РИСУНКА ПРОВОДНИКОВ НА ПП

Наиболее общими показателями уровня ПП являются ширина проводников и диаметр межслойных переходов. Тенденция развития ПП характеризуется уменьшением ширины проводников и увеличением количества межслойных переходов за счет уменьшения их размеров.

Для получения проводящего рисунка слоев ПП используются два вида технологии:

1) на основе субтрактивных методов;

2) на основе аддитивного формирования.

По субтрактивной технологии рисунок проводников получается травлением медной фольги по защитному изображению в фоторезисте или металлорезисте. Рассмотрим три разновидности субтрактивной технологии формирования рисунка.

Первый вариант (рис. 6.2) – негативный процесс с использованием сухого пленочного фоторезиста (СПФ). Процесс достаточно простой, применяется при изготовлении односторонних и двухсторонних ПП. Металлизация внутренних стенок отверстий не выполняется. Заготовка – фольгированный диэлектрик. Методами фотолитографии с помощью сухого пленочного фоторезиста на поверхности фольги формируется защитная маска, представляющая собой изображение (рисунок) проводников. Затем открытые участки медной фольги подвергаются травлению, после чего удаляется фоторезист – и плата готова.

Рис. 6.2. Субтрактивный метод: негативный процесс с использованием СПФ [6].

Второй вариант (рис. 6.3) – позитивный процесс. Создается проводящий рисунок двусторонних слоев с межслойными металлизированными переходами (отверстиями). Сухой 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 СПФ защитный рельеф получают на местах поверхности металлизированной фольги, подлежащей последующему удалению травлением. На участки, не защищенные СПФ, последовательно осаждаются медь и металлорезист (сплав SnPb), в том числе и на поверхность стенок отверстий. Затем удаляется защитный рисунок из фоторезиста, и незащищенные металлорезистом слои меди вытравливаются. Процесс более сложный, однако с его помощью удается получить металлизированные стенки отверстий.

Рис. 6.3. Субтрактивный метод: позитивный процесс с использованием СПФ и металлорезиста (сплава SnPb) [6].

Третий вариант (рис. 6.4) – так называемый тентинг-процесс: как и в позитивном процессе, берется заготовка в виде фольгированного диэлектрика; формируются отверстия; проводится предварительная металлизация всей платы включая внутренние стенки отверстий. Затем наносится СФП, который формирует маску во время фотолитографии в виде рисунка печатных проводников и образует завески – тенты над металлизированными отверстиями, защищая их во время последующей операции травления свободных участков медной фольги. В этом процессе используются свойства пленочного фоторезиста наслаиваться на сверленые подложки без попадания в отверстия и образовывать защитные слои над металлизированными отверстиями.

Применение тентинг-метода упрощает технологический процесс изготовления двусторонних ПП с металлизированными отверстиями. Однако необходимо обеспечить гарантированное запечатывание отверстий фоторезистом. Кроме того, качество поверхности металла вокруг отверстий должно быть очень хорошим, без заусениц.

Рис. 6.4. Субтрактивный метод: тентинг-процесс [6].

Для получения изображений используется пленочный фоторезист толщиной 15-50 мкм. Толщина фоторезиста в случае тентинг-метода диктуется требованиями целостности защитных завесок над отверстиями в операциях проявления и травления, проводимых разбрызгиванием проявляющих и травящих растворов под давлением 160...200 кПа и более. Фоторезисты толщиной менее 45-50 мкм в этих операциях над отверстиями разрушаются. Подготовка поверхностей заготовок под наслаивание пленочного фоторезиста с целью удаления заусенец 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 в операциях проявления и травления. Кроме того, механическая зачистка пемзой дает матовую однородную поверхность с низким отражением света, обеспечивающую более однородное экспонирование фоторезиста.

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

Субтрактивный метод получения рисунка проводников ПП основан на травлении медной фольги по защитной маске. Из-за процессов бокового подтравливания меди под краями маски поперечное сечение проводников имеет форму трапеции, расположенной большим основанием на поверхности диэлектрика. Величина бокового подтравливания и, соответственно, разброс ширины создаваемых проводящих дорожек зависят от толщины слоя металла: при травлении фольги толщиной 5 мкм интервал разброса ширины проводников составляет приблизительно 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 их изображений в фоторезисте и на фотошаблоне смещаются в сторону заужения. Следовательно, при субтрактивной технологии размеры проводников на фотошаблоне необходимо увеличивать на величину заужения.

Из этого следует, что субтрактивная технология имеет ограничения по разрешению, которые определяются толщиной фольги и процессами травления. Минимально воспроизводимая ширина проводников и зазоров приблизительно составляет:

· 50 мкм при толщине фольги 5...9 мкм;

· 100...125 мкм при толщине проводников 20...35 мкм;

· 150...200 мкм при толщине проводников 50 мкм.

Для изготовления печатных плат с шириной проводников и зазоров 50...100 мкм и толщиной проводников 30...50 мкм рекомендуется использовать аддитивный метод ПАФОС (полностью аддитивное формирование слоев). В этом методе проводники формируются селективным гальваническим осаждением только в необходимых местах, а изоляция между проводниками создается методом прессования. Метод ПАФОС как аддитивный метод принципиально отличается от субтрактивного тем, что металл проводников наносится, а не вытравливается.

Проводящий рисунок формируется (рис. 6.5) последовательным наращиванием слоев: 1)получение на временных «носителях» – листах из нержавеющей стали медной шины толщиной 2...20 мкм; 2)формирование рисунка в СПФ; 3)гальваническое осаждение тонкого слоя никеля (2...3 мкм) и меди (30...50 мкм) по рисунку освобождений в рельефе пленочного фоторезиста. В защитном рельефе пленочного фоторезиста на верхнюю поверхность сформированных проводников наносятся также и адгезионные слои. После этого пленочный фоторезист удаляется, и проводящий рисунок на всю толщину впрессовывается в препрег или другой диэлектрик. Полученный прессованный слой вместе с медной шиной механически отделяется от поверхности носителей.

Если межслойные переходы не нужны, то медная шина стравливается и плата готова.

Рис. 6.5. Аддитивный метод (ПАФОС) [6].

При изготовлении двусторонних слоев с межслойными переходами перед травлением тонкой медной шины отверстия сверлятся и металлизируются, после чего медные шины стравливаются. Проводящий рисунок, утопленный в диэлектрик и сверху защищенный слоем никеля, при травлении медной шины не подвергается воздействию травильного раствора. Поэтому форма, размеры и точность проводящего рисунка определяются формой и размерами освобождений в рельефе пленочного фоторезиста, т. е. процессами фотохимии (фотолитографии). Отсюда к процессам фотолитографии предъявляются более жесткие требования, в частности, к оптической плотности белых и черных полей фотошаблонов, резкости края изображения, стабильности температуры и влажности в рабочих помещениях.

Профиль фоторельефа пленочного фоторезиста зависит от применяемой модели светокопировальной установки. При экспонировании на установках с совершенной экспонирующей системой, обеспечивающей высокую коллимацию высокоинтенсивных световых лучей и отсутствие нагрева рабочей копировальной поверхности, фоторельеф имеет ровные боковые стенки с малым наклоном к поверхности подложки.

При обеспечении требуемых параметров технологического процесса аддитивная технология позволяет получать рисунок проводников на плате с большими точностью и воспроизводимостью, а именно:

· ширина проводников, сформированных в рельефе пленочного фоторезиста, практически по всей высоте проводника равна ширине изображения на фотошаблоне, интервал разброса не превышает 5...10 мкм;

· искажения ширины проводников на поверхности подложки относительно размеров на фотошаблоне в среднем составляют от 10 до 20 мкм;

· суммарный интервал разброса ширины проводников по всей высоте фоторельефа не превышает 15...20 мкм.

Таким образом, в отличие от субтрактивной технологии аддитивные процессы принципиально позволяют получать ПП по самым высоким классам точности.