Министерствообразования и науки РФ.
Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
«Ивановскийгосударственный химико-технологический университет».
Факультетнеорганической химии.
Кафедратехнологии приборов и материалов электронной техники
Курсовая работа
на тему: «Технологияизготовления однослойных печатных плат субтрактивным методом с использованиемметаллорезиста (олово – свинец)».
Выполнил:________________________________________Крайнов А.А.
Руководитель:____________________________________Ситанов Д.В.
Зав. кафедрой:________________________________проф. Светцов В.И.
Иваново 2010 г.
Содержание:
Расчетно-пояснительнаязаписка.
1. ОпределениеОПП
2. Материалы,используемые при изготовлении ОПП.
3. Описаниетехнологических операций
4. МаркировкаПП, контроль и автоматизация технологического процесса изготовления ОПП.
5. Описаниетехнологического оборудования.
Технологическиймаршрут изготовления однослойных печатных плат субтрактивным методом сиспользованием металлорезиста олово – свинец.
Выводы:
Списокиспользуемой литературы:
Расчетно-пояснительная записка
1. Определение ОПП
Однослойные печатныеплаты (ОПП) – наиболее употребляемые конструктивные элементы бытовой ипромышленной техники, с помощью которых обеспечивается:
· Системапечатных проводников для объединения электронных компонентов в конкретнуюэлектрическую схему;
· Размещениеэлектронных компонентов;
· Монтажэлектронных компонентов путем соединения их со схемой связи;
· Монтажразъемных соединительных компонентов;
· Монтаждискретных связей (проволочных, кабельных, шлейфовых);
· Распределениетока питания между электронными компонентами.
Основные монтажные,трассировочные, конструкционные и электрические характеристики ОПП.
Основные монтажныехарактеристики однослойных печатных плат:
· количествомонтируемых микросхем, разъемных соединителей, резисторов, конденсаторов ит.д.;
· количествообъединяемых выводов электронных и электрических компонентов;
· площадьпосадочного места микросхем;
· шагконтактных площадок для присоединения выводов микросхем;
· размещениеконтактных площадок для монтажа ремонтных проводников;
· размещениеи форма специальных реперных знаков для автоматизированного совмещения выводовмикросхем и контактных площадок;
· размещениекомпонентов на одной или обеих сторонах.
Основные трассировочныехарактеристики однослойных печатных плат:
· количествоканалов для размещения сигнальных проводников;
· количествосигнальных проводников;
· плотностьпроводников;
· топологияпосадочных мест микросхем;
· длинасигнальных проводников в плате;
Основныеконструкционные характеристики однослойных печатных плат (рис. 1):
однослойныйпечатный плата
/>
рис.1
· размеррабочего поля платы;
· толщинаплаты;
· размерыпроводников и зазоров;
· толщинапроводников;
· топологияпроводников;
· топологияконтактных площадок;
· материалпроводников;
· материализоляции;
· формаконтактных площадок для поверхностного монтажа
· компонентов;
Конкретные значенияхарактеристик печатных плат определяются требованиями к устройствам итехнологическим уровнем изготовления.
Основные электрическиехарактеристики однослойных печатных плат:
· погонноесопротивление проводников на постоянном токе;
· погоннаяиндуктивность проводников;
· величинапостоянного тока питания, распределяемого шинами питания и земли;
· равномерностьраспределения напряжения питания по полю платы;
Движущими мотивами увеличениясложности печатных плат, используемых для производства электронной техники,можно считать:
· увеличениефункциональной сложности и функциональной завершенности узлов на печатнойплате,
· увеличениесложности и разнообразия форм электрических компонентов, монтируемых на плате.
При этом наблюдаетсястремление к минимизации габаритов печатных плат за счет повышения плотностимонтажа компонентов. [1,3,4]
2. Материалы, используемыепри изготовлении ОПП
Фольгированные диэлектрики.
Одним из основныхфакторов, определяющих качество и надежность печатных плат, является материал,из которого они изготовлены.
Используютсядиэлектрики марок: гетинакс, стеклотекстолит типа СТФ, FR4 и др. В производствепроводится всесторонний входной контроль и отбраковка диэлектриков передзапуском в работу.
1)Контроль состоянияповерхности.
Диэлектрик для печатныхплат не должен иметь дефектов, вносящих брак при производстве ОПП, т.е. трещин,складок, пятен, раковин, царапин. Пластмассовая поверхность под фольгой недолжна иметь участков с отсутствием смолы, выхода сплетенных волокон, ожогов,инородных материалов.
2)Контроль толщины.
Толщина листадиэлектрика измеряется на индикаторной головке по периметру в 10 точках. Затолщину листа принимают среднее арифметическое значение, при этом предельныеотклонения не должны превышать ±5%
3) Проверкаустойчивости стеклотекстолита к воздействию расплавленного припоя для оценкитермостойкости партии.
Проводится на 2-хобразцах, изготовление рисунка — методом травления фольги. Образец не долженрасслаиваться, а на фольгиро- ванной поверхности не должно быть пузырей послепогружения в припой при температуре 260°С.
Кроме этих,обязательных для каждой партии анализов, периодически проверяются поступившиедиэлектрики на следующие I параметры:
· прочностьна отслаивание фольги,
· сопротивлениеизоляции на электродах-гребенках,
· поверхностноеи объемное удельное сопротивления.
Трафаретныекраски
Краски трафаретныепечатные защитные щелочесмываемые серии СТ3.12, краски трафаретные для невпитывающих поверхностей серии ТНФП, фотополимеризующиеся композиции ФПК-ТЩ,краски трафаретные гальваностойкие СТ3.13 и СТ3.5. В случае не- i обходимостиТНФП разбавить уайт-спиритом.
Пленочныефоторезисты
Пленочный фоторезистприменяется в производстве печатных плат для получения защитных изображений приформировании проводящего рисунка печатных плат способами: травлением позащитному изображению в медной фольге на диэлектрике.
Пленочный фоторезист представляетсобой сухой фотополимерный слой заданной толщины, заключенный между двумяпрозрачными пленками: лавсановой — основой и полиэтиленовой — защитной,толщиной 25 мкм каждая. Толщина фотополимерного слоя задается в пределах от 15до 72 мкм.
Поставляется пленочныйфоторезист в рулонах, готовый для использования.
Основное достоинствопленочных фоторезистов — это способность обеспечивать воспроизведение четкихизображений.
Эти фоторезисты имеютодинаковую структуру — фотополимерные слои негативного действия, чувствительныек экспозиции в ультрафиолетовом диапазоне спектра (320 — 400 нм). По способупроявления фоторезисты подразделяются на органопроявляемые и водощелочногопроявления.
Паяльная маска
Введение в конструкцию01111 паяльной маски является обязательным условием, т.к. обычнаястеклоэпоксидная основа 01111 не обладает достаточной теплостойкостью ктемпературам пайки ПМ (220-240°С), и без паяльной маски за время необходимоедля проведения техпроцесса пайки (0,5 — 2,5 мин.) может происходить поверхностнаядеструкция материала диэлектрика.
По методу формированиярисунка паяльные маски делятся на два типа:
1) Паяльныемаски, рисунок которых формируется методом трафаретной печати.
Как правило, этосоставы на эпоксидной основе, отверждае- мые термически или УФ излучением. Приотносительной дешевизне основным их недостатком является низкая разрешающаяспособность и необходимость использования сеткографического трафарета.
2) Паяльныемаски, рисунок которых формируется фотолитографическим методом (их еще называютфоторезистивные паяльные маски).
Эти паяльные маскипозволяют формировать рисунок любой сложности и в последнее время получилинаибольшее распространение.
В свою очередьфоторезистивные паяльные маски по методу нанесения делятся на два типа:
· сухиепаяльные маски;
· жидкиепаяльные маски.
Сухая паяльная маска(СПМ).
СПМ выпускается в видепленки толщиной 50, 75, 100 и 150 мкм и по свойствам и методам использованияочень похожа на сухой пленочный фоторезист (СПФ), используемый для получениярисунка 01111. СПМ имеет, однако, два существенных отличия, определяющиеособенности ее нанесения, формирования и использования:
· СПМявляется конструкционным материалом и должна выдерживать не толькотехнологические, но и эксплуатационные воздействия во время всего срокаэксплуатации 01111.
· СПМнаносится на рельеф, образованный сформированным наружным слоем ОПП.Длянанесения СПМ необходимо специальное оборудование — т.н. вакуумный ламинатор — особое устройство с вакуумной подогреваемой камерой, обеспечивающее плотноеприлегание толстой пленки СПМ на рельеф 01111. Толщина СПМ выбирается изусловия прокрытая необходимой высоты рельефа.
Нспф=0,7hрельефа
Следует всегда иметь ввиду, что основной проблемой при нанесении СПМ является ее адгезия кповерхности 01111, поэтому перед ламинированием поверхность ОПП должна бытьтщательно очищена от всякого рода органических и неорганических загрязнений.Надо также помнить, что адгезия СПМ к покрытиям, изменяющим агрегатноесостояние в процессе технологических обработок или эксплуатационныхвоздействий, может резко ухудшаться. Речь идет в первую очередь о покрытияхоловяно-свинцовыми и другими лепсоплавкими припоями. Предпочтительным являетсянанесение СПМ на «голую» медь, допустимым — на никель, золото.
После ламинирования следуютстандартные операции экспонирования и проявления. Существуют СПМ, какорганического, так и водно-щелочного проявления. Последние получают все болееширокое распространение в связи с более простой процедурой регенерациипромывочных вод и утилизации проявочных растворов.
После формированиярисунка паяльная маска подвергается операции задубливания, которая заключаетсяв окончательной полимеризации материала СПМ для набора им в полном объемезащитных свойств, обеспечивающих механическую, термическую и климатическуюзащиту поверхности ОПП от технологических и эксплуатационных воздействий.Окончательное задубливание может быть термическим или смешанным: термическим иУФ.
К недостаткам СПМ можноотнести ограничение по разрешающей способности:
· 0,3 мм- для толстых (100-150 мкм) пленок СПМ;
· 0,2 мм- для тонких (50-75 мкм) пленок СПМ.
Этого недостатка лишеныжидкие паяльные маски.
Жидкая паяльная маска(ЖПМ).
От СПМ ЖПМ отличаетсятолько способом нанесения, обеспечивающим покрытие 01111 равномерным тонкимслоем. Для ЖПМ применяют два способа нанесения:
· методомтрафаретной печати через чистую (без маски) сетку — этот метод является малопроизводительным и используется в мелкосерийном производстве;
· методомполива в режиме «занавеса» — этот метод требует специальногооборудования, создающего падающий ламинарный поток — «занавес», ииспользуется в крупносерийном производстве.
ЖПМ наносится тонкимслоем 20-30 мкм и в связи с этим практически не имеет ограничений по разрешениюпри всех ныне мыслимых рисунках монтажного слоя.
Остальные операции:экспонирование, проявление, окончательное задубливание — аналогичны СПМ. [1,3,4]
3. Описание технологическихопераций
НАНЕСЕНИЕ КРАСКИ МЕТОДОМСЕТКОГРАФИЧЕСКОЙ ПЕЧАТИ
Материалы: краскитрафаретные печатные защитные щело- чесмываемые серии СТ3.12, краскитрафаретные для невпитываю- щих поверхностей серии ТНФП, фотополимеризующиесякомпозиции ФПК-ТЩ, краски трафаретные гальваностойкиеСТЗЛЗ и СТ3.5. В случаенеобходимости ТНФП разбавить уайт-спиртом.
Рихтовать заготовки наустановке рихтовки. Нанести рисунок. Автомат сеткографической печати,трафаретная форма, шаблон. Сушить, печь сушильная или установка сушки платУСП-001, температура 60-80 о G, 45-55 мин. Допускается сушка (полимеризация)ТНФП на воздухе 15 час.
При наличии дефектовретушировать. Эмаль НЦ-25 или краской СТ3.5 с последующей сушкой на воздухе.
УДАЛЕНИЕКРАСОК
При необходимостиретушь удаляется шпателем или тампоном, смоченным ацетоном. Комплекс модулейдля травления и снятия краски КМ-8.
Обработать в щелочинатрия гидроокиси ( 50 — 100 г/л), температура 25-35°С, от 0,8 до 3 мин.Удалить краску. Оборудование то же. Натрия гидрат окиси. Промыть проточнойгорячей водой. Промыть проточной холодной водой. Сушить, КМ-8, 40-60°С, 0,5-2мин.
ПОДГОТОВКАПОВЕРХНОСТИ ЗАГОТОВОК ДЛЯ СПФ
Контроль поверхностипроизводится визуально. Не должно быть заломов, заусенцев, рисок, смолы,деформированных базовых отверстий. Торцы фольги должны быть ровными и гладкими.
Подготовка поверхностипод СПФ производится на пемзост- руйной установке «Комби-Скраб».Заготовки из тонких фольгиро- ванных диэлектриков обрабатываются на«спутниках». Обезжиривание и снятие окисной пленки. Промывка.Обработка струями пемзовой суспензии. Промывка деионизованной водой. Сушка.Выходной контроль качества поверхности: поверхность должна быть розовой, беззатеков, окисленных участков, равномерно матовой. Хранение заготовок,поступающих на участок допускается не более 10 дней, обработанных не более 1час.
ПОЛУЧЕНИЕРИСУНКА СХЕМЫ ИЗ СПФ
Заготовки должны бытьрозовые без окислов, затеков, набро- сов. Нанесение СПФ:
Подогреть заготовки — сушильная печь, 60-80°С.Нанести СПФ- ламинатор HRL-650, 105+5°С. Все операциис СПФ и наслоенными заготовками проводить при неактиничном освещении — желтомили оранжевом. Слой СПФ должен быть сплошным без складок, пузырей, постороннихвключений и отслоений.
Максимальное времямежоперационного хранения 5 суток в темном месте.
Экспонирование:совместить фотошаблон с заготовкой, кнопки 5мм, по «О» отметкам всоответствии со структурой поместить в установку экспонирования ORC HMW-201 В.
Время экспонированияподбирается согласно методике. При экспонировании должны обеспечиваться:равномерная освещенность заготовок, исключающая наличие воздуха между эмульсиейфотошаблона и фоточувствительным слоем, температура заготовки не более 35°С.Удалить защитную лавсановую пленку.
Проявить рисунок схемы:установка проявления СПФ-ВЩ КМ-8.
Выборочно из каждойпартии изделий замерить размеры элементов. Размер должен быть не более +20 мкмпри негативном изображении и не менее -15 мкм для позитивного изображения.
КОНТРОЛЬИ РЕТУШЬ РИСУНКА СХЕМЫ, ЗАЩИЩЕННОЙ СПФ
Изображение должно бытьглянцевым, четким, без смещения и потерь деталей изображения. Не должно бытьцарапин, сколов, кромки по краю рисунка по цвету отличной от изображения. Нанеэкспонированных участках фоторезист должен быть полностью удален.
Определить местанесоответствия требованиям предъявляемым к изображению, отретушировать,подчистить, (микроскоп МБС-2, скальпель, эмаль НЦ-25, ацетон).
Остатки СПФ удалитьскальпелем.
ТРАВЛЕНИЕМЕДИ ПО СПФ
Визуально недопускается наличие жировых загрязнений. Травление меди с заготовок со схемойрисунка, защищенной СПФ: установка травления «Кемкат-568», 40+2°С.Камера травления медь хлорная, по металлу 75 — 140 г/л. Промыть водопроводнойводой. Рисунок должен быть четким, без рваных краев, вздутий, отслоений,разрывов, протравов. Допускаются отдельные неровности, не ухудшающие минимальнодопустимые размеры элементов.
УДАЛЕНИЕСПФ С ЗАГОТОВОК
Снять ретушь: вытяжнойшкаф, ацетон, тампон ваты. Удаление СПФ: установка снятия СПФ ГТМ1254001 — 1-якамера КОН 1,5%, 45-50°С, 2-я камера 45-50°С, 3-я камера — вода водопроводная10-22°С, 4-я камера промывка 18-22°С. Камера сушки воздух 40-50°С. Проверитьполноту удаления. Микроскоп МБС-2.
КОНТРОЛЬИ ПОДЧИСТКА РИСУНКА СХЕМЫ ТРАВЛЕННЫХ/>СЛОЕВ
Рисунок должен бытьчетким, без рваных краев, отслоений, обрывов, подтравов. На экранных слоях недолжно бьггь белесости диэлектрика, остатков краски, фоторезиста, меди восвобождениях, а также освобождений диаметром меньше допустимого идеформированных (стол с подсветкрй). Определить места несоответствиятребованиям предъявляемым к изображению. Неотравленную медь удалять скальпелемили резаком.
Проверитьгеометрические размеры рисунка схемы — установка «Визекс».
Геометрические размерырисунка схемы должны соответствовать чертежу.
ФИНИШНАЯОТМЫВКА ОПП.
Линия финишнойподготовки ВНМ 1.240.006 НС. Обезжиривание: моющее средство ОП7-ОПЮ 40-50 С,струйная промывка раствором ПВА с рециркуляцией. Струйная промывка горячейводой с рециркуляцией 40-5 0°С. Промывка ДНИ горячей деионизованной водой сприменением УЗ с рециркуляцией, 40- 50°С. Сушка в установке ГСМ. Модули сушки сгорячим сжатым воздухом, 50-60°С.
Сушка: шкаф сушильныйДПТМ 60-90°С. Вакуумная сушка: установка вакуумной сушки УВС-150, 90-120°С.Вакуумную сушку производить, если сопротивление изоляции не обеспечиваетсяотмывкой.
Все операции отмывки,сушки и последующие операции проводить в х/б перчатках.
ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИПОД ПАЯЛЬНУЮ МАСКУ
Подготовка поверхностиплат (с покрытием медью). Проверить заготовки визуально. Не допускается:диаметр базового отверстия не соответствующий чертежу; наличие изоляционныхлент; рассовмещение рисунка фотошаблона с рисунком платы. Зачистить платы.Установка фирмы Schmid «Combi-scrab», кассета. Скорость конвейера 0,8м/мин.
НАНЕСЕНИЕЖИДКОЙ ПАЯЛЬНОЙ МАСКИ
Нанесение жидкойпаяльной маски Ozatec. Приготовить ре- зист. Поместить плату на рабочий столустановки трафаретной печати F-700. Установить трафарет. Установить ракели навал установки. Ракели должны быть закреплены ровно, без перекоса.
Угол наклона ракелей 75градусов. Зазор между трафаретами и платой 13-14 мм.
Скорость движенияракелей 3 м/мин. Зазор между трафаретом и ракелем 6 мм.
Нанесение резистапроводить за 1 полный цикл (проход ракеля вперед-назад).
Снять плату со столаустановки. Слой резиста должен быть равномерным, без посторонних включений. Недопускается непро- крытие на рабочем поле платы.
Сушить: установкасушки, 75-80°С. Отмыть трафарет (ацетон).
ЭКСПОНИРОВАНИЕПАЯЛЬНОЙ МАСКИ
Протереть рабочуюповерхность фотошаблона и платы. Смонтировать фотошаблоны с заготовками изакрепить кнопками. Наложить фотошаблоны эмульсионной стороной к заготовке,совместив их по базовым отверстиям.
Поместить заготовку вустановку экспонирования. Режим экспонирования выбирается согласнорекомендациям фирмы- изготовителя фоторезиста. Экспонировать. Демонтироватьзаготовку.
ПРОЯВЛЕНИЕПАЯЛЬНОЙ МАСКИ
Проявление паяльноймаски «Ozatec» LSF60. Включить установку проявления КМ-4. Установитьна регуляторе скорости конвейера установки значение 6 (0,2 м/мин).
Проявить: 1% р-р NaС03, 3% р-р H2S04. Сушка: шкаф сушильный ДПТМ 3623000. Проверить качествопроявления визуально. На неэкспонированных участках фоторезиста должен бытьполностью удален. В случае обнаружения брака резист удаляется согласнорекомендациям фирмы «Ozatec».
ДУБЛЕНИЕПАЯЛЬНОЙ МАСКИ
Дубление паяльной маски«Ozatec». Поместить платы в нагревательный шкаф.
Включить шкаф и нагретьдо заданной температуры 145±5°С. Дубить. Выключить шкаф. Открыть шкаф иостудить до комнатной температуры. Вынуть платы.
МАРКИРОВКА
Обезжирить платы(ацетон). Сушить. Поместить плату на рабочий стол установки трафаретной печатиFutura F-700. Установить трафарет на установку внешней стороной к плате. Нарабочей стороне трафарета рисунок должен читаться.
Совместить трафарет срисунком печатной платы по репер- ным знакам. Раму трафарета закрепить.Установить ракели на вал установки. Ракели должны быть закреплены без перекоса,рабочая плоскость ракелей должна быть параллельна трафарету. Установить рабочиережимы. Зазор между платой и трафаретом 12-13 мм, скорость движения ракелей 4,8 м/мин. Маркировать: краска маркировочная ТНПФ84 белая. Снятьплату со стола установки. Проверить качество маркировки.
Изображение должно бытьчетким, читаемым, равномерным, без посторонних включений. Допускается попаданиекраски на контактные площадки на ширину линии 250 мкм. Не допускаютсянепрокрытая. В случае некачественной маркировки допускается отмыть платы откраски ацетоном и повторить маркировку.
Сушить: установка сушкиG-86, 60°С. Отмыть трафарет (уайт- спирт).
ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙВИЗУАЛЬНЫЙ И РАЗМЕРНЫЙ КОНТРОЛЬ ПЛАТ
Контроль плат,защищенных паяльной маской, после горячего лужения. Покрытие должно бытьгладким, без трещин, вспучиваний, сколов, не должно быть смещения рисункасхемы. В плате не должно быть пузырей, и расслаивания диэлектрика.
Контроль плат послеоплавления. На оплавленных платах не должно быть наплывов, перемычек сплава,дающих КЗ или уменьшающих минимально допустимый зазор между элементами рисункасхемы. МБС-2.
Окончательный контрольплат на соответствие чертежу. [1,3,4]
4. Маркировка ПП, контрольи автоматизация технологического процесса изготовления ОПП
Маркировка.
Операция, заключающаясяв нанесении на поверхность ОПП специальной краской обозначений компонентов и ихпосадочных мест. Наносится методом трафаретной печати. Качество определяетсядопустимым разрешением по толщине линий (0,15 мм минимум), размером выполняемых шрифтов (1,3 мм минимум) и достигается оптимальным выборомвязкости краски и параметров сетки.
По содержаниюмаркировка необходима в большей степени при наладке, ремонте, визуальномконтроле узлов, собранных на ОПП. Однако в малосерийном производстве, когдаразмещение компонентов на ОПП (особенно плотной) производится полуавтоматическиили вручную, наличие маркировки существенно облегчает процедуру размещениякомпонентов.
Автоматизациявидеоконтроля.
Методы визуальногоконтроля позволяют выявлять не только обрывы или закоротки проводников, нотакже различные дефекты, связанные с локальными изменениями ширины проводниковили зазоров по диэлектрику, остаточные вкрапления проводника на диэлектрике,дырки в проводниках и т.д.
Наиболее полноуказанные преимущества позволяют реализовать себя в производстве однослойныхпечатных плат с высокой плотностью расположения элементов, поскольку в этомслучае вопрос о точности воспроизведения рисунка принимает первостепенноезначение. Поэтому в последние годы, в связи с повышением уровня технологииизготовления печатных плат, все большая часть объема работ по контролювыполняется с привлечением визуальных методов.
Однако с повышениемсложности контролируемых плат процесс визуального контроля значительноусложняется. При контроле высокоплотных слоев оператору необходимо применятьразличные оптические приборы, что приводит к более быстрой утомляемостиоператора, и как следствие к снижению производительности и надежности контроля.Так, если при контроле плат с проводниками шириной 300 мкм оператор пропускаетменьше 5% дефектов, то при контроле плат с шириной 100 мкм эта величина ужевозрастает до 50%. Наиболее отрицательно снижение достоверности контроляпроявляет себя в производстве печатных плат, где требования к достоверности контролястановятся наиболее жесткими.
Таким образом,складывается ситуация, что с повышением уровня технологии производства печатныхплат объем работ по визуальному контролю возрастает, а выполнять эти работы нанеобходимом уровне становится все труднее. Реальный путь преодоления этихпротиворечий — это автоматизация визуального контроля, то есть исключение изпроцедуры контроля оператора.
Автоматизациявизуального контроля предполагает решение двух основных проблем — этоформирование изображения контролируемого объекта, представление его в удобномдля цифровой обработки виде и обработка этого изображения с целью выявлениядефектов.
Первая из этих проблемрешается в автоматизированных системах видеоконтроля с привлечением средствтехнического зрения, а вторая с использованием методов искусственногоинтеллекта.
Сложность решенияпервой проблемы состоит в большом разнообразии видов объектов контроля инесовершенстве их оптических характеристик.
Во втором случаеосновные трудности возникают в связи с необходимостью обработки больших объемовинформации до 109 бит за относительно малое (порядка нескольких минут) времяконтроля.
Рассмотрим возможностии ограничения использования метода автоматизированного видеоконтроля впроизводстве печатных плат.
Обладая более высокойдостоверностью и производительностью контроля системы автоматизированноговидеоконтроля (АВК) сохраняют основные преимущества, которые присущи визуальнымметодам контроля.
В первую очередь — этовозможность обнаружения дефектов, связанных с изменением размеров элементоврисунка, искажением формы и границ элементов. Это позволяет обнаруживать такназываемые потенциальные дефекты в виде локальных заужений проводников илиуменьшения зазоров по диэлектрику, то есть таких дефектов, которые в процессеэксплуатации могут развиться в обрывы или закоротки и привести к выходу платыиз строя. Выявление таких дефектов существенно повышает надежность печатныхплат.
Другим важнымпреимуществом методов визуального контроля, а следовательно, и систем АВК,является возможность контроля продукции на различных этапах технологическогопроцесса, начиная от изготовления фотошаблонов и заканчивая ДПП. Они могут бытьпроконтролированы как после травления, то есть на этапе сформированногопроводящего рисунка, так и этапе рисунка, сформированного в слое фоторезиста.
Это позволяет выявлятьи устранять дефекты на ранних стадиях производства, когда экономические потеримогут быть значительно меньше, чем при обнаружении брака в готовой плате.
Использование всистемах АВК вычислительных средств дает возможность проводить статистическуюобработку больших массивов данных, несущих информацию о дефектах. Системы АВКприобретают качественно новые свойства. Появляется возможность классификациидефектов, анализа их повторяемости и выявления на основании этих данныхразличных отклонений в технологическом процессе.
Визуальный принципконтроля накладывает на системы АВК ряд ограничений. Наиболее важным являетсято, что на системах АВК принципиально нельзя достигнуть стопроцентноговыявления разрывов или закороток — дефектов катастрофического типа, приводящихк отказу платы.
Принцип работы системыАВК заключается в представлении изображения объекта контроля в некоторомцифровом виде, то есть в виде массива двоичных элементов (пикселей). В этомслучае отображение элементов изображения, размером сравнимым с размеромпикселя, носит вероятностный характер. Вероятность обнаружения дефектов зависитот размера пикселя. Достаточно надежно выявляются дефекты, размер которых болеечем в 2 — 3 раза превышает размер пикселя.
С уменьшением размерадефекта вероятность его обнаружения падает. При размерах дефекта близких кразмерам пикселя вероятность его обнаружения составляет величину около 0,5.Следует отметить, что возможность уменьшения минимального размера регистрируемогодефекта за счет уменьшения размера пикселя, ограничено снижениемпроизводительности контроля, так как скорость контроля обратно пропорциональнаквадрату размера пикселя.
Другим ограничениемсистем АВК является регистрация при контроле ложных дефектов. Одной из причинпоявления таких дефектов является наличие различных дефектов на поверхностиобъекта контроля, приводящих к неоднородности ее оптических характеристик. Этомогут быть царапины, оксидные пятна на проводнике, неравномерность покрытий ит.д. Другой причиной появления ложных дефектов являются ошибки распознаванияиз-за несовершенства алгоритма контроля. Появление ложных дефектов приводит ктому, что во избежание отбраковки хорошего слоя, необходимо проводитьверификацию, то есть просмотр оператором выявленных системой АВК дефектов, сцелью уточнения их реальности. Эта процедура может привести к существенномуснижению результирующей производительности системы.
Достоверностьобнаружения дефектов и количество регистрируемых ложных дефектов — взаимосвязанные величины. Повышение процента выявления дефектов, например, засчет повышения разрешения или установки более жестких допусков наконтролируемые параметры, неизбежно приводит к увеличению потока ложныхдефектов, связанному с повышением чувствительности системы кон- I троля и,наоборот,,- любое загрубление чувствительности системы контроля с цельюснижения потока ложных дефектов неизбежно приводит к снижению достоверностиконтроля. Оптимальное соотношение между достоверностью контроля и потокомложных дефектов должно выбираться из условий применения системы кон- Iтроля.
В настоящее время вэксплуатации находится порядка 500 ав- I томатизированных систем оптическогоконтроля, представляющих разработки более 20- зарубежных фирм. Из этого числапримерно 50% составляют разработки фирмы «Оптротэчь» — фирмыосвоившей выпуск первых систем автоматизированного оптического контроля серии«Вижен-104». Примерно 25% составляют системы фирмы «Орбот»(в настоящее время эти фирмы объединились, образовав фирму «Орботех»),оставшиеся 25% составляют разработки других фирм, среди которых наиболееизвестны «Визионетикс» (США), I Сантор (Франция), Мания (ФРГ),Клингенберг (ФРГ), Хитачи (Япо- I ния) и т.д.
Решающее влияние нахарактеристики систем АВК оказывает конструкция узла формирования изображения,то есть выбранный метод освещения объекта контроля и принцип регистрацииизображения.
Наиболее частоиспользуемый принцип формирования изображения — это использование наклонногоосвещения и зеркально [отраженного света.
В качествефоточувствительных элементов применяются ли-! нейные фоточувствительныеприборы с зарядовой связью. Освещение на объект обычно передается черезсветоводную оптическую систему, формирующую освещение узкой полосы объектаконтроля, [проектируемой на линейку ПЗС, и систему инфракрасных фильтров,[предотвращающих перегрев поверхности контролируемого слоя.
В таком простомварианте оптического узла формирования изображения система контроля даетбольшое число псевдодефектов, связанных с наличием на поверхности объектаконтроля оксидных (пятен, механических повреждений в виде царапин и т.д. Кромеэтого, такие системы не могут контролировать внешние слои после оправленияолова, большие трудности возникают при контроле слоев с резистом. Поэтомуразработчиками оптических систем контроля в последние годы были затраченыбольшие усилия на создание более совершенных оптических систем.
Появилиськомбинированные оптические системы, работающие в зеркально идиффузионно-отраженном свете, системы, работающие на эффекте флуоресценции,системы, использующие рассеяние света в подложке, лазерные системы освещения ит.д.
Одной из основныххарактеристик системы АВК является ее разрешение, то есть размер минимальногоэлемента изображения i (пикселя).
В большинстве системАВК предусмотрена возможность варьирования разрешающей способности примерно от5 до 30 мкм. Другой важной характеристикой системы является скорость контроля.Скорость контроля зависит от выбранного разрешения и, например, при разрешении12,7 мкм для различных систем составляет, величину от 5 до 50 дм2/мин.
Наибольшей скоростьюконтроля обладает система PC-1132 фирмы «Орбот» -11.5 дм /мин (приразрешении 12,7 мкм).
По функциональнымвозможностям почти все системы уни- I версального применения, то есть предполагаютвозможность контроля широкого спектра материалов объектов контроля от фото- iшаблонов до внешних слоев.
Можно выделить двапринципиально различных подхода к построению автоматизированных системвидеоконтроля. Первый — L это сравнение объекта контроля с некоторым эталоном.Возможны различные формы представления эталона. Это может быть либо так[называемая «золотая» плата,, то есть тщательно проконтролированныйбездефектный слой, либо файл с описанием объекта контроля, ^генерируемыйсистемой автоматизированного проектирования ДПП, но в любом случае эталонпредполагает наличие максимально полной информации о топологии объектаконтроля.
Другой подходзаключается в проверке определенных наиболее важных правил, которымируководствовались конструкторы при [проектировании платы. Например, это можетбыть минимально допустимый зазор по диэлектрику, номинальное значение ширины,проводника и допуск на его изменение и т.д. Типичным примером ^реализациипервого подхода является система контроля Р — SEE разработка фирмы DIT-MCO, авторого подхода — система Вижен-104 фирмы «Оптротэчь». Оба этиподхода имеют свои преимущества и [недостатки.
Компаторный методконтроля в принципе дает наиболее достоверные результаты контроля, однакотребует для своей реализации высокоточные сканирующие системы, обеспечивающиесовмещение объекта контроля и эталона. Недостатком этого метода является такженеобходимость наличия эталона. Определенные сложности в реализации этого методавозникают из-за проблемы допусков, то есть рисунок реальной печатной платы, вопределенных пределах, может отличаться от эталона и эти отличия не должныфиксироваться как дефекты. Поэтому в своем простейшем варианте, когдапоэлементно сравниваются эталонное и контролируемое изображения, компараторныйметод практически не применяется.
Один из вариантовпреодоления указанных ограничений реализован в системах АВК фирмы Хитачи изаключается в выделении на изображении некоторых особенностей и последующийанализ наличия этих особенностей на эталонном и контролируемом изображениях.
Основным преимуществомвторого подхода — метода контроля выполнения правил конструирования (КПК) — является отсутствие эталона.
В этом случае объектконтроля может с достаточно большим допуском устанавливаться на координатномустройстве и без перенастройки системы можно контролировать целый классобъектов, разработка которых проводилась по одним и тем же конструкционнымправилам. Однако этот метод имеет принципиальные ограничения, заключающиеся втом, что при контроле могут быть пропущены некоторые дефекты, которые, являясьреальными дефектами для контролируемого изделия, не противоречат при этом томунабору конструкционных правил, по которому это изделие разрабатывалось.Типичным примером является закоротка между проводниками, ширина которой укладываетсяв допусках на размеры проводников.
Другим недостаткомэтого метода является его недостаточная гибкость по отношению к изменениюконструкционных правил. Особенно это характерно для более ранних системконтроля, где этот метод реализовывается в основном аппаратно — это первыеразработки фирмы «Оптротэчь».
В последние годыпоявились системы, использующие так называемую гибридную технологию, гдесочетаются аппаратные и программные средства реализации метода КПК, чтосущественно повышает гибкость системы по отношению к изменению технологииизготовления плат. Примером является система «Мультивижн»производство французской фирмы «Сантор».
Во многих последнихразработках систем видеоконтроля используется сочетание этих двух методовконтроля, что позволяет реализовать преимущества каждого из этих методов.
Основные направленияразвития систем АВК — это повышение производительности и надежности контроля,повышение разрешающей способности, снижение степени влияния качестваповерхности объекта контроля на результаты контроля. [1,3,4]
5. Описаниетехнологического оборудования
Автоматизированнаясистема измерений и контроля GAM 820
/>
Описание
Камера: Цветная CCDкамера высокого разрешения
Увеличение: 50Х
Максимальный размерзаготовки: 500×420 мм
Габаритные размеры(ШхГхВ): 1300×1130×1150 мм
Сушильный шкаф серии ON
/>
Описание:
Температура нагрева до250 0С
Цифровой контроллер
Таймер навключение/выключение
Полки, регулируемые повысоте
Естественная конвекция
Обзорное окно(опционально)
Камерная установкаструйного проявления SPLASH
/>Описание:
Профессиональнаяустановка для струйного травления для высококачественного производства одно- идвухсторонних печатных плат. Может быть также использована для проявки фоторезиста и паяльноймаски (сприменением пеногасителя).
· Скоростьтравления – 35 мкм меди за 90 сек. (при свежем и подогретом растворе FeCl3).
· Максимальныйразмер платы – 210 х 300 мм
· Подходитдля всех известных растворов
· Надежныйнагреватель мощностью 1000 Вт с термостатом и предохранителем
Установка снятиязаусенцев и механической подготовки поверхности. Зачистная машина RBM402
/>Описание:
Профессиональнаязачистная машина, специально разработанная для прототипного и мелкосерийногопроизводства печатных плат.
Особенности:
· настольноеисполнение
· двухсторонняяобработка материалов
· конструкциявыполнена из нержавеющей стали, алюминия и пластика
· прозрачнаяверхняя крышка позволяет следить за процессом обработки, а встроенный конечныйвыключатель не позволяет эксплуатировать установку с открытой крышкой
· рабочаяширина обработки 400 мм
· толщинаобрабатываемого материала от 0,3 мм до 5 мм
Автоматическаяустановка экспонирования EXPOMAT AEX II
/>
Описание:
Автоматическаявысокоточная установка экспонирования с автоматическим оптическим совмещениемпо реперным знакам для внутренних, внешних слоев и паяльной маски.
Компактная прецизионнаяустановка. Занимает место размером: 2480х1260 мм.
• Двустороннееоптическое совмещение по реперным знакам с использованием 2-х или 4-х подвижныхвидеокамер;
• Двустороннееэкспонирование паяльной маски, внешних и внутренних слоев в одной машине безнеобходимости перенастройки;
• Точность совмещения ±5 мкм;
• Точностьпозиционирования ± 2 мкм;
• Повторяемость ± 2мкм;
• Смена задания
• Статистическийконтроль процесса с выводом результатов измерений совмещения и деформациифотошаблона;
Сверлильно-фрезерныйстанок CNC-1
/>
Mape CNC-1 — этомодульная сверлильно-фрезерная установка с числовым программным обеспечением,используемая для сверления и фрезерования печатных плат. [2]
Выводы:
1. Ознакомилсяс литературой по теме курсового проекта.
2. Ознакомилсяс основными и вспомогательными технологическими операциями и типовымоборудованием.
3. Составилтехнологический маршрут «изготовления однослойных печатных плат субтрактивнымметодом с использованием металлорезиста олово – свинец.
Список используемой литературы:
1. Методическоеруководство «Технологические процессы изготовления однослойных печатных плат»
2. http://www.ostec-st.ru/pcb/catalogue/
3. А.Медведев«Печатные платы. Конструкции и материалы».
4. А.Медведев«Технология производства печатных плат».