Технологии в электронной промышленности №8'2007

Вы еще совмещаете с помощью кнопок? Тогда мы идем к вам

Михаил Однодворцев


При помощи высокоточной системы совмещения в печатной плате можно не только максимально приблизиться к 5-му классу точности, но и минимизировать затраты на новое оборудование.


В процессе изготовления печатных плат невозможно обойтись без продуманной и высокоточной системы совмещения, так как начиная с момента формирования топологии проводящих слоев на компьютере в системе CAD и вплоть до момента электрического тестирования постоянно требуется совмещать слои печатных плат топологии между собой, слои с отверстиями, отверстия с контактными площадками, топологию токопроводящего слоя с топологией масочного слоя и т. д.

Даже имея высокоточные сверлильные станки, фотоплоттеры и установки высокоточного формирования базовых отверстий в фотошаблонах, невозможно добиться высокой точности получения топологии не только внутренних, но и внешних слоев печатных плат относительно отверстий, используя систему совмещения на кнопках.

Особенно актуальна проблема совмещения при изготовлении сложных многослойных печатных плат из комбинированных материалов, объекты совмещения которых имеют различный масштаб.

Фотошаблоны с пробитыми базовыми отверстиями для совмещения на кнопках, как правило, ложатся на заготовку пузырем или их приходится натягивать, что связано с физическими свойствами фотопленки и базового материала. Деформация фотопленки зависит от изменения температуры и влажности (табл. 1), например, разница в климатических условиях на участке изготовления фотошаблонов и участке фотолитографии или нарушение технологии подготовки фотопленки, изготовления фотошаблона и его хранения приведут к «забиванию» кнопок в систему «слой — фотошаблон», что снижает количество совмещений фотошаблона из-за разбитых «баз». Усадка материала после травления печатной платы, процесса прессования должна быть определена экспериментальным путем (рис. 1) в зависимости от партии материала, плотности (площади) медной топологии каждого слоя и вашего техпроцесса. Заготовка после металлизации поступает на фотолитографию часто с заросшими базовыми отверстиями и приходится проходить базовое отверстие разверткой, хуже, когда ручной разверткой. Кнопки начинают болтаться в отверстиях заготовки, а фотошаблон скользить по заготовке, и какое он положение займет после приложения вакуума в установке экспонирования, никому не ведомо. Все перечисленное подтверждает: основная потеря точности, а это уже не десятки, а сотни микрон, происходит на этапах совмещения топологии, что приводит к высокому проценту брака по рассовмещению (рис. 2).

Пример статистического отчета контроля на установке PRINTPROCESS TARGOMAT
Примеры рассовмещения: внешнего слоя, внутренних слоев, паяльной маски печатной платы
Таблица 1. Изменения размеров обработанных типичных фототехнических пленок толщиной 175 мкм при изменении температуры и относительной влажности в помещении
Изменения размеров обработанных типичных фототехнических пленок толщиной 175 мкм при изменении температуры и относительной влажности в помещении

В этом случае внутренние слои были изготовлены в соответствии с требованиями по подготовке производства (приблизительно на 0,2 мм длиннее номинального размера). После проведения усреднения при сверлении технологических отверстий в пределах верхних и нижних допусков общее совмещение слоев в пакете стало значительно лучше. После прессовки печатные платы дали усадку 170–230 мкм. В результате получилась многослойная структура с внутренними слоями, размеры которых находятся в номинальных пределах ±30 мкм.

К этому нужно добавить следующее:

  • быстрый механический износ базовых отверстий в фотошаблоне, а следовательно, частая перепроверка комплекта фотошаблонов и замена их на новые;
  • сложность изготовления и отбраковки калиброванных кнопок;
  • быстрый износ (проколы, вытягивания) и частая замена верхней пленки вакуумных рам установок экспонирования;
  • невозможность прямого контроля и оценки размеров рассовмещения и невозможность управления;
  • неудобство работы.

Наличие всех перечисленных недостатков совмещения на кнопках говорит о нецелесообразности применения данного метода совмещения для печатных плат выше 3-го класса точности, так как погрешность при данном методе совмещения сопоставима с требованиями по точности к этому классу (от 150 до 300 мкм на значение позиционного допуска расположения центров контактных площадок в зависимости от размера печатной платы).

Возникает вопрос: что делать? Что же делать производителю, если ему сегодня необходимо изготавливать печатные платы 4-го класса, да еще с элементами 5-го? Он (производитель) морально и психологически уже готов уйти от технологии совмещения на кнопках, но денег на установку экспонирования с автоматическим оптическим совмещением по реперным знакам сейчас у него нет.

Технологи отдела оборудования ООО «ЭЛЕКТРОН-СЕРВИС-ТЕХНОЛОГИЯ» уже давно сталкивались с этой проблемой при проектировании и модернизации производств печатных плат. Качественный скачок от технологии 3-го класса к 4-му и выше сопряжен с большими финансовыми затратами производителя в силу высокой стоимости оборудования для экспонирования с автоматическим оптическим совмещением. Технологами ООО «ЭЛЕКТРОН-СЕРВИС-ТЕХНОЛОГИЯ» было сформулировано техническое задание на проектирование установки, которая должна была дать вторую жизнь установкам экспонирования без автоматического оптического совмещения и обеспечить необходимую высокую точность совмещения данного комплекта для решения вышеуказанной проблемы. Учитывая количество находящихся в эксплуатации на территории России ручных установок экспонирования без автоматического оптического совмещения и определяя объемы производства основных изготовителей печатных плат как мелкосерийные и среднесерийные, предположим что данное оборудование будет иметь большие перспективы по применению в производстве.

Фирма PRINTPROCESS AG спроектировала и изготовила установку автоматического оптического совмещения под маркой ExpoALIGNER (рис. 3).

Установка автоматического оптического совмещения PRINTPROCESS ExpoALIGNER

Являясь единственным представителем в своем классе оборудования, имея уникальные технические характеристики (табл. 2), а именно точность совмещения, при небольших массогабаритных характеристиках и низком энергопотреблении установка автоматического совмещения PRINTPROCESS ExpoALIGNER уже стала своеобразным бестселлером. За базовую основу установки была взята отработанная до мелочей система совмещения от установок TARGOMAT, а программное обеспечение — от установок EXPOMAT. Точность обработки изображения реперных знаков и отверстий в заготовках достигается применением специально разработанной оптики (рис. 4) и алгоритмов программной обработки изображения. Разрешение оптической системы 0,2 мкм.

Оптика
Таблица 2. Технические характеристики ExpoALIGNER
Технические характеристики ExpoALIGNER

При использовании установки автоматического совмещения ExpoALIGNER в производстве отпадает необходимость иметь установку точного формирования базовых отверстий в фотошаблонах. Автоматическое оптическое совмещение снижает влияние человеческого фактора на результат совмещения. Программное обеспечение позволяет выводить на ЖК-монитор установки ExpoALIGNER результаты совмещения (рис. 5), то есть реальный размер между осями реперов и базовых отверстий в заготовке (дельту), разницу между межосевыми расстояниями базовых реперов фотошаблона и базовыми отверстиями в заготовке; результат совмещения — усредненное значение рассовмещения на каждой базе. Данная установка, применяясь в системе совмещения, представляет собой классическую часть системы с обратной связью. У пользователя (оператора или цехового технолога) в любой момент есть результат измерения расстояния между осями реперов фотошаблона и осями базовых отверстий заготовок, что дает ему возможность ввести коррекцию (коэффициент масштабирования по осям) при изготовлении нового шаблона, чтобы при совмещении на новом комплекте практически идеально попасть в межосевой размер баз заготовки. Это свойство данной установки особенно актуально для изготовления прецизионных двухслойных печатных плат, сложных многослойных печатных плат (внутренних, внешних слоев) и формирования защитной паяльной маски.

ЖК-монитор установки ExpoALIGNER с результатами совмещения

В основе идеи высокоточного совмещения в производстве печатных плат, а особенно в производстве многослойных печатных плат, которую постоянно и повсеместно «проповедует» ООО «ЭЛЕКТРОН-СЕРВИС-ТЕХНОЛОГИЯ» и фирма PRINT-PROCESS AG, лежит следующий постулат: «Все фотошаблоны, как для внутренних, так и для внешних слоев, должны иметь разный коэффициент масштабирования, а на каждой операции совмещения и базирования все погрешности должны «располовиниваться» и усредняться».

Использование установки автоматического совмещения ExpoALIGNER совместно с установкой автоматического формирования базовых отверстий на спрессованных заготовках многослойных печатных плат TARGOMAT IV, со столом для сборки пакета и фиксирования адгезивом FIX TABLE, с ручной установкой вскрытия реперных знаков на внутренних слоях SFU позволяет получить бюджетный комплект (рис. 6) высокоточной системы автоматического совмещения для производства прецизионных многослойных печатных плат. Установка ExpoALIGNER совместно с установкой экспонирования без оптического совмещения, например, WAT SEM M8K2 (рис. 7), может быть использована в серийном производстве. У производителей, имеющих установку экспонирования с автоматическим оптическим совмещением, ExpoALIGNER может быть использована как запасной вариант совмещения, на случай временной подмены при выходе установки экспонирования из строя, или использоваться как дополнительный высокоточный инструмент совмещения, если основная установка экспонирования с автоматическим совмещением не справляется по производительности.

Бюджетный комплект высокоточной системы совмещения для прототипного производства прецизионных многослойных печатных плат
Установка экспонирования WAT SEM M8K2

Установка ExpoALIGNER совместно с установкой экспонирования без автоматического оптического совмещения может являться равноценной заменой установкам экспонирования с автоматическим оптическим совмещением бюджетного типа. Высокая точность совмещения внешних слоев, внутренних слоев, защитной паяльной маски с заготовкой, минимизация влияния человеческого фактора на процесс совмещения должны дать неизменно стабильный и положительный результат совмещения при совместном применении установки ExpoALIGNER и установок экспонирования без автоматического оптического совмещения в производстве.

Главным недостатком этой пары, как и бюджетных установок экспонирования с автоматическим оптическим совмещением, перед установками экспонирования с высокоточным автоматическим оптическим совмещением (например, PRINTPROCESS EXPOMAT AEX (рис. 8)) является отсутствие информации о результатах совмещения (контроля) после приложения вакуума в раме экспонирования, перед открытием затворов камер ультрафиолетовых ламп и невозможность последующего пересовмещения перед самим экспонированием, что очень важно для получения высокоточного совмещения топологии.

Установка экспонирования с высокоточным автоматическим оптическим совмещением PRINTPROCESS EXPOMAT AEX

Выводы

Огромный интерес к установке автоматического оптического совмещения ExpoALIGNER, проявленный посетителями стенда ООО «ЭЛЕКТРОН-СЕРВИС-ТЕХНОЛОГИЯ» на выставке ЭКСПОЭЛЕКТРОНИКА 2007 (рис. 9), и искреннее желание применить данный высокоточный инструмент совмещения в своей технологической цепочке оборудования, как для прототипного, так и для серийного производства, в ближайшее время свидетельствуют о высокой актуальности проблемы совмещения в производстве печатных плат.

Установка ExpoALIGNER на стенде ООО «ЭЛЕКТРОН-СЕРВИС-ТЕХНОЛОГИЯ» выставки ЭКСПОЭЛЕКТРОНИКА-2007

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо

Кофемашина Gaggia
Кофемашина Gaggia Brera, купи сейчас. В наличии, доставка
1coffeestore.ru
Сертификат соответствия гост р
Помощь в оформлении сертификатов и деклараций о соответствии продукции
certification-portal.ru
Kv 1
kv 1
ilstail.pro