8.3. Изготовление оригиналов и фотошаблонов

Оригиналы и фотошаблоны являются важнейшим инструментом при изготовлении печатного рисунка всех типов плат. Оригиналом рисунка ПП называют изображение рисунка ПП, выполненное с необходимой точностью в заданном масштабе. Фотошаблоном (ФШ) рисунка ПП называют пласти­ну (из стекла или полимера) с прозрачными и непрозрачными для оптиче­ского излучения участками. Фотошаблон — основной инструмент для полу­чения рисунка на поверхности печатной платы или отдельного ее слоя. Пример фотошаблона приведен на рис. 8.7.

Комплектом фотошаблонов называют то количество фотошаблонов, совмещающихся между собой, которое необходимо и достаточно для изго­товления ПП определенного типа и наименования.

Оригинал рисунка ПП служит исходным документом для получения эталонных и рабочих фотошаблонов, необходимых для создания рисунка токопроводящих участков на ПП. Основ­ной проблемой при производстве фото­шаблонов (эталонных и рабочих) являет­ся обеспечение точности и метрической стабильности основных размеров рисун­ка под воздействием внешних факторов.

Основные критерии оценки каче­ства рабочего фотошаблона — отсутст­вие фотографической вуали; достаточ­ная плотность черного

Рис. 8.7. Фотошаблон:1- рабочая зона; 2 — технологическое поле, 3 — контрольный знак

При изготовлении фотошаблонов у —одной из ответственнейших операций фона; высокая резкость края изображения.

Рис. 8.8. Схема расположения контрольных знаков: Л, В — размеры сторон ПП; М— масштаб оригинала ПП; 7,8 — контрольные знаки в виде линии шириной 0,2 мм

Основные критерии оценки каче­ства рабочего фотошаблона — отсутст­вие фотографической вуали; достаточ­ная плотность черного

Рис. 8.8. Схема расположения контрольных знаков: Л, В — размеры сторон ПП; М— масштаб оригинала ПП; 7,8 — контрольные знаки в виде линии шириной 0,2 мм

является операция размещения контрольных знаков. Контрольный знак — спе­циальный топологический элемент в виде штриха, щели, креста и пр., служащий для контроля точности изготовления оригиналов и фотошаблонов и применяе­мый для совмещения фотошаблонов слоев двусторонних и многослойных ПП, а также при выполнении операции мультипликации. Пример схемы расположения контрольных знаков на оригиналах (О) и фотошаблонах ПП приведен на рис. 8.8.

Контрольные знаки в виде креста 7, 5, 5 предназначены для контроля точности изготовления оригинала и ФШ и для совмещения ФШ с ПП; кре­сты 2, 4, б — для установки эталонного ФШ в процессе изготовления груп­пового ФШ ПП на фотографической пластине с фиксирующими отверстиями.

При изготовлении рабочих ФШ необходимо, чтобы размеры элемен­тов топологии ФШ и расстояния между ними соответствовали требованиям КД на ПП с учетом технологических допусков на изготовление ПП. Пре­дельные отклонения размеров элементов топологии ФШ в зависимости от класса точности ПП приведены в табл. 8.9.

Таблица 8.9. Предельные отклонения размеров элементов топологии ФШ

Класс точности ПП 1 2 3 4 5 Предельные отклонения размеров элементов топологии ФШ, мм ±0,10 ±0,05 ±0,03 ±0,02 ±0,01

Рис. 8.9. Несовпадение центров контактных площадок фотошаблонов

Качество совмещения комплекта ФШ определяют величиной несо­вмещения по контактным площадкам:

где 5, M_h Di см. рис. 8.9.

Для ПП всех классов точности несовмещение 5 не должно превышать следующих значений:

Таблица 8.10. Значения несовмещений по контактным площадкам

Класс точности ПП	1	2	3	4	5
Значение несовмещения комплекта ФШ, 5, мм	0,02...0,15	0,15...0,10	0,10...0,07	0,075...0,050	0,05... 0,03

Ширину технологического поля, расположенного по контуру рабочей зоны рабочего ФШ, обычно выбирают в пределах 30 мм.

Оригиналы ПП ранее изготавливали вручную методом аппликации печатных элементов на основание оригинала; на фотокоординатографах; методом вырезания по контуру пленки, нанесенной на стеклянное основа­ние, методом вырезания и гравирования линий на пленке, покрытой эмалью, и методом вычерчивания на бумаге пишущим инструментом с тушью или чернилами. Масштаб оригинала может быть 1:1, 5:1, 10:1. После изготовле­ния и контроля оригинал помещали в установку экспонирования, где с него контактным или проекционным методом получали скрытое изображение топологии ПП.

В качестве фотоматериалов применяют фотографические пластинки; фототехнические пленки; диазоматериалы (диазопластинки и диазопленки), чувствительные к ультрафиолетовому излучению; бессеребряные светочув­ствительные материалы. Время экспонирования выбирают опытным путем в зависимости от светочувствительности фотоматериала, освещенности ис­точника светового излучения, спектральной чувствительности диазомате-риалов, спектра источника излучения.

Для получения группового фотошаблона, на котором выполняют ри­сунок топологии двух и более ПП, применяют операцию мультиплицирова­ния — повторение экспонирования рисунка оригинала на всей поверхности фотоматериала.

После экспонирования и мультиплицирования осуществляется хими­ко-фотографическая обработка фотоматериала, контроль полученного фо­тошаблона, ретуширование — удаление дефектов.

Широко распространен метод получения фотошаблонов на лазерных растровых генераторах изображений (фотоплоттерах) сканированием лазер­ного пятна по поверхности пленок или стеклянных пластин и испарением маскирующего покрытия или засветки фотоматериала в соответствии с ри­сунком ПП. Программу перемещения лазерного пятна получают при проек­тировании (трассировке) ПП по программе. В фотоплоттере имеется биб­лиотека часто повторяющихся в топологических чертежах элементов и узлов, использование которых значительно облегчает изготовление фото­шаблонов. Лазерная система фотоплоттера, содержащая лазер, акустоопти-ческий генератор, многогранную призму и фокусирующий объектив, фор­мирует лазерное пятно постоянного размера, которое сканирует по рабоче­му полю заготовки.

При изготовлении крупноформатных шаблонов ПП на стеклах с мас­кирующим покрытием методом лазерного гравирования погрешность вза­имного расположения рисунка составляет ±0,01 мм, точность позициониро­вания — ±0,005 мм, точность повторного позиционирования — ±0,002 мм, неровность края изображения — ±0,01 мм, погрешность воспроизведения размеров элементов изображения — ±0,015 мм, погрешность расположения элементов относительно базового отверстия — ±0,015 мм.

Формирование растрового изображения рисунка (оригинала) в фо­топлоттере вне зависимости от сложности рисунка происходит с высо­кой скоростью в течение нескольких минут. Тиражирование ФШ прово­дится без использования методов контактной печати с высокой точно­стью. Работа фотоплоттеров поддерживается входными и выходными форматами Gerber; PLT (САПР PCAD); BRD (САПР МПП); Autocad. Это позволяет:

получать фотошаблоны и программы сверления, представленные в различных форматах;

получать фотошаблоны и программы сверления с цифрового планшета;

просматривать и редактировать ФШ и программы сверления;

создавать панели (групповые заготовки на основе контура ПП одно­временно для всех слоев с использованием мультипликации, слияния, сдви­га, поворота, зеркала, масштабирования и пр.);

автоматически генерировать по ФШ программы сверления;

выводить оптимизированные ФШ и программы сверления в различ­ных выходных форматах;

делать бумажные копии ФШ и программ сверления;

подсчитывать площадь металлизации, число контактных площадок проводников, отверстий, длину проводников и пр.

Время изготовления ФШ, например, размером 550x550 мм с мини­мальной толщиной линии 0,15 мм и неровностью края экспонируемого эле­мента ±10 мкм составляет 5...6 мин.

Изготовленные фотошаблоны используют для получения рисунков топологии ПП контактной печатью. Количество полученных отпечатков для различных типов фотошаблонов различно: для эмульсионных ФШ — 50 операций контактной печати; для диазотипных ФШ — 100 операций кон­тактной печати; для эмульсионных стеклянных ФШ с фиксирующими от­верстиями с защитной пленкой при однократном нанесении — 300 операций контактной печати.