Фотохимические процессы. Фотолитография. Фоторезисты. Фотошаблоны.

Экспонирование. Проявление. Травление.

Технологии ПП заимствованы из полиграфического производства. Их множество, но какими бы они ни были, все начинаются с процессов фотолитографии, когда то или иное изображение формируется с фотошаблона в слое фоточувствительного полимера.

Это вещества, которые изменяют свои свойства (в данном случае стойкость к водному раствору соды) под воздействием света. Этот эффект используется при изготовлении структурированных слоев методом фотопечати для защиты поверхности фольги при использовании субтрактивного метода перед травлением меди с пробельных мест или перед гальваническим наращиванием. Преимущества фотолитографии перед трафаретной и офсетной печатью заключается в экономичности обработки малых серий изделий (так как не требуются сетчатые трафареты или клише), а также в четком изображении элементов рисунка.

Процессы, в которых химические превращения происходят под воздействием света, называют фотохимическими процессами.

Фотошаблоны.

Процесс получения рисунка на ПП начинается с фотографического изображения топологии схемы со всеми элементами печатного монтажа: проводниками, контактными площадками для пайки, для отверстий, экраны, печатные разъемы, – фотошаблона. Материал для изготовления фотошаблона должен обладать в первую очередь высоким градиентом оптической плотности, износоустойчивостью, высокой размерной устойчивостью.

Фотоматериалы – светочувствительные материалы, предназначенные для получения фотографических изображений. Различают галогеносеребряные фотоматериалы (светочувствительный элемент AgHal) и несеребряные, где в качестве светочувствительного элемента – соединения железа, хрома, соли диазония. Фотоматериалы бывают негативные и позитивные; на гибкой основе и жесткой; различаются по сенситометрическим характеристикам: светочувствительности, коэффициенту контрастности, оптической плотности вуали, максимальной оптической плотности изображения; по структурнорезкостным характеристикам: разрешающей способности; по физико-механическим характеристикам: размерной устойчивости в условиях изменения температуры и влажности, термостойкости, механической прочности.

Светочувствительность – способность фотоматериалов регистрировать световое излучение и образовывать в фоточувствительном слое почернение.

Способы изготовления фотошаблонов.

Ручные (вычерчивание, метод аппликации примагничивающимися элементами, аппликация липкой лентой) и автоматические (векторный и растровый) способы прорисовки фотошаблонов.

Предпочтение отдается растровому методу изготовления фотошаблонов, используемому в фотоплоттерах.

Растровый принцип формирования изображений подобен воспроизведению изображения на экранах монитора (телевизора, компьютера). Построчно бегающий луч модулируется по яркости, поэтому на экране появляется изображение (сочетание светлых и темных элементов).

Фоторезисты – светочувствительные материалы, применяемые для формирования рельефного покрытия заданной конфигурации и защиты нижележащей поверхности от воздействия травящих растворов. Фоторезисты представляют собой композиции из светочувствительных органических веществ, пленкообразователей, органических растворителей и специальных добавок. Фоторезисты характеризуют светочувствительностью, контрастностью, разрешающей способностью, термостойкостью, областью спектральной чувствительности.

Сухие пленочные и жидкие фоторезисты раличаются соотношением компонентов и способами нанесения. СПФ представляют собой комбинированную пленку, у которой позитивный или негативный светочувствительный слой толщиной 10-40 мкм находится между защитными пленками полиэтилена и полиэфира толщиной 30 мкм. Наносят СПФ на заготовку ПП с помощью специальных ламинаторов: защитная пленка снимается, а пленка фоторезиста с полиэфирной пленкой нагревается и накатывается под давлением на поверхность заготовки.

Экспонирование – собственно световое воздействие (засветка) фоторезиста производится через фотошаблон. При этом в тех участках фоторезиста, которые подверглись воздействию облучения начинается реакция полимеризации, и фоторезист приобретает стойкость к проявляющему раствору, незасвеченные участки растворяются в нем.

Совмещение фотошаблонов с заготовкой осуществляется с помощью фиксирующих элементов, общих для подложки и фотошаблона. Ввиду того, что зазор между фоторезистом и фотошаблоном ведет к дефокусировке изображения, заготовку с рабочими фотошаблонами, прикрепленными с одной или двух сторон, помещают в вакуумную копировальную раму. В качестве источника света чаще всего применяются парортутные лампы, галогенные лампы, которые работают в ультрафиолетовой области (300-450нм).

На качество изображения оказывает влияние взаимное расположение заготовки и фотошаблона; световые характеристики (длина волны света, энергия засветки, равномерность засветки поверхности, направление лучей света); время в зоне экспонирования. Режим экспонирования подбирается опытным путем при помощи «Клина Штоуффера».

Для проявления экспонированные заготовки подвергают воздействию специальных проявляющих растворов, которые растворяют незасвеченные участки фоторезиста.

Термоотверждение – процесс сушки при температуре, достаточной для завершения процесса полимеризации фоторезиста.

Воспроизведение сложного рисунка многослойных печатных плат с нормами проводник/зазор до 0,1/0,1 мм связано в первую очередь с оптической системой установки экспонирования и характеристиками фоторезиста (другая сторона – современное оборудование на операциях проявления и травления). На этапе экспонирования рисунка с высокой плотностью печатного монтажа уже сказываются такие явления как абберация, дифракция, рассеивание света в толще фоторезиста, недостаточная планаризация поверхности фоторезиста, непараллельность лучей, нагрев зоны экспонирования, что приводит к изменению размеров фотошаблона во время экспозиции. Для устранения этих эффектов создано новое поколение автоматических установок экспонирования, в которых автоматизировано все, даже совмещение фотошаблонов по реперным знакам (без пробивки базовых отверстий) с использованием элементов технического зрения.

Современные установки экспонирования отличаются конструкциями оптических систем, создающих рассеянный или коллимированный свет, точечный источник света, здесь предусмотрены автоматизированная загрузка и выгрузка, совмещение фотошаблонов с двух сторон, вакуумный прижим, проверка совмещения после вакуумирования, экспозиция. Такие установки обеспечивают точность совмещения ±5мкм, разрешение ±2мкм и полностью лишены влияния человеческого фактора.