Анализ точности

печатных элементов на фотошаблоне DФШ tФШ , изменения этих размеров на операциях получения защитного рельефа DФХ tФХ , травления меди

DТР tТР , гальванического осаждения меди и покрытий DГ t Г , а также оп-

лавления покрытия DОП tОП .

Суммарная погрешность размеров монтажных отверстий является функцией в основном четырех составляющих: погрешности сверления d C ,

травления диэлектрика d Т , гальванического осаждения меди и покрытий

d Г , а также оплавления покрытия d ОП .

Теоретические и экспериментальные исследования показывают:

– что каждая из перечисленных погрешностей зависит от значи-

тельного числа факторов систематического и случайного характера, это дает основание рассматривать эти погрешности как случайные величины;

Рис. 5.3. Схема изготовления МПП (окончание см. на с. 52)

51

Рис. 5.3. Окончание (начало см. на с. 51)

–погрешности отдельных операций практически независимы между

собой;

–между hГ – толщиной гальванически осаждаемых металлов (меди и

покрытий) и погрешностью DГ t Г существует корреляционная зависи-

мость.

52

Результаты экспериментальных исследований некоторых погрешно-

стей (столбиковые диаграммы) приведены на рис. 5.6 (где N – число измере-

ний, Г2 и 22.2 – значения критерия Пирсона при сравнении эмпирического распределения соответственно с распределением Гаусса и (2.2).

Как показывают расчеты 2 -критерия, в качестве теоретических рас-

пределений для этих погрешностей в наибольшей степени подходят закон Гаусса и распределение (2.2).

Расчет числовых характеристик распределения суммарных погрешно-

стей может производиться по следующим формулам:

m{ D } m{ DФШ } m{ DФХ } m{ DТР} m{ DГ } m{ DОП};

2{ D } 2{ DФШ } 2{ DФХ } 2{ DТР} 2{ DГ } 2{ DОП};

m{ d } m{ d C } m{ d Т } m{ d Г } m{ d ОП};

2{ d } 2{ d C } 2{ d Т } 2{ d Г } 2{ d ОП}.

54

Рис. 5.6. Эмпирические плотности вероятности распределения погрешностей:

а - DФХ (сухой пленочный фоторезист;

N=268;

m{ DФХ } 20мкм; { DФХ } 17 мкм;

Г2 3,04; 22.2 2,69 );

б - DТР (толщина фольги 35 мкм; N=324, m{ DТР } 11мкм; { DТР} 9 мкм;

Г2 1,75; 22.2 2,19 );

в - CdX (сверлильный станок; N= 154; m{ CdX } 3мкм; { CdX } 12 мкм; Г2 1,18;

22.2 0,51 )

5.2.2.Погрешности расположения печатных элементов

имонтажных отверстий

Отклонения координат печатных элементов и монтажных отверстий относительно номинальных положений являются следствием в основном трех групп погрешностей:

1) позиционирования рабочих органов технологического оборудо-

вания (фотоплоттеров – при изготовлении фотошаблонов и шпинделя свер-

лильного станка – при получении монтажных отверстий);

2) совмещения (рабочего фотошаблона и заготовки, слоев перед

55

прессованием) и базирования плат на сверлильном станке; погрешности, в

свою очередь, зависят от фактических размеров фиксирующих технологиче-

ских отверстий (ФТО) и сопрягающихся с ними штырей, а также от точности их расположения;

3) изменения координат печатных элементов и ФТО на фотошаб-

лонах и слоях вследствие размерной нестабильности фотопленок и тонких

фольгированных диэлектриков.

Погрешности позиционирования фотоплоттеров ( ФШD ( П ) ) и свер-

лильных станков ( Сd ) определяются в основном конструктивным исполнени-

ем оборудования. Для лучших отечественных и зарубежных моделей точ-

ность позиционирования составляет величину +0.005...0,05 мм. Распределе-

нормальному и (2.2). В общем случае между соответствующими проекциями этих погрешностей может существовать корреляционная зависимость, харак-

терная для большинства машин с координатным перемещением и обуслов-

ленная суммарным воздействием некоторых общих факторов (температуры и т.д.), влияющих на точность установки рабочих органов по осям X и Y .

Операции, связанные с совмещением и базированием при изготовлении МШ, повторяются неоднократно, в результате чего соответствующие по-

грешности суммируются и могут достичь значительной величины. Эта груп-

па погрешностей исследована в меньшей степени, тем не менее есть все ос-

нования рассматривать погрешности совмещения и базирования как случай-

ные величины.

При изготовлении фотошаблонов на пленке изображения печатных элементов получают дополнительные смещения относительно своих номи-

нальных положений вследствие размерной нестабильности (усадки или уд-

линения по осям X и Y отдельных участков) подложек фотошаблонов, на-

блюдаемой после химико-фотографической обработки, а также в процессе дальнейшего хранения и эксплуатации (погрешность ФШD (У ) ).

56

Аналогичные изменения координат печатных элементов происходят при изготовлении слоев из тонких фольгированных диэлектриков (погреш-

ность). Причиной размерной нестабильности последних принято считать на-

пряжения, возникающие в процессе производства фольгированных диэлек-

триков. При стравливании фольги эти напряжения вызывают деформацию

(усадку или удлинение) диэлектрического основания.

Для оценки размерной нестабильности фотопленок и тонких фольгиро-

ванных диэлектриков используются предельные значения коэффициента от-

носительной деформации, приводимые в ТУ на материал (обычно +0,05…

0,10 %). Замечено, что коэффициент относительной деформации может из-

менять свои значения, как от партии однотипного материала, так и в преде-

лах одной партии. Более того, результатами многих исследований установле-

но, что в пределах даже одного фотошаблона (или слоя) отдельные его уча-

стки равных размеров деформируются не в одинаковой степени, что позволя-

ет величину деформации таких участков рассматривать как случайную вели-

чину.

Изменения координат печатных элементов также происходят в процес-

се прессования (погрешность ПРD ). Погрешность эта мало исследована, одна-

ко экспериментально подтверждено [12], что она носит случайный характер

(рис. 5.7).

Рис. 5.7. Экспериментальная диаграмма смещения тонкого фольгированного диэлектрика при прессовании

57

Поскольку смещения печатных элементов в направлении каждой из осей координат ( X и Y ) происходят при воздействии ряда общих факторов

(режимы изготовления, условия обработки и т.д.), то естественно предполо-

жить, что между проекциями соответствующих погрешностей существуют

связи, близкие к корреляционным.

Таким образом, выражения для проекций суммарных погрешностей

платы на сверлильном станке.

Поскольку слагаемые в выражении (5.2) могут рассматриваться слу-

чайными величинами, независимыми между собой, то выражения для расчета числовых характеристик распределения суммарных погрешностей будут иметь вид

n

m{ DX ,Y } m{ ФШDX ,Y } m{ ТРDX ,Y } m{ ПРDX ,Y } m{ СВDX ,Y }, i 1

m{ dX ,Y } m{ CdX ,Y } m{ БdX ,Y },

5.2.3. Учет погрешностей измерений

Инженерам-технологам, обслуживающим производство МПП, полезно

иметь данные по точности выполнения АФО и АПО. На их основе могут ре-

шаться два вида задач:

1) расчет ожидаемой точности параметров МПП, планируемых к изго-

товлению (задача анализа);

2) определение требований к точности технологического оборудования,

характеристикам основных (фольгированным диэлектрикам) и вспомога-

тельных (фотопленкам) материалов, необходимых для изготовления МПП

заданного класса точности (задача синтеза).

Если задача анализа имеет единственное решение, то задача синтеза – множество. Из этого множества необходимо выбрать оптимальное (напри-

мер, изготовление МПП при минимальных затратах).

Характеристики операционных погрешностей снимают с тестовых структур, представляющих собой систему печатных проводников, ширина которых и зазоры между ними обычно выбираются по ГОСТ 23751-86[2].

Часто в тестовые структуры включают также металлизированные отверстия с целью контроля толщины осажденной в них меди. Тестовые структуры вы-

полняют в виде отдельных плат, периодически запускаемых в производство,

или наносят на технологическое поле заготовок товарных плат.

После АФО и АПО измеряют ширину печатных проводников t ijk ,

i 1, N , j 1, M , k 1, P (где N – количество АФО и АПО; M – количество

проводников на тестовой структуре; P – количество тестовых структур).

Операционную погрешность определяют так:

а) для АФО

t1jk t1jk t номjk ,

где t номjk номинальное значение ширины печатного проводника с индексами j

и k;

б) для АПО

59

где i – порядковый номер операции, в т.ч. АФО (т.е. для АПО i 2 ).

Для каждой операции получают j∙k значений операционной погрешно-

сти ti , что дает основание рассматривать любую из них как независимую случайную величину (см. также рис. 5.6) с математическим ожиданием m{ ti }

и дисперсией 2{ ti }.

Допустим, что мы получили числовые характеристики операционных погрешностей изготовления проводников наружных слоев МПП (см. также

табл. 5.2) m{ tФШ }, m{ tФХ }, m{ t Г }, m{ tТР}, m{ tОП}, 2{ tФШ }, 2{ tФХ }, 2{ tТР},

2{ tОП}.

Тогда ожидаемые расчетные значения числовых характеристик сум-

марной погрешности можно получить из формул

mР{ t } m{ tФШ } m{ tФХ } m{ tТР} m{ t Г } m{ tОП};

(5.3)

P2 { t } 2{ tФШ } 2{ tФХ } 2{ tТР} 2{ t Г } 2{ tОП}.

Если сравнить расчетные и экспериментальные значения числовых характеристик суммарной погрешности, то получим следующие соотноше-

ния

Неравенство дисперсий можно объяснить разным влиянием погрешно-

стей измерений на каждую из них. Рассмотрим это влияние подробнее.

Каждое измерение ширины проводника включает в себя истинное зна-

чение (обозначим знаком *) и значение погрешности данного измерения i jk :

tijk tijk* i jk .

Рассчитываемое значение операционной погрешности включает в себя а) для АФО – истинное значение погрешности и одно значение по-

грешности измерения

t1jk t1jk t номjk t1jk* 1jk ,

б) для АПО – истинное значение погрешности и значения двух по-

грешностей измерений

60