Нанесение защитного покрытия

Нанесение защитного покрытия явля­ется самым важным этапом в процессе изготовления печатных плат, и именно им на 90% определяется качество изготовленной платы. В лабораторных условиях наиболее популярными являются три способа на­несения защитного покрытия. Рассмотрим их в порядке возрастания ка­чества получаемых плат.

1. Ручное нанесение защитного покры­тия. При этом способе чертеж печат­ной платы переносится на стеклотек­столит вручную при помощи какого-либо пишущего приспособления. В последнее время в продаже появи­лось множество маркеров, краситель которых не смывается водой и дает достаточно прочный защитный слой. Кроме того, для ручного рисования можно использовать рейсфедер или какое-либо другое приспособление, заправленное красителем. Так, на­пример, удобно использовать для ри­сования шприц с тонкой иглой (лучше всего для этих целей подходят инсулиновые шприцы с диаметром иглы 0,3-0,6 мм), обрезанной до длины 5-8 мм. При этом шток в шприц вставлять не следует - краситель должен поступать свободно под дей­ствием капиллярного эффекта. Также вместо шприца можно использовать тонкую стеклянную или пластмассовую трубку, вытянутую над огнем для достижения нужного диаметра. Осо­бое внимание следует обратить на качество обработки края трубки или иглы: при рисовании они не должны царапать плату, в противном случае можно повредить уже закрашенные участки. В качестве красителя при ра­боте с такими приспособлениями можно использовать разбавленный растворителем битумный или какой-либо другой лак, цапонлак или даже раствор канифоли в спирте. При этом необходимо подобрать консистен­цию красителя таким образом, чтобы он свободно поступал при рисова­нии, но в то же время не вытекал и не образовывал капель на конце иглы или трубки. Стоит отметить, что руч­ной процесс нанесения защитного покрытия достаточно трудоемок и го­дится только в тех случаях, когда не­обходимо очень быстро изготовить небольшую плату. Минимальная ши­рина дорожки, которой можно до­биться при рисовании вручную, со­ставляет порядка 0,5 мм.

2. Использование «технологии лазерно­го принтера и утюга». Данная техно­логия появилась сравнительно не­давно, однако сразу получила широ­чайшее распространение в силу сво­ей простоты и высокого качества по­лучаемых плат. Основу технологии составляет перенос тонера (порош­ка, используемого при печати в ла­зерных принтерах) с какой-либо подложки на печатную плату. При этом возможны два варианта: либо ис­пользуемая подложка отделяется от платы перед травлением, либо, если в качестве подложки используется алюминиевая фольга, она стравлива­ется вместе с медью.

Первый этап использования данной технологии заключается в печати зеркального изображения рисунка печатной пла­ты на подложке. Параметры печати принтера при этом должны быть уста­новлены на максимальное качество печати (поскольку в этом случае про­исходит нанесение слоя тонера наи­большей толщины). В качестве под­ложки можно использовать тонкую мелованную бумагу (обложки от раз­личных журналов), бумагу для фак­сов, алюминиевую фольгу, пленку для лазерных принтеров, основу от само­клеящейся пленки Oracal или какие-нибудь другие материалы. Лучше всего, если принтер может пропус­кать бумагу через себя горизонталь­но, печатая при этом на верхней сто­роне (как, например, HP U2100 — один из лучших принтеров для при­менения при изготовлении печатных плат).

Так­же помимо принтера можно исполь­зовать и копировальный аппарат, применение которого иногда дает да­же лучшие по сравнению с принтера­ми результаты за счет нанесения тол­стого слоя тонера. Основное требо­вание, которое предъявляется к под­ложке, — легкость ее отделения от тонера. Кроме того, в случае исполь­зования бумаги она не должна остав­лять в тонере ворсинок. При этом возможны два варианта: либо под­ложка после перенесения тонера на плату просто снимается (в случае пленки для лазерных принтеров или основы от Oracal), либо предвари­тельно размачивается в воде и потом постепенно отделяется (мелованная бумага). Перенос тонера на плату за­ключается в прикладывании заготовки с тонером к предварительно очи­щенной плате с последующим нагре­вом до температуры, немного превы­шающей температуру плавления то­нера. Возможно огромное количест­во вариантов проведения этой процедуры, однако наиболее простым является прижим подложки к плате горячим утюгом. При этом для равномерного распре­деления давления утюга на подложку рекомендуется проложить между ними несколько слоев плотной бумаги. Очень важным вопросом является температура утюга и время выдерж­ки. Эти параметры варьируются в каждом конкретном случае, поэтому, возможно, придется поставить не один эксперимент, прежде чем вы по­лучите качественные результаты. Критерий тут один: тонер должен ус­петь достаточно расплавиться, чтобы прилипнуть к поверхности платы, и в то же время должен не успеть дойти до полужидкого состояния, чтобы края дорожек не расплющились. По­сле «приварки» тонера к плате необ­ходимо отделить подложку (кроме случая использования в качестве подложки алюминиевой фольги: ее отделять не следует, поскольку она растворяется практически во всех травильных растворах). Пленка для лазерных принтеров и основа от Oracal просто аккуратно снимаются, в то время как обычная бумага требует предварительного размачивания в горячей воде. Стоит отметить, что в силу особенностей печати лазерных принтеров слой тонера в середине больших сплошных полигонов доста­точно мал, поэтому следует по мере возможности избегать использова­ния таких областей на плате, либо по­сле снятия подложки придется под­ретушировать плату вручную. В це­лом использование данной техноло­гии после некоторой тренировки поз­воляет добиться ширины дорожек и зазоров между ними вплоть до 0,3 мм.

3. Применение фоторезистов. Фоторе­зистом называется чувствительное к свету вещество, которое под воздей­ствием освещения изменяет свои свойства. В последнее время появилось несколько видов импортных фоторезистов в аэрозольной упаковке, которые осо­бенно удобны для использования в лабораторных условиях.

Сущность при­менения фоторезиста заключается в следующем: на плату с нанесенным на нее слоем фоторезиста наклады­вается фотошаблон и производится ее засветка, после чего засвеченные (или незасвеченные) участки фоторе­зиста смываются специальным рас­творителем, в качестве которого обычно выступает едкий натр (NaOH). Все фоторезисты делятся на две ка­тегории: позитивные и негативные. Для позитивных фоторезистов до­рожке на плате соответствует черный участок на фотошаблоне, а для нега­тивных, соответственно, прозрачный. Наибольшее распространение полу­чили позитивные фоторезисты как наиболее удобные в применении.

Ос­тановимся более подробно на ис­пользовании позитивных фоторезис­тов в аэрозольной упаковке. Первым этапом является подготовка фотошаблона. В лабораторных условиях его можно получить, напечатав рисунок платы на лазерном принтере на пленке. При этом необходимо особое внимание уделить плотности черного цвета на фо­тошаблоне, для чего необходимо от­ключить в настройках принтера все ре­жимы экономии тонера и улучшения ка­чества печати. На втором этапе на предварительно подготовленную и очищенную поверх­ность платы наносится тонкая пленка фоторезиста. Делается это путем рас­пыления его с расстояния порядка 20 см. При этом следует стремиться к максимальной равномерности получа­емого покрытия. Кроме того, очень важно обеспечить отсутствие пыли в процессе распыления — каждая попав­шая в фоторезист пылинка неминуемо оставит свой след на плате.

После нанесения слоя фоторезиста необходимо высушить получившуюся пленку. Делать это рекомендуется при температуре 70 °С - 80 °С, причем сна­чала нужно подсушить поверхность при комнатнойтемпературе и лишь затем постепенно довести температуру до нужного значения. Время сушки при указанной температуре составляет по­рядка 20-30 мин. В крайнем случае допускается сушка платы при комнатной температуре в течение 24 часов. Платы с нанесенным фоторезистом должны храниться в темном прохладном месте.

Следующим после нанесения фото­резиста этапом является экспонирова­ние. При этом на плату накладывается фотошаблон (желательно стороной пе­чати к плате: это способствует увеличе­нию четкости при экспонировании), ко­торый прижимается тонким стеклом или куском плексигласа. При достаточ­но небольших размерах плат для при­жима можно использовать крышку от коробки компакт-диска либо отмытую от эмульсии фотопластинку. Поскольку область максимума спектральной чув­ствительности большинства современ­ных фоторезистов приходится на ульт­рафиолетовый диапазон, для засветки желательно использовать лампу с боль­шой долей УФ-излучения в спектре (ДРШ, ДРТ и др.). В крайнем случае, можно использовать мощную ксеноновую лампу. Время экспонирования за­висит от многих причин (тип и мощ­ность лампы, расстояние от лампы до платы, толщина слоя фоторезиста, ма­териал прижимного покрытия и др.) и подбирается экспериментально. Одна­ко в целом время экспонирования со­ставляет обычно не более 10 минут да­же при экспонировании под прямыми солнечными лучами.

Проявление большинства фоторези­стов осуществляется раствором едкого натра (NaOH) — 7 граммов на литр во­ды. Лучше всего использовать свежеприготовленный раствор, имеющий температуру 20 °С - 25 °С. Время прояв­ления зависит от толщины пленки фо­торезиста и находится в пределах от 30 секунд до 2 минут. После проявления плату можно подвергать травлению в обычных растворах, поскольку фоторе­зист устойчив к воздействию кислот. При использовании качественных фо­тошаблонов применение фоторезиста позволяет получить дорожки шириной вплоть до 0,15 - 0,2мм.