Как подобрать время экспозиции фоторезиста. Пленочный фоторезист. Изготовление печатных плат в домашних условиях. Фоторезистивная технология изготовления печатных плат

Карло Фавини, EIga Europe

На примере фоторезистов фирмы Elga Europa рассматривается применение сухих пленочных фоторезистов при изготовлении печатных плат по различным технологическим режимам.

Для изготовления печатных плат фирма Elga Europa рекомендует следующие основные типы фоторезистов:

ALPHA 800i;

ALPHA 900;

AR 200s;

AM 100;

ALPHA 300.

Данные фототропные фоторезисты охватывают все возможные требования заказчиков, имеют очень высокое разрешение (проводник/зазор не хуже 50 мкм) и после экспонирования обеспечивают четкий отпечаток. Ограничение по показателю разрешения зависит в основном от оборудования, используемого при работе с фоторезистом.

При выборе фоторезиста принимают во внимание такие факторы, как:

Окружающие условия (влажность и температура);

Топология печатных плат;

Подготовка поверхности;

Универсальность фоторезиста;

Необходимая щелочная устойчивость при нанесении золота или щелочном травлении внутренних слоев;

Тип оборудования для снятия фоторезиста.

Сами фоторезисты различаются по устойчивости к щелочному раствору, пластичности, методам удаления.

Ниже приведены наиболее важные особенности каждого фоторезиста.

Alpha 900

Мягкий пластичный фоторезист с очень хорошей конформностью.

Чувствителен к влажности и температурным условиям хранения. Возможны проблемы, связанные с растеканием фоторезиста по краям рулона и утончением на краях отверстий печатной платы.

Обладает хорошей адгезией к основанию печатной платы. Время удаления составляет 100 с, размер частиц удаляемого фоторезиста меньше среднего.

Идеальный фоторезист для внешних слоев.

Alpha 800i

Этот фоторезист тверже, чем Alpha 900, конформность хорошая, но хуже чем у Alpha 900. Рекомендуется для металлизации меди, тентинга с кислотным травлением или очень мягкого щелочного травления. Обладает очень хорошей адгезией, хорошо удаляется за более короткое время, чем Alpha 900.

Размер частиц маленький.

AR 200S

Используется для металлизации меди, тентинга и изготовления внут-

ренних слоев, применяется для кислотного или щелочного травления с надлежащим контролем рН в растворе и промывке. Обладает лучшей устойчивостью в щелочных растворах, чем Alpha 800i.

Время удаления фоторезиста примерно 100 с, размер удаляемых частиц от среднего до большого. Предпочтительнее использовать растворы от компании Elga Europe для удаления фоторезиста.

При выступании меди за края фоторезиста (поверхностный слой гальванической меди толще, чем слой фоторезиста) необходимо использовать эффективное оборудование для удаления, так как фоторезист имеет тенденцию удаляться большими кусками.

AM 100

Рекомендуется для всех видов применения (кроме нанесения слоя золота большой толщины) и особенно для различных вариантов прямой металлизации (палладий, углерод, полимер и т.д.), после которой на медной поверхности заготовки не допускается создание микрошероховатостей перед нанесением фоторезиста, т.е. для случаев, когда медная поверхность не очень хорошо подготовлена.

Все остальные свойства такие же, как у фоторезиста Alpha 200S, но у AM 100 лучше адгезия, меньше размер частиц и лучше устойчивость к золотому покрытию.

Alpha 300

Фоторезист широкого применения с хорошей устойчивостью к химикатам; идеален для долгого травления (травление 100...150 мкм) или очень жестких условий щелочного травления.

Превосходная устойчивость к осаждению золота, даже при большой толщине.

Используется для металлизации, тентинга и изготовления внутренних слоев.

Удаляется фоторезист медленно, размер удаляемых частиц от среднего до большого, по этой причине предпочтительнее использовать растворы для удаления от компании Elga Europe.

1. Хранение в некондиционируе-мых помещениях (влажность и температура не контролируются).

Чтобы избежать проблем с растеканием фоторезиста по краям рулона и утончением по краям отверстия печатной платы, рекомендуется использовать более твердые фоторезисты.

Однако в этом случае могут возникнуть проблемы при ламинировании и тентинге.

Самый твердый фоторезист компании Elga Europe - Alpha 800i.

2. Оборудование для снятия фоторезиста.

Фоторезист, распадающийся при раздубливании на мелкие частицы, можно использовать на любом оборудовании снятия фоторезиста и при любых условиях.

Применение фоторезистов Alpha 300, AM 100 и AR 200S может приводить к проблемам с системой фильтрации циклонного типа из-за очень большого размера удаляемых частиц.

3. Установки экспонирования.

Дополнительных требований к установкам экспонирования нет, так как все материалы являются высокочувствительными и могут быть использованы с лампами мощностью 3 кВт.

4. Высокая плотность монтажа печатных плат.

Все фоторезисты обладают высоким разрешением, очень высокое разрешение (20 мкм) требует применения особых фоторезистов, таких как FP300.

Разрешение выше при использовании фоторезистов меньшей толщины.

Толщина всех фоторезистов 30, 40 и 50 мкм, по особому требованию производятся фоторезисты толщиной 20 и 75 мкм.

Рассмотрим основные операции при работе с сухими пленочными фоторезистами.

Подготовка поверхности

Подготовка поверхности перед нанесением сухого пленочного фоторезиста призвана обеспечить оптимальную адгезию фоторезиста к поверхности заготовки. Адгезия к меди зависит от двух факторов: микрорельефа поверхности меди на заготовке и химических реакций на поверхности. Шероховатая поверхность обеспечивает требуемую площадь контакта для лучшего механического сцепления сухого пленочного фоторезиста. В то же время, избыточная адгезия отрицательно влияет на дальнейшую обработку фоторезиста. Состав фоторезиста разрабатывается таким образом, чтобы он надлежащим образом соединялся с подготовленной медной поверхностью, которая по отношению к нему является гидрофильной, гидратированной и полярной.

В общем виде подготовка поверхности состоит из двух этапов.

1. Удаление защитной пленки или антиоксидантов, которые применяются для предотвращения окисления медной фольги, и удаление отпечатков пальцев, жиров, масел и т.д.

2. Создание шероховатой поверхности при помощи механических средств или микротравления.

При подготовке поверхности медной фольги применяются химическая очистка, включая микротравление, и различные виды механической очистки (пемзовая щеточная, гидроабразив, абразивные валки).

Кислотная химическая очистка с микротравлением позволяет получить подходящую поверхность без риска деформации, которая возможна при механической подготовке на тонком ламинате. Для микротравления используется раствор персульфата или моноперсульфата натрия. При этом с поверхности должно быть стравлено порядка 1,0 мкм меди. Следующим шагом является травление серной кислотой или промывка водой под высоким давлением и просушка. Подготовленная поверхность сохраняет свойства около 4 ч. Следует заметить, что повторное окисление происходит быстрее при химической подготовке поверхности и медленнее при механической подготовке.

Тентирование и травление

Фоторезист наносится на металлизированную поверхность заготовки. Так как гальваническая медь очень чиста, она не требует дополнительной химической очистки перед нанесением фоторезиста.

Если оборудование для металлизации заготовок не обеспечивает требуемой чистоты, требуется очистка раствором кислоты для удаления оксидов. Металлизированная медная поверхность должна быть равномерной по структуре. При наличии де-ндритов меди необходима дополнительная механическая очистка.

Субтрактивный метод нанесения

После осаждения химической меди с последующей затяжкой поверхность можно подготовить механическим или химическим способом. Максимальное время межоперационного хранения до нанесения фоторезиста - 4 ч. В противном случае необходимо провести повторную подготовку поверхности.

Процесс прямой металлизации

В случае прямой металлизации фоторезист наносят прямо на металлизированную поверхность, как только заготовка выйдет с линии. По этой причине на многих предприятиях ламинатор размещают в непосредственной близости от линии прямой металлизации. Чтобы улучшить адгезию фоторезиста металлизированные поверхности иногда зачищают механически. Необходимость этого определяется конкретным процессом и типом фоторезиста.

Обратите внимание, что после некоторых процессов прямой металлизации не рекомендуется зачищать или химически обрабатывать поверхности заготовок, чтобы не нарушить целостность металлизации в отверстиях.

В некоторых случаях микротравление также может быть частью процесса прямой металлизации для удаления частиц катализатора (углерода, графита или сульфида палладия) с поверхности. В этом случае медная

поверхность становится очень гладкой и требует специального сухого пленочного фоторезиста с очень хорошей адгезией.

Нанесение фоторезиста

Фоторезист Огс1у1 может применяться со всеми современными ламинаторами. Технологическая операция нанесения фоторезиста требует очень высокой чистоты. Заготовки, валик для нанесения фоторезиста и окружающая среда должны быть свободны от грязи и частиц пыли, которые могут приводить к проколам. Валики для ламинирования надо периодически проверять и очищать изопропило-вым спиртом, чтобы избежать повторяющихся дефектов при нанесении фоторезиста на поверхность заготовки печатной платы (см. рис. 1).

Рис. 1. а) дефект, вызванный выпуклостью на валике; б) дефект, вызванный впадиной на валике

Внешний вид дефекта, вызванного впадиной (царапиной) на валике, отличается от дефекта, вызванного выпуклостью. Дефект от выпуклости проявляется в виде слабых пятен, некоторые могут иметь светлые ореолы вокруг. Дефекты, вызванные впадиной, проявляются в виде однородных светлых участков, а форма дефекта похожа на форму впадины.

Условия нанесения фоторезиста

Для обеспечения высокого процента выхода годных плат тип фоторезиста должен соответствовать степени волнистости поверхности материала, вызванной переплетением нитей стеклоткани в диэлектрике (так называемый феномен доминирования стеклоткани). Это очень важно при изготовлении рисунка с высоким разрешением.

Преодоление феномена «доминирования стеклоткани» во многом зависит от типа используемого фоторезиста и может быть осуществлено путем:

Увеличения температуры валиков при нанесении фоторезиста;

Увеличения давления;

Нанесения фоторезиста на пониженных скоростях;

Использования предварительного нагрева плат.

Чрезмерно высокая температура валиков ламинатора и/или подогрева заготовок может привести к сморщиванию фоторезиста. Верхний температурный предел определяется тенденцией фоторезиста к сморщиванию. Повышение температуры валика, подогрева и увеличивающееся давление должны быть тщательно выверены, чтобы не произошло повреждения покрытия из-за того, что фоторезист будет затягиваться в сквозные отверстия.

Уменьшение давления на валах (при нанесении фоторезиста) и температуры может потребоваться при «тентинге», чтобы уменьшить повреждения покрытия и ослабить продавли-вание фоторезиста в сквозные отверстия. Условия нанесения фоторезиста всегда должны соответствовать его пластичности.

Температура плат на выходе

Контроль температуры фоторезиста на заготовке на выходе из ламинатора используется для проверки правильности нанесения фоторезиста. Температура платы на выходе зависит от толщины платы, конструкции ламинатора, наличия предварительного нагрева платы, температуры валиков для нанесения фоторезиста, скорости его нанесения. Рекомендуется использовать контроль температуры как инструмент контроля качества, но не в качестве технических требований.

Внутренние слои - 50...60°С;

Внешние слои - 43...55°С;

Покрытые золотом - 48...55°С.

Замер температуры заготовки на выходе осуществляется термополосками. Время выдержки

Фоторезист Огс1у1 можно экспонировать сразу же после нанесения, что не ухудшит его разрешения. Но так как заготовки и фотошаблоны меняют размеры с изменением температуры, перед экспонированием заготовки следует охладить до комнатной температуры. При конвейерной организации производства необходимо использовать накопитель, располагаемый между ламинатором и установкой экспонирования, чтобы заготовки охладились до комнатной температуры. Максимальное время выдержки определяется эмпирически, так как оно зависит от температуры и влажности помещения, где хранятся заламинированные заготовки, а также от типа (химического состава) фоторезиста.

После операций металлизации отверстий следует проверить, что сквозные отверстия хорошо высушены перед ламинированием. Если в отверстиях находится вода, фоторезист может затечь в них, вызвав тем самым пустоты по краю, которые будут увеличиваться со временем.

Зкспонирование

Чувствительность фоторезиста ОМу1 в ультрафиолетовой области максимальна на длине волны 350...380 нм. Вообще, фоторезист чувствителен в области 300.450 нм, поэтому в рабочем помещении требуется неактинич-ное желтое освещение.

Чтобы обеспечить оптимальное разрешение и хорошее качество канала фоторезиста, необходимо иметь:

Фотошаблон хорошего качества;

Хороший контакт фотошаблона с фоторезистом в вакуумной раме;

Подходящий источник света;

Энергия экспонирования должна быть оптимальной для данного оборудования и типа фоторезиста.

Оптимальные условия экспонирования

Определение оптимального времени экспонирования следует производить с помощью ступенчатого клина Што-уффера. Существует линейная зависимость между проявлением ступеней клина Штоуффера и экспонированием (см. рис. 2), также нужно учитывать то, что не все радиометры считывают одинаковые показания энергии экспонирования. После проявления рекомендуется 7-8 ступень по 21 ступенчатому клину Штоуффера, покрытая фоторезистом, допускается частичное разрушение фоторезиста на ступени, но его остаток должен быть более 50%.

Рис. 2.

Тип фоторезиста и особенности процесса экспонирования влияют на выбор оптимальной энергии экспонирования. Для фоторезиста Огс1у1 она может варьироваться в пределах 8.60 мДж/см 2 . Далее приводятся некоторые основные показатели, обеспечивающие оптимальный выбор и влияющие на процесс экспонирования фоторезиста.

Увеличение энергии экспонирования вызывает:

Увеличение полимеризации, что увеличивает устойчивость к дальнейшей химической обработке;

Увеличение диапазона времени проявления;

Уменьшение протравов при травлении и коротких замыканий при металлизации.

Негативные моменты экспонирования с более высокой энергией:

Уменьшается разрешающая способность фоторезиста;

Увеличивается вероятность дефектов экспонирования (эффект расплывчатости, вуаль);

Труднее полностью удалить фоторезист.

Время межоперационного хранения

Проявление можно выполнить сразу же после экспонирования, в противном случае допускается хранение заготовок в темном месте в течение нескольких дней.

Освещение

Чтобы получить требуемую энергию для засветки фоторезиста, интенсивность освещения должна быть выше 5 мВт/см 2 .

Обычно, новая УФ-лампа дает интенсивность освещения около 18 мВт/см 2 .

Постоянная ширина проводника

Фоторезист, обладающий более высоким разрешением, характеризуется меньшим увеличением ширины проводника при воздействии на него избыточной энергии экспонирования.

Чистые комнаты

Чтобы увеличить процент выхода годных плат с высоким разрешением, ламинатор должен быть установлен в «чистой» комнате. Процессы нанесения фоторезиста и экспонирования являются наиболее чувствительными к загрязнению. Посторонние частицы между фоторезистом и медью (при нанесении фоторезиста) понижают адгезию и препятствуют экспонированию фоторезиста. Обе эти проблемы могут вызвать разрывы при травлении и короткие замыкания при металлизации.

Частицы размером 15 мкм и более могут вызвать дефекты, так как они слишком велики, оседают на поверхности и поэтому не удаляются при помощи системы циркуляции воздуха в чистых комнатах. Чтобы удалить эти частицы, требуется эффективная очистка фотошаблонов и рам экспонирования.

Перед ламинированием и экспонированием рекомендуется для очистки использовать липкие ролики.

Плохой контакт при экспонировании

Воздушный зазор между фотошаблоном и заготовкой приводит к некачественному экспонированию, что вызывает дефекты на последующих операциях техпроцесса (короткие замыкания при травлении и разрывы при металлизации).

Вакуумная рама

Вакуумные рамы необходимы для самого плотного соединения фотошаблона с поверхностью фоторезиста. Появление маленьких неподвижных интерференционных колец (кольца Ньютона) - единственное доказательство хорошего контакта между заготовкой, фотошаблоном и поверхностью вакуумной рамы. Рамы экспонирования стекло - стекло имеют более высокое разрешение и совмещение. Важно оптимизировать размер рамы и ее рабочую толщину исходя из размера заготовки. Если размеры рамок фиксированы, можно использовать маски-вкладыши для варьирования типоразмеров плат. Обычно толщина маски-вкладыша должна быть немного больше толщины заготовки, покрытой фоторезистом.

Проявление

Условия проявления зависят от состава фоторезиста, точные рекомендации обычно даются в спецификации.

Для фоторезиста Огс1у1 общие условия проявления таковы:

Давление проявителя - 1,5.2,0 бар;

Температура проявителя - 25.32°С;

Концентрация карбоната натрия - 0,7.1,0%;

Концентрация карбоната калия - 0,8.1,1%;

Брэйк-пойнт - 50.60%;

Давление распыления при промывке - 1,2.2,0 бар;

Температура промывки - 15.25°С;

Длина камеры промывки больше половины длины камеры проявления.

Брэйк-пойнт

Скорость проявления должна соответствовать конкретному типу фоторезиста. Брэйк-пойнт есть процентное отношение активной длины камеры, на которой удалился фоторезист, к общей длине камеры проявления.

Расчет брейк-пойнта выполняется следующим образом:

(Р х 100%)/Дп,

где Р - расстояние от входа в проявочную камеру до брейк-пойнта; Дп - используемая длина проявочной камеры.

Брэйк-пойнт устанавливают на неэкспонированных заготовках такого же размера, что и рабочие заготовки (по ходу конвейера). Чтобы изменить брэйк-пойнт, нужно рассчитать скорость, требуемую для установления данного брэйк-пойнта, используя уравнение:

Скорость = брэйк-пойнт треб х х скорость [при брэйк-пойнт изм ] / брэйк-пойнт изм.

Теперь необходимо настроить расчетную скорость конвейера и провести тест. Процедуру повторяют до тех пор, пока брэйк-пойнт не будет правильно установлен.

Время и условия проявления

Время проявления, необходимое для установления нужного брэйк-пой-нта, зависит от состава проявляющего раствора. Время проявления уменьшается с увеличением концентрации карбоната натрия, однако при высокой концентрации время может снова увеличиться. Для плат с тонкими проводниками рекомендуется более низкая концентрация. Время проявления уменьшается и при повышении рабочей температуры раствора, но более высокая температура не всегда обеспечивает лучшие результаты.

Для каждой комбинации типа фоторезиста и вида оборудования время проявления следует определить индивидуально. Оно зависит от типа и количества форсунок, давления распыления, расстояния между форсунками и заготовками, размера заготовок.

Насыщенность раствора фоторезистом

В процессе работы насыщенность раствора проявления фоторезистом увеличивается, соответственно, увеличивается и брэйк-пойнт, поэтому скорость конвейера приходится уменьшать.

Рабочий раствор карбоната следует заменить, когда время проявления увеличится на 50% по отношению к свежему раствору. В одном литре раствора можно обработать 0,2 м 2 фоторезиста толщиной 40 мкм или 0,15 м 2 фоторезиста толщиной 50 мкм.

При такой концентрации нет заметного влияния на боковые стенки канала фоторезиста, на воспроизведение шаблона, разрешение проводника и зазора между ними.

Раствор следует заменить, если:

Величина рН < 10,2;

Число обработанных заготовок превышает расчетное;

Скорость проявителя слишком низка.

Насыщенность фоторезистом: система слива и пополнения

В системе слива и пополнения насыщенность фоторезистом поддерживается постоянной за счет пополнения свежим проявителем.

Момент добавления свежего раствора отслеживается путем контроля:

Величины рН (норма рН = = 10,6);

Числа обработанных заготовок (в зависимости от размера заготовок и процентного соотношения площади проявленного фоторезиста).

В Европе общепринят автоматический подсчет числа обработанных заготовок. На каждые 0,2 м 2 проявленного фоторезиста добавляют 1 л свежего раствора карбоната. Периодичность добавки зависит от скорости конвейера.

Концентрацию рабочего раствора можно проверить титрованием или по удельной проводимости.

Промывка и сушка

Промывка является очень важной частью процесса проявления. Чтобы очистить поверхность платы от посторонних веществ, заготовку нужно хорошо промыть при температуре 15.25°С. Результатом плохой промывки могут стать рваные края медных проводников, грубое, ступенчатое покрытие, плохая адгезия (при последующем гальваническом меднении).

Настоятельно рекомендуется использовать жесткую воду с 150...300 ррт или 3-6 мг-экв./л карбоната кальция. Давление воды в форсунках должно быть 1,5.2,0 бар. Не рекомендуется промывка в мягкой или деионизован-ной воде, так как в такой воде процесс проявления имеет тенденцию к продолжению, и результатом такой промывки будет плохое качество боковых стенок проводников. Если нет воды нужной жесткости, ее можно сделать жесткой искусственно путем добавления небольшого количества раствора сульфата магния.

Заготовку после промывки следует высушить. Оставшаяся на фоторезисте и затем испарившаяся вода ухудшит качество линий (проводников), так как остатки проявителя будут действовать на боковые стенки фоторезиста. Результатом этого оказывается неравномерное покрытие и обрывы проводников. Области на поверхности платы, которые не были высушены сразу же после проявления, могут окислиться.

Техническое обслуживание камеры проявления

Камеру проявления следует чистить не реже одного раза в неделю, чтобы удалить остатки фоторезиста, накипь карбоната кальция и пено-гаситель. Остатки фоторезиста лучше удалять 3...5% раствором соды или раствором гидроксида калия, однако накипь, вызванную использованием очень жесткой воды, нужно удалять разбавленными растворами серной кислоты.

Снятие фоторезиста

Фоторезист Ordyl можно удалять в воднощелочных растворах, что можно делать в конвейерных машинах. Время снятия фоторезиста зависит от нескольких факторов, таких как тип фоторезиста, оборудование для снятия, температура нанесения, толщина фоторезиста и степень его экспонирования.

Снятие фоторезиста в водных растворах

Конфигурация оборудования и требования к процессу влияют на выбор состава раствора и температуры.

Для удаления фоторезиста можно использовать 1...4% растворы едкого калия или каустической соды. Вся операция по снятию фоторезиста должна быть настроена на брэйк-пойнт 50% или меньше, более высокая степень брэйк-пойнта увеличивает вероятность того, что фоторезист не будет полностью удален.

Чтобы минимизировать действие удаляющего раствора на слой из олова или олова-свинца, можно установить брэйк-пойнт на величину 70...80%. При этом нужно убедиться, что фоторезист полностью удаляется.

Важно учитывать, что время снятия фоторезиста и размер удаляемых частиц в большой степени зависят от типа фоторезиста.

Выбор раствора для снятия фоторезиста

Наиболее подходящий промышленный раствор для снятия фоторезиста содержит химикаты, которые позволяют удалять его быстрее и эффективнее, чем водные растворы гидроксидов натрия и калия. Оптимальные растворы также минимизируют воздействие химикатов на олово/олово-свинец, причем слой меди остается без окислов. Эти растворы сегодня становятся распространенными при субтрактивном методе изготовления плат благодаря меньшему воздействию химикатов на олово и лучшему качеству снятия фоторезиста, что особенно важно в случае плат с высоким разрешением рисунка.

Пополнение раствора (корректировка)

Так как насыщенность раствора фоторезистом замедляет процесс его удаления, рекомендуется использовать систему корректировки, чтобы скорость снятия фоторезиста была постоянной. Обычно корректировка осуществляется исходя из числа обработанных плат.

Фильтрация

Оборудование для снятия фоторезиста методом распыления содержит систему фильтрации, которая собирает его частицы. Фильтр предотвращает засорение форсунок и попадание частиц фоторезиста в систему промывки. В процессе снятия фоторезиста увеличивается насыщение им рабочего раствора, происходит изменение химических свойств раствора. Большинство систем фильтрации используют циклонные, барабанные, сетчатые фильтры, наклонные экраны или их комбинации.

Пеногаситель

Из-за того, что в составе фоторезиста содержатся мономеры, при обработке плат в растворах проявления и раздубливания образуется пена. Количество пены зависит от используемого фоторезиста и насыщенности раствора. Концентрацию пеногасите-ля нужно поддерживать на рекомендуемом уровне, дозируя его в камеру проявления в момент пополнения проявителя свежим раствором. Пе-ногаситель следует добавлять прямо в рабочую емкость с проявителем, так как если добавить его в корректировочный раствор карбоната, он будет держаться на поверхности и останется в емкости. При подготовке нового проявляющего раствора пеногаситель надо добавить сразу же по достижении рабочей температуры. Качественным признаком смешения пеногасителя с проявляющим раствором является легкое помутнение рабочего раствора.

Если пеногасителя недостаточно, раствор будет продолжать пениться; если добавлено чрезмерное количество пеногасителя, на поверхности заготовки может остаться трудно смываемый маслянистый осадок. Это особенно заметно при использовании пеногасителя на основе силикона, поэтому настоятельно рекомендуется избегать использования материалов такого типа.

Выбор пеногасителя важен еще и потому, что существует возможность его реакции с солями рабочего раствора или компонентами фоторезиста и появления тяжелых осадков, труд-ноудаляемых из труб и форсунок.

Обычно пеногаситель добавляют из расчета 0,5 мл на 1 литр рабочего раствора карбоната.

Статья г-на К. Фавини публикуется при содействии компании ООО «Петрокоммерц», эксклюзивного представителя фирмы Elga Europe в России.

Приветствую вас дорогие друзья! Вы находитесь на блоге Владимира Васильева а за окном раннее утро! Это все потому, что я встал пораньше чтобы написать для вас полезный пост, так что поехали…

В прошлой статье я писал о том, что качество плат получаемых ЛУТ-м перестало меня удовлетворять поэтому я собираюсь отойти от всенародной технологии ЛУТ и перейти на фоторезистивную. Для этого я в том числе пленочный фоторезист. Кстати вполне возможно что на моем блоге в скором времени появится статья о том как правильно изготавливать печатные платы фоторезистивным методом. Но это будет потом а сейчас я хочу вам рассказать свой опыт применения фоторезиста, в частности получения нужного времени засветки.

В применении фоторезиста есть одна тонкость. Качество сформированного рисунка на фоторезисте очень сильно зависит от правильности выбранного времени экспонирования (засветки) . Эту тонкость я ощутил на себе.

После того как был подготовлен фотошаблон а фоторезист благополучно нанесен на фольгированный стеклотекстолит приходит время выяснить требуемое время засветки. Для этого я сформировал «бутерброд», текстолит с нанесенным фоторезистом накрыл фотошаблоном и положил сверху лист оргстекла (в моем случае это прозрачная крышка от коробки CD — диска).

Далее было выбрано гипотетическое время засветки этого бутерброда — 2 минуты. На 2 минуты я включил ультрафиолетовую лампу и стал с трепетом ждать результата. Эти 2 минуты прошли быстро… Первое мое разочарование заключалось в том, что хотя фоторезист у меня индикаторный но почему-то фиолетовое очертание рисунка было чрезвычайно блеклым.

Чтож, далее эту красоту ожидало погружение в кальцинированную соду. Раствор представлял собой чайная ложка кальцинированной соды на литр воды. После омывания в растворе последовало второе разочарование — если рисунок вначале промывки еще имел место быть то к концу промывки (2-3 мин.) он окончательно смылся. Пришло время раздумий…

После анализа своих действий я пришел к выводу, что самым слабым местом в цепочке моих действий было именно время засветки фоторезиста и это время было недостаточным…

Время засветки не может быть каким-то универсальным потому, что здесь появляется несколько плавающих факторов, среди которых и качество фотошаблона, мощность УФ лампы и ее характеристики, материал прижимного стекла. Все это может очень сильно отличаться и не мудрено, что при выборе одного универсального времени засветки также сильно будет отличаться и результат!

Исходя из полученного опыта я перечитал очень много информации и нашел очень интересный прием с помощью которого можно достаточно точно определить требуемое время засветки. Хочу отметить, что этот прием будет работать только в том случае когда все эти факторы (УФ лампа, качество фотошаблона, прижимное стекло) низменны.

Для того, чтобы провести этот опыт и выяснить сколько времени нужно освещать фоторезист, предлагаю скачать файл калибровочного фотошаблона. Этот файл я нашел на одном из радиолюбительских форумов.

На изображении лишь фрагмент рисунка, если скачаете pdf файл то там будет 2 ряда по десять изображений.

Для проведения этого эксперимента вам понадобятся следующие инструменты:

Калибровочный рисунок
Установка для экспонирования (или просто УФ лампа)
Заслонка, непрозрачная для УФ лучей по размерам фотошаблона — это может быть полоска картона, непрозрачного пластика, даже кусок текстолита.
Таймер — с ролью таймера великолепно справляется телефон
Кальцинированная сода- продается в хозяйственных магазинах и стоит копейки

Суть эксперимента

Распечатываем наш калибровочный рисунок -это будет наш фотошаблон. Затем берем наш кусок фольгированного стеклотекстолита с уже накатанным фоторезистом (если еще не накатали то бегом накатывать) и кладем на стол фоторезистом вверх. Далее следует положить фотошаблон напечатанной стороной вниз, накрыть этот пакет стеклом и хорошенько прижать.

Для этих целей можно использовать утяжелители но я применяю канцелярские зажимы для бумаги. Следует заметить, что грузики или зажимы не должны препятствовать перемещению заслонки. Да, следующий слой нашего бутерброда это заслонка которая должна закрывать все элементы фотошаблона кроме крайнего (например 10-го). Один крайний элемент фотошаблона должен оставаться открытым.

Таким образом девять элементов будут находиться закрытыми заслонкой и следовательно УФ лучи от лампы на них попадать не будут.

Располагаем Ультрафиолетовую лампу над нашей композицией на расстоянии допустим 10 см (на данный момент это не так важно но этот момент может быть потом откорректирован по результатам эксперимента). Засекаем 5 минут и включаем УФ лампу.

Через каждые 30 секунд заслонку смещаем, открывая тем самым следующий элемент рисунка. Таким образом получится, что 10-ый элемент получит максимальное время засветки, 9-ый элемент будет засвечен 4 минуты 30 секунд, 8-ой — 4 ровно и т.д. Первый элемент рисунка будет светиться всего 30 секунд.

Уже после окончания засветки становится понятно, элементы которые были недосвечены будут проявляться меньше всего. Элементы которые получили достаточную дозу ультрафиолета изменят свой цвет на ярко фиолетовый. В тоже время следует обратить внимание, что участки рисунка, закрытые фотошаблоном не должны менять свой цвет. Если это происходит то это означает что рисунок фотошаблона не достаточно плотный и ультрафиолетовые лучи все-таки попадают на фоторезист. Но даже если ваш фотошаблон не идеален не все потеряно, можно найти компромисс между недосвеченными и пересвеченными участками. Но окончательное решение будем принимать только после проявления фоторезиста.

Проявление фоторезиста

Пришел этап проявления фоторезиста. Для этого примерно чайную ложку кальцинированной соды разводим в литре воды и хорошенько размешиваем. И теперь кладем в эту ванну наш засвеченный бутерброт.

В процессе проявки следует периодически вытаскивать плату из раствора и промывать в холодной проточной воде. При этом ситуацию нужно держать под контролем. Нужно дождаться момента когда защищенные элементы (элементы которые были закрыты фотошаблоном) окончательно растворятся в растворе но при этом засвеченные участки будут четкими и контрастными. Таким образом мы находим элемент который нас больше всего устраивает. А так как мы знаем сколько времени светился каждый элемент то без труда определяем требуемую дозу облучения.

Для чистоты эксперимента стоит эту процедуру повторить еще раз и убедиться в повторяемости результата.

После проведения всей этой процедуры я выяснил, что в моем случае время засветки должно составлять 4 минуты. Честно сказать были некоторые огрехи при наложении фотошаблона. Когда фотошаблон распечатал он оказался на удивление длинным (простирался по всей длине листа А4). Это я потом обнаружил что рисунок распечатался в масштабе 212%. При наложении пришлось ограничиться 5-ю элементами из линейки фотошаблона так как прижимное стекло не могло охватить всей прощади.

Хотя фото получилось не очень качественное но по изображению можно заметить, что элементы под номером 1 и 2 более блеклые чем элементы под номерами 3 и 4. Время засветки элементов 3 и 4 соответствует 4 и 5 минут соответственно. Да, как видите, я перемещал заслонку через каждую минуту, всему виной неправильный масштаб.

Чтож дорогие друзья а на этом у меня все, желаю вам успехов во всех своих начинаниях и будьте в позитиве! Обязательно подписывайтесь на обновления и до новых встреч!

Опубліковано 23.03.2012

В этой статье я расскажу, как можно изготовить печатные платы в домашних условиях с минимальным дискомфортом для домашних и минимальными затратами.
Лазерно-утюжная технология рассматриваться не будет в виду сложности достижения требуемого качества. Я ничего не имею против ЛУТ, но она меня более не устраивает по качеству и повторяемости результата. Для сравнения на фото ниже приведен результат, полученный при применении ЛУТ (слева) и с помощью плёночного фоторезиста (справа). Толщина дорожек 0,5 мм.

При применении ЛУТ край дорожки получается рваным, а на поверхности могут быть раковины. Это обусловлено пористой структурой тонера, вследствие чего травящий раствор все же проникает к закрытым тонером зонам. Меня это не устраивает, поэтому перешел на фоторезистивную технологию.

В этой статье по возможности будут применяться инструменты, посуда и реактивы, которые можно найти дома или купить в магазине бытовой химии.

Фоторезистивная технология изготовления печатных плат

На слой меди наносится фоточувствительный слой. Далее через фотошаблон засвечиваются (обычно ультрафиолетом) определенные участки, после чего в специальном растворе смываются ненужные участки фоточувствительного слоя. Таким образом, формируется необходимый рисунок на медном слое. Далее следует обычное травление. Наносить фоторезист на текстолит можно разным способом.

Наиболее популярные способы – это использование аэрозольного фоторезиста POSITIV 20 . Этот способ схож с нанесением аэрозольных красок. Требует аккуратности для обеспечения равномерного слоя и сушки.

И применение пленочного фоторезиста. Наноситься путем наклеивания специальной пленки подобно тому, как наклеиваются декоративные пленки. Сухой пленочный фоторезист обеспечивает постоянную толщину фоточувствительного слоя, прост в применении. К тому же он индикаторный, т.е. засвеченные участки хорошо видны.

Что такое плёночный фоторезист?

Пожалуйста, не путайте с аэрозольным фоторезистом. Пленочный фоторезист состоит из трех слоев пленки. В середине фоточувствительная пленка, покрыта с двух сторон защитными пленками. Со стороны, которая приклеивается к текстолиту – мягкая, с другой – жесткая. Пленочный фоторезист обладает рядом преимуществ перед аэрозольным. Во-первых, он не воняет при нанесении, не требует сушки. Очень удобен при работе с небольшим количеством плат. В отличии от аэрозольного фоторезиста, где толщину слоя тяжело угадать, толщина пленочного фоторезиста одинакова всегда. Это упрощает подбор времени засветки. Пленочный фоторезист индикаторный. Т.е. визуально видны засвеченные участки.

Выбор текстолита

Если Вы хотите получить качественную печатную плату с проводниками менее 0.4мм и расстоянием между проводниками 0.2 мм Вам понадобиться нормальный текстолит. На фото ниже приведено два куска текстолита. Понятно, что на поцарапанный, грязный текстолит пленка фоторезиста ляжет плохо. Возьмите сразу нормальный. И храните хотя бы в газетке, чтобы не царапать его. “Левый” текстолит можно применить, если на плате толстые дорожки (0.5…1 мм) и между проводниками, хотя бы 0.4мм., и Вам не придется показывать плату посторонним людям.

Подготовка и очистка текстолита

Текстолит разрезаем на заготовки нужного размера. В домашних условиях это можно сделать ножовкой по металлу. Текстолит толщиной до 1мм можно резать обычными канцелярскими ножницами. Заусенцы убираем напильником либо наждачной бумагой. При этом не царапаем поверхность текстолита! Если поверхность медной фольги грязная, или хотя бы замацана пальцами – фоторезист может не пристать – прощай качество. Так как после “разделки” мы имеем “грязный” текстолит, следует провести химическую очистку.

Химическую очистку медного покрытия перед наклейкой фоторезиста будем проводить с применением бытовой химии. Очищаем поверхность текстолита средством для борьбы с накипью “Cillit “. В его состав входит ортофосфорная кислота, именно она убирает все загрязнения. Поэтому, пальцы в эту жидкость не суем. Если нет подходящей посудины, можно положить текстолит на дно ванной и просто полить этой жидкостью. Через 2 минуты (передерживать не стоит) хорошенько промываем проточной водой. На поверхности не должно быть пятен. В противном случае следует повторить операцию. Остатки воды удаляем бумажной салфеткой. Стараемся не доводить салфетку до состояния, когда из нее полезет бумажная ворса. Именно из-за ворсы я не применяю тканевых салфеток. Если на поверхности меди останутся даже мельчайшие ниточки, пленка фоторезиста в этом месте ляжет с пузырьком. Сушим текстолит утюгом через бумагу. Поверхность текстолита пальцами не трогать!

В некоторых источникам можно найти рекомендацию обезжиривать поверхность спиртом. Лично у меня при очистке спиртом результат был значительно хуже. Фоторезист не везде приклеивался нормально. После “Cillit ” результат всегда на много лучше.

Наклейка Фоторезиста

Наклейка фоторезистивной пленки – самая ответственная операция при производстве плат этим способом. От аккуратности выполнения этой операции зависит качество полученного результата. Все операции с фоторезистом можно выполнять при слабом электрическом освещении. После просушки текстолит должен остыть. Фоторезист можно клеить и на теплый текстолит, но при этом у вас будет только одна попытка. К теплой поверхности пленка фоторезиста прихватывается намертво.
Отрезаем кусок фоторезиста с небольшим запасом, таким образом, чтобы он полностью покрывал нашу заготовку + 5 мм с каждой стороны. Осторожно острым ножом с краю поддеваем мягкую пленку (если фоторезист в рулоне, обычно это внутренняя сторона). Верхнюю защитную пленку пока не снимаем!

Защитную пленку отделяем не всю, а небольшой участок: 10-20 мм с одного края. Приклеиваем на текстолит, приглаживая мягкой тканью. Далее, потихоньку продолжаем отделять защитную пленку и приглаживаем фоторезист к текстолиту. При этом следим, чтобы не было пузырей, и не трогаем пальцами еще не оклеенный текстолит! Затем обрезаем выступающий за края заготовки фоторезист ножницами. После этого можно слегка прогреть заготовку утюгом. Но не обязательно. Если Вы трогали заготовку пальцами или на ней был ворс от ткани или попал другой мусор – это будет видно под пленкой. Это отрицательно скажется на качестве. Помните, качество полученного результата во многом зависит от тщательности этой операции. Подготовленный таким образом текстолит лучше всего хранить в темном месте. Хотя электрический свет очень слабо влияет на пленку, я предпочитаю не рисковать.

Подготовка фотошаблона

Фотошаблон распечатываем на пленке для лазерного принтера или на пленке для струйного принтера. Фото для сравнения:

Шаблон на пленке для струйного принтера более плотный, лазерный принтер в этом плане похуже – видны просветы на затемненных участках. При засветке нужно будет обратить внимание на то, какого типа фотошаблон будет применяться и сделать поправку времени засветки. Пленку для лазерного принтера найти не проблема, цена более чем доступна. Для струйного принтера приходится поискать, да и стоит она примерно в 5 раз дороже. Но при мелкосерийном производстве, применение фотошаблона распечатанного на струйном принтере полностью себя оправдывает. Фотошаблон должен быть негативным, т.е. те места, где должна остаться медь, должны быть прозрачными. Фотошаблон надо распечатать в зеркальном отображении. Это делается для того, чтобы приложив, его к текстолиту с фоторезистом, краска на пленке фотошаблона прилегала к фоторезисту. Это обеспечит более четкий рисунок.

Проецирование

Поскольку в статье сделан упор на применение бытовых устройств, мы будем использовать подручные средства, а именно: обычный настольный светильник. Вкручиваем в нее обычную ультрафиолетовую лампу, купленную в магазине электротоваров. В качестве стеллажа используем коробку от компакт диска, если нет подходящего листа оргстекла.

Кладем нашу заготовку, сверху фотошаблон и прижимаем оргстеклом (крышкой от коробки CD-диска). Можно, конечно использовать и обычное стекло. Со школьного курса помним, что обычное стекло плохо пропускает ультрафиолетовые лучи, поэтому придется дольше засвечивать. Под обычным стеклом мне пришлось увеличить выдержку в 2 раза. Расстояние от лампы до заготовки можно подобрать экспериментально. В данном случае – примерно 7-10 см. Разумеется, если плата большая, придется применять батарею из ламп или увеличить расстояние от лампы до заготовки и увеличить время засветки. Время засветки для фоторезиста – 60…90 секунд. При использовании фотошаблона, распечатанного на лазерном принтере выдержку стоит сократить до 60 секунд. Иначе, из-за невысокой плотности тонера на фотошаблоне, могут засветиться закрытые участки. Что приведет к сложностям при проявлении фоторезиста.

Очень важная операция – это погрев заготовки после экспонирования. Утюг ставим на “2” и прогреваем через лист бумаги 5-10 сек. После чего рисунок становиться контрастнее. После прогрева даем заготовке остыть хотя бы до 30 градусов, после чего можно приступать к проявлению фоторезиста.

Проявление фоторезиста

Существуют специальные проявители для фоторезиста, которые можно купить в специализированных магазинах электроники. В интернете можно прочитать, что можно проявлять содой, но обязательно каустической (каустическая сода – это едкий натрий(NaOH)). Я покупал специальный проявитель, который представляет собой ни что иное, как этот едкий натрий(NaOH). Потом, чтобы не выбрасывать деньги на ветер, покупал средство для прочистки труб “Крот”, собственно в его состав входит тот же самый это едкий натрий(NaOH), а больше туда ничего и не входит.

Но отказался от них, поскольку приходиться работать в перчатках (раствор опасен и разъедает кожу). Процесс протекает очень быстро. К тому же, совсем неприемлемо держать такой раствор в доме, где есть жена и маленькие дети, которые могут найти эту опасную жидкость.

Поэтому, берем простую пищевую соду. Пищевая сода не только безопасный химикат, который легко купить в продуктовом магазине, но и работать с ней гораздо приятнее. Она не так быстро растворяет пленку фоторезиста, поэтому сложно передержать фоторезист в растворе. Вымывание незасвеченных участков фоторезиста проходит более деликатно и не так стремительно. Дело в том, что удаление пленки фоторезиста с готовой платы выполняется в том же растворе, поэтому если передержать, то фоторезист начнет отставать от текстолита.

Раствор готовим по следующему рецепту: насыпаем в бутылку пищевой соды, сколько не жалко, заливаем горячей водой, растворяем путем применения к бутылке возвратно поступательных движений, т.е. колотим. Внимание! Если вы будете использовать едкий натрий(NaOH) его концентрация не должна быть столь суровой. Достаточно чайной ложки на литр.

Далее наливаем раствор в кюветку или мелкую посудину. Отделяем с пленки фоторезиста верхнюю защитную пленку (она более жесткая, чем первая, ее можно отделить руками), погружаем заготовку в раствор. Через 3 минуты вынимаем, и под струей теплой воды протираем мягкой губкой для мытья посуды. Затем снова в раствор на 2-3 минуты. И так пока фоторезист полностью не смоется с незасвеченных участков. Затем хорошо промываем заготовку в проточной воде.

Травление

Раствор: Наиболее популярный раствор для травления печатных плат – хлорное железо. Но меня утомили рыжие пятна, и я перешел на персульфат аммония, а затем персульфат натрия. Подробности об этих веществах можно найти в поисковых системах. От себя скажу, что процесс травления происходит приятнее. И хотя персульфат натрия стоит несколько дороже хлорного железа, я все равно его не брошу, потому что он хороший.

Посуда: Идеальная посуда для травления – это специальная емкость с подогревом и системой циркуляции раствора. Такое устройство можно изготовить самому. Подогрев можно сделать от проточной горячей воды или электрический. Для организации циркуляции раствора можно применить аквариумные технологии. Но эта тема выходит за пределы этой статьи. Нам же придется использовать бытовые средства. Поэтому, берем подходящую емкость. В моем случае – это капроновая прозрачная посудина с плотно закрывающейся крышкой. Хотя крышка и не обязательна, она упрощает процесс травления, да и раствор можно хранить прямо в посуде для травления.

Процесс: Из опыта знаем, что процесс травления проходит быстрее, если раствор подогревать и перемешивать. В нашем случае, нашу емкость ставим в ванну под струю горячей воды и периодически потряхиваем ее для перемешивания раствора. Персульфат натрия раствор прозрачный, поэтому визуально контролировать процесс не представляется никакой сложности. Если раствор не перемешивать, то травление может быть не равномерным. Если раствор не подогревать, процесс травления будет протекать долго.

По завершению промываем плату в проточной воде. После травления плату сверлим, обрезаем по размеру.

Отмывка фоторезиста, подготовка к лужению

Отмывать фоторезист лучше после сверления. Пленка фоторезиста будет защищать медь от случайных повреждений при механической обработке. Погружаем плату в раствор той же пищевой соды, но для ускорения процесса подогреваем. Фоторезист отстает минут через 10-20. Если применять едкий натрий(NaOH) все произойдет за несколько минут даже в холодном растворе. После чего плату тщательно промываем проточной водой, и протираем спиртом. Протирать спиртом обязательно, так как на поверхности меди остается невидимый слой, который будет мешать лужению платы.

Лужение

Чем лудить? Способов лужения много. Предполагаем, что у Вас нет специальных устройств и сплавов, поэтому нам подойдет самый простой способ. Покрываем плату флюсом и лудим обычным припоем с помощью паяльника и медной оплетки. Кто-то привязывает оплетку к паяльнику, я приспособился держать паяльник в одной руке, оплетку в другой. В этом случае удобнее использовать держатель плат! Для лужения плат использую такой (он легче отмывается). Но можно и спиртовым раствором канифоли.

P.S.

Напоследок список материалов и инструментов, которые нам понадобились:

Материалы

Фоторезистивная пленка
Фольгенированный текстолит
Средство «Cillit »
Бумажные салфетки
Сода пищевая
Спирт
Хлорное железо или персульфат аммония или персульфат натрия
Припой

Инструменты

Ножницы
Острый нож
Плоский напильник или наждачная бумага
Дремель или сверлильный станок, которые в состоянии держать сверла от 0,8 мм., сверла
Посуда для проявления фоторезиста
Посуда для травления
Маленький кусок мягкой ткани
Утюг и чистый лист бумаги
Ультрафиолетовая лампа
Настольный светильник
Коробка CD диска или кусок оргстекла
Струйный или лазерный принтер и пленка для него
Паяльник
Медная оплетка (можно купить, можно снять с коаксиального кабеля)
Мочалка поролоновая.

Установка для экспонирования фоторезиста в домашних условиях.

Времена ручного рисования печатных плат уходят в прошлое и на настоящий момент радиолюбители разделились на два лагеря - приверженцев лазерно-утюжной технологии (далее ЛУТ) и фоторезистивной. Автор начинал с ЛУТ технологии, но под влиянием приверженцев фоторезиста решил освоить этот метод и настоящая статья представляет собой обобщённый результат создания простой установки для изготовления плат фотоспособом.

О том, что такое фоторезист и как его применять есть достаточно много информации в интернете и углубляться в это в настоящем материале мы не будем. Для нас достаточно знать одно - для экспонирования фоторезиста надо иметь источник УФ излучения с длиной волны 330-470 нм. Поскольку ждать ясного солнечного дня в средних широтах можно очень долго, то посмотрим, что есть у нас из подручных источников УФ излучения.
1. Горелки из ламп ДРЛ-125 и выше, которые висят на столбах вдоль дорог.
2. Подобные им специальные лампы типа ДРШ-250 и ДРТ-250 и мощнее.
3. Бактерицидные лампы ДРБ, которые используются в медицине для обеззараживания и с некоторыми вариациями в соляриях.

Горелки из ламп ДРЛ, как и лампы ДРШ и ДРТ требуют мощного дросселя. Причем очень громоздкого и тяжёлого. Лампы ДРШ к тому же требуют искровой генератор для поджига, что тоже не может внушать оптимизма.

Лампы ДРБ запускаются со стандартными дросселями от соответствующих по мощности ламп дневного света и в той же арматуре, но большие линейные размеры трубок делают их использование в радиолюбительской мастерской проблематичным.

Сделать работоспособную конструкцию помог случай. Рядом с работой соседним банком были выкинуты старые детекторы валюты, в которых используется лампа КЛ-9/УФ, то есть компактная, люминесцентная 9 ватт ультрафиолетовая. Разумеется, я как радиолюбитель мимо контейнера с такими ценными вещами пройти не мог. На базе трёх разобранных детекторов и старого БП от компьютерного сервера формата АТ была сделана следующая конструкция:

Для этого в блок питания с выкинутыми внутренностями на дно были установлены платы электронных балластов. Так как автор успел спасти только две платы, то для третьей лампы был использован типовой электромагнитный дроссель на 9 ватт. Так как эти лампы уже оснащены встроенным в цоколь стартёром и емкостью для разогрева катодов, то включены они по двухпроводной схеме.

В связи с относительно низкой мощностью этих ламп и их малым нагревом при работе было сделано минимальное расстояние между плоскостью установки ламп и столиком для экспонирования величиной в 60 мм. Сам столик для экспонирования (он же защитная крышка над платами ПРА) сделан из жестяной крышки старого CD-ROMа. .Она отлично подходит по ширине к формату блока АТ, только ножницами по металлу её надо укоротить по длине. Закреплена она на металлических стойках заведомо большей длины, чем детали на платах ПРА. Отверстия в корпусе блока питания заклеены продающейся на рынках самоклеющейся алюминиевой лентой, применяемой для систем вентиляции. Она препятствует выходу ультрафиолетового излучения наружу и за счёт рассеивания и переотражения УФ излучения внутри отсека улучшает равномерность освещёния шаблона при экспозиции.

В электрическую схему входят три соединённых параллельно ПРА с лампами, включёнными по типовой схеме. Для обеспечения выдержки времени автор использовал реле времени на DIN рейку с возможностью установки выдержки от 30 до 300 сек. В данной конструкции выдержка получилась равной 250 сек. Параллельно реле установлен тумблер типа МТ для возможности предварительного прогрева ламп. После прогрева в течении 1-2 минут тумблер размыкается и отрабатывается выдержка, установленная на реле времени.

Три лампы установлены в ряд по горизонтали на планке из стеклотекстолита для равномерного освещения зоны экспонирования. При использовании указанного блока питания АТ максимальный размер экспонируемой платы 160Х150 мм, чего вполне хватает для большинства домашних конструкций.

Собственно сама фотопечать.

Для прижимания шаблона очень удобно кварцевое стекло. К сожалению, официально кварцевое стекло размерами 160Х160Х4 стоит около 1000 руб, что для домашней конструкции несколько дороговато. Можно использовать и оконное стекло минимально возможной толщины. Теория говорит, что оконное стекло задерживает от 85 до 98% падающего ультрафиолета. Так что стекло надо брать потоньше, а экспозицию увеличивать. По результатам испытаний хорошо подходят прозрачные поликарбонатные крышки от CD дисков. Указанная выше выдержка в 250 сек. была получена с кварцевым стеклом толщиной 3 мм. С крышкой CD выдержка составила 300 сек.

Производители фоторезиста рекомендуют использование так называемого просветлителя (TRASPARENT) который увеличивает оптический контраст шаблона, напечатанного на обычной бумаге. По своей структуре это что-то типа сольвента или уайт-спирита, который относительно медленно испаряется и промасливает бумагу. По крайней мере практические испытания автора не выявили каких-либо преимуществ фирменного баллона перед уайт-спиритом с хозяйственного рынка. Кроме цены. Следует отметить, что использования бумаги и кальки нежелательно даже с транспарантом. Намного лучшие результаты даёт печать шаблона на прозрачной плёнке для лазерного принтера. Использование такой плёнки позволяет получить хорошее качество печатной платы даже начинающему осваивать этот процесс. Для редактирования шаблона хорошо подходит продающийся в магазинах черный маркер для несмываемых надписей с тонким стержнем 0,1 мм. Им можно улучшить черноту заливки дорожек на маске до начала экспонирования. Шаблон (маска) накладывается на покрытый фоторезистом кусок стеклотекстолита напечатанными дорожками вниз, к фоторезисту. Это позволяет уменьшить боковую засветку. Затем маска придавливается стеклом и вдвигается под прогретые лампы.

Проявка осуществляется как обычно, в растворе КОН или NaOH с концентрацией 5-7 г/литр. Желательно использовать раствор комнатной температуры для повторяемости результатов. В принципе не столь важна температура, как её стабильность для данной экспозиции засветки УФ излучением. Опустив плату в раствор и покачивая, ждём начала растворения засвеченного фоторезиста. Визуально это видно как тонкие фиолетовые облачка, срывающиеся с поверхности платы. Если начинает подтравливаться фоторезист на дорожках (это можно заметить по смене их отблеска из глянцевого в матовый, а засвеченные участки ещё остались, то значит мал оптический контраст между дорожками и прозрачными участками шаблона. Обычно это бывает с бумажными и калечными шаблонами. Размытость дорожек говорит о плохом прижиме шаблона к плате. ВНИМАНИЕ! Несмотря на достаточно мягкий ультрафиолет от этих ламп и их относительно маленькую мощность при всех работах необходимо пользоваться защитными очками. Лучше всего используемые в медицине при работе с УФ излучением, так как они гарантированно задерживают УФ и плотно прижимаются к лицу, защищая глаза от боковой засветки

Основные параметры процесса экспонирования

Интенсивность излучения (плотность мощности) I (мВт/см 2 ) – это энергия

(мощность) P (мВт) светового потока, падающего на поверхностьS (см2 ) фоторезиста в единицу времени (мВт/см2 )

Экспозиция (доза) Е – доза актиничной световой энергии, падающая на слой фоторезиста в процессе экспонирования:

E = I xt (мДж/см2 )

Пороговая экспозиция Е 0 – минимальная доза световой энергии, вызывающая изменение свойств пленки фоторезиста на всю толщину.

излучение, определяется как величина, обратная дозе излучения, необходимой для проявления слоя определенной толщины.

Фотохимические законы

Фотохимические реакции подчиняются нескольким фундаментальным законам, важнейший из которых, закон Дреппера-Гроттуса (John William Draper, Theodor von Grotthuss) гласит, что:

взаимодействие между излучением и материей возможно только в том случае, когда излучение поглощается этой материей. В противном случае, излучение отражается, пропускается или рассеивается.

Согласно второму закону, известному под названием закона Бунзена-Роско (Robert Wilhelm Bunsen, Henry Enfield Roscoe) или закона взаимозаместимости:

количество (концентрация) продуктов фотохимической реакции пропорционально произведению плотности (мощности) потока излучения и времени облучения. Это произведение называется дозой.

Таким образом, одна и та же доза (с тем же самым воздействием) может быть получена за счет высокой интенсивности за короткое время, либо за счет низкой интенсивности за длительное время. Таким образом, если излучение поглощается, например, кожей, результирующее воздействие зависит от дозы облучения, а не от уровня облученности.

В фотобиологии это явления называется зависимостью “доза-реакция” для конкретного воздействия. Как уже упоминалось выше, оптическое излучение может

оказывать воздействие только в случае поглощения так называемыми хромофорами (пигментофорами) облучаемой материи.

Поглощенное ультрафиолетовое излучение может разрывать или изменять химические связи в молекуле, либо создавать связи между двумя или более молекулами.

Поглощенное инфракрасное излучение возбуждает в молекуле вращательные или колебательные энергетические уровни, вызывая фотофизическую реакцию. Такой тип поглощения ведет к рассеянию тепла в поглощающей материи. Этот эффект разогрева

используется во многих медицинских применениях, например, в теплолечении, гипертермии и в спортивной физиотерапии. Однако в фотолитографии он может оказывать нежелательное побочное действие, разогревая фоторезист и подложку.

Свойства фоторезистов

Основными параметрами микрорельефа в фоторезисте являются его ширина и наклон края профиля. Размер и форма профиля определяются дозой экспозиции, пространственным распределением интенсивности актиничного излучения, свойствами фоторезиста.

Для фоторезистов критерием чувствительности является образование локальных участков с высокими защитными свойствами.

В случае негативных фоторезистов это означает задубливание или полимеризацию в экспонированных областях пленки фоторезиста на определенную толщину, достаточную для эффективной защиты от воздействия травителей.

Для позитивных фоторезистов, напротив, критерием чувствительности является полнота разрушения актиничным излучением пленки резиста в областях, подлежащих проявлению. По мере увеличения экспозиции уменьшается толщина слоя фоторезиста, остающегося после проявления. Зависимость, связывающая толщину этого слоя с величиной экспозиции (обычно логарифмом) называется характеристической кривой.

Отметим, что действие на фоторезист поглощенной энергии экспонирующего излучения определяет контраст фоторезиста.

Контраст фоторезиста определяется похарактеристической кривой , описывающей его толщину после проявления в зависимости от полученной им дозы экспозиции (рис. 1).

H, m h o

E 1E 0

mJ/cm2

Рис. 1, а Характеристическая кривая позитивного фоторезиста

Рис. 1, б - Экспериментальная кривая, в - переход к логарифмической шкале

Наклон касательной к нормированной характеристической кривой используют для количественной оценки контраста (рис. 1, а):

где E 1 – доза, при которой начинается проявление фоторезиста,

E 0 – пороговая доза, при которой после проявления не остается фоторезиста.

Для распространенного позитивного фоторезиста AZ-1350J пороговая дозаE 0 составляет

90mJ/cm2 .

Контраст является количественным показателем того, насколько хорошо фоторезист преобразует размытое пространственное изображение в четкий, бинарный рельеф.

Рис. 2 Пространственное изображение элемента топологии а – идеальное, б – реальное, после прохождения оптической системы

Очевидно, что высококонтрастные фоторезисты позволяют повысить разрешение всего литографического процесса.

Рис. 3 Формирование профиля в фоторезисте а – с низким контрастом, б – с высоким контрастом

Максимальный контраст позитивных резистов составляет 3…4, типовые значения 2…3. В последнем случае доза E 0 в 101/3 -101/2 больше, чемE 1 . Например, эти значения могут составлять, как показано на рис. 1, бE 1 = 20 мДж/см2 иE 0 = 50 мДж/см2 .

Таким образом, пороговая экспозиция является важнейшим показателем чувствительности фотрезиста. Эта экспозиция определяет минимальную дозу излучения, которую должен получить каждый подслой пленки фоторезиста, для того чтобы вся эта пленка была удалена при проявлении.

Из-за сильного поглощения фоторезиста эта доза при заданной интенсивности источника будет прежде всего набираться в верхних слоях пленки фоторезиста и лишь с течением времени – в нижних.

			Hg arc lamp lines
			Hg arc lamp lines