной установке в меднохлоридном кислом растворе. Время травления определяется максимальной суммарной толщиной фольги с гальванически осажденным на поверхности медным слоем. Точность изготовления проводников закладывается в конструкторскую документацию на платы. Следовательно, при субтрактивной технологии получения печатных элементов в готовых слоях с заданной шириной, необходимо в размеры изображений на фотошаблоне вводить величину заужения, т.е. к номинальному значению ширины проводника ,прибавлять величину заужения.

Из вышеизложенного следует, что субтрактивная технология имеет ограничения по разрешению, т.е. минимально воспроизводимая ширина проводников и зазоров порядка 50 мкм при толщине проводников 5-9 мкм , 100-125 мкм при толщине проводников 20 -35 мкм или 150 - 200 мкм при толщине проводников 50 мкм. Для получения логических слоев с металлизированными переходами с более плотным печатным рисунком, с шириной проводников 125 мкм и менее, например, 100 мкм, при их толщине 50 мкм, используется технологический процесс по субтрактивной технологии травлением по металлорезисту (3-й вариант субтрактивной технологии) с использованием диэлектрика с тонкомерной фольгой, толщиной 5 - 9 мкм. В этом случае предварительная металлизация стенок отверстий и поверхности фольги заготовок диэлектрика производится на минимально возможную толщину 8 - 10 мкм. Условия получения изображения в пленочном фоторезисте отличны от условий процесса "тентинга". А именно, для получения изображений используются тонкие пленочные фоторезисты с более высоким разрешением и гальваностойкостью. Подготовка поверхности подложки под наслаивание пленочного фоторезиста из-за небольшой толщины фольги и металлизированного слоя и во избежание их повреждения, проводится химическим способом.

Фоторезист наслаивается по специально подобранному режиму: при низкой скорости наслаивания 0,5 м/мин, при температуре нагрева валков 115 град.С +-5 град.С, на подогретые до температуры 60 - 80 град.С заготовки. При экспонировании изображения используются установки с точечным источником света, обеспечивющие высококоллимированный интенсивный световой поток на рабочую поверхность копировальной рамы с автоматическим дозированием и контролем световой энергии.

Фотошаблоны -позитивы должны иметь резкость края изображения 3 - 4 мкм вместо 7 - 8 мкм у фотошаблонов, применяемых при получении изображений с разрешением 200 - 250 мкм. Проявление изображений проводится в установках проявления - процессорах в стабилизированном трихлорэтане.

Для удаления следов органики с медной поверхности подложки в каналах освобождений в рельефе пленочного фоторезиста проводится обработка в окислителе - в 20% растворе серной кислоты в течение 2-х минут с последующей промывкой в воде и калориферной сушкой в конвейерной струйной установке , после чего для повышения гальваностойкости защитного изображения проводится световое дубление в светокопировальных рамах по режимам экспонирования. Проводящий рисунок формируется в рельефе пленочного фоторезиста последовательным гальваническим осаждением меди на толщину 20-40 мкм и олово/свинца(ПОС-61 ) на толщину 9 -12 мкм или никеля на толщину 3-5 мкм.

После удаления фоторезиста производится травление медной фольги с металлизированным слоем суммарной толщиной 10-15 мкм с пробельных мест схемы. Для этого применяется травильная установка с медноаммиачным травильным раствором. В варианте использования металлорезиста ПОС-61 последний удаляется в травильном растворе в струйной конвейерной установке. При применении в качестве металлорезиста никеля сложность процесса в том, что слой никеля остается на поверхности проводника и несколько шире его медной части. Поэтому применение металлорезиста сплава олово/свинец с последующим его удалением является более технологичным процессом.

Из изложенного выше можно сделать вывод: изготовление слоев по субтрактивной технологии с применением диэлектриков с тонкой медной фольгой толщиной 5 - 9 мкм обеспечивается получение проводящего рисунка с минимальной шириной проводников и зазоров между ними порядка 50 мкм при толщине проводников 5-9 мкм и 100 - 125 мкм при толщине проводников 40-50 мкм.

3). Травление.

Важнейшей технологической операцией в производстве электрон­ных элементов и функциональных узлов является травление. Под этим понимают химическое разрушение материала под действием газообраз­ных или жидких травителей. Продукты реакции в общем случае удаля­ются благодаря подвижности травителя. Травление применяется для:

- создания определенного рисунка металлических слоев, расположен­ных на нетравящем диэлектрике (например, для получения рисунка ПП при субтрактивном методе);

- создания мельчайших отверстий микрометрового диапазона в ме­таллической фольге при изготовлении сетчатых трафаретов, масок и фильтров;

- изготовления сложных профильных деталей из тонкой жести и ме­таллической фольги (профильное травление);

- создания металлически чистых поверхностей для последующего осаждения слоев или контактирования;

- создания определенного рельефа поверхности;

- удаления изоляционных слоев для частичного обнажения металли­ческих слоев (подтравливание в МПП).

Наиболее часто техника травления применяется для создания ри­сунка ПП при субтрактивном методе. При этом до 90% металлической фольги, нанесенной на диэлектрик фольгированием или напылением, удаляется, а нужные участки защищаются металлическими или лако­выми слоями, устойчивыми при травлении. В основном подвергают травлению металлы, особенно Сu и ее сплавы, Ni, сплавы Ni и Cr, Al, Au, Ag, Pt, Pd, Та, Ti, Mo, а также сталь. Кроме того, в производстве электронных элементов необходимо травить полупроводниковые мате­риалы (Si, Ge) и диэлектрические слои (как правило, SiO2). Удаления неметаллов стремятся избежать, так как они очень устойчивы при травлении. Имеется всего несколько исключений, например травление стекла и эпоксидной смолы в отверстиях МПП.

4). Прессование.

Многослойные печатные платы изготавливают прессованием ди­электрических фольгированных материалов (с одно- или двухсторонним расположением печатных проводников) и прокладочной стеклоткани. Процесс основан на клеящей способности последней при тепловом воз­действии.

Процесс прессования определяется характером изменения давления и температуры. Качество прессованного соединения зави­сит от множества факторов, важнейшими из которых яв­ляются: свойства прокладочной стеклоткани и момент перехода от дав­ления склеивания, когда связующее переводится в клеящее состояние, к давлению отверждения.

Прокладочная стеклоткань обеспечивает:

- прочное сцепление с поверхностью диэлектрических материалов;

- заполнение места вытравленного медного слоя;

- ликвидацию воздушных включений между слоями за счет растека­ния смолы;

- необходимые зазоры между слоями;

- заданную толщину МПП.

5). Очистка.

При формировании структуры слоев и контактировании металли­ческих выводов детали (подложки, поверхности контактов) должны обладать определенным состоянием поверхности, если нежелательны серьезные помехи в процессе производства, высокий процент брака и снижение надежности. Применяемые для этих целей процессы очистки обеспечивают удаление крупных загрязнений (органических и неорга­нических отложений, крупных продуктов коррозии); тонких пленок мас­ла и жира; тонких пленок окислов; органических и неорганических за­щитных покрытий (резисты трафаретной печати, фоторезисты).

Тесно связаны с процессами очистки такие химические и механиче­ские процессы, которые наряду с очисткой способствуют изменению состояния поверхности (выглаживание, придание шероховатости) или удалению заусенцев, образующихся при механической обработке. Кро­ме того, разработан ряд методов очистки, использующих особые физи­ческие эффекты в соединении с химическими средствами, например ультразвуковая очистка. Особое внимание необходимо уделить очист­ке, основанной на промывке, нейтрализации и сушке.

6. Программная поддержка программатора.

6.1. Программирование микроконтроллеров серии АТ89.