Способ изготовления защитных рельефов

Способ изготовления защитных рельефов

Реферат

 

Изобретение касается производства печатных плат, в частности изготовления для них защитных рельефов, и может быть использовано в радио- и электротехнической промышленности. Цель изобретения - повышение разрешающей способности получаемого защитного рельефа, достижение стабильной устойчивости к отслоению его от медной подложки и повышение выхода годных изделий при изготовлении печатных плат. Последнее ведут путем нанесения сухого пленочного фоторезиста (ПФ) на поверхность медной фольги, экспонирования УФ-излучением через фотошаблон, отслоения полиэтилентерефталатной основы ПФ и проявления светочувствительного слоя с помощью метилхлороформа с последующим выдерживанием в темноте в присутствии атмосферного кислорода в течение 1 - 24 ч при 10 - 40°С. Используемый ПФ имеет состав, мас.ч.: диметакрилат -бис- (этиленгликоль)фталат 40 - 60; 1-хлор-2- гидрокси-3- метакрилоилоксипропан 12 - 25; олигометакрилат-бис-(олигооксипропиленглицерин)фталат(формулы I) 5 - 10; полиметилметакрилат(формулы II) 90 - 110; бензофенон 3,5-6; 4,4- бис-(диметиламино) бензофенон 0,5 -2,5 ; краситель метиловый фиолетовый C.J N 42535 0,05 - 0,2; фталевая кислота 0,05 - 0,4; триэтиленгликольдиацетат(формулы III) 10 - 15. Соединение формулы I где K= -CH₂-O-CH₂-CH(CH₃)-B; А - органический одновалентный радикал -OCH₂-CH(OH)CH₂-O-C(O)-C(CH₃)-CH₂; B-органический двухвалентный радикал -O-C(O)-Ar-C(O)-O-CH₂-CH(OH)CH₂-O, где Ar 1,2-фенилен. Соединение формулы II (-CH₂-CXY)_n, где X=CH₃; Y= -C(O)-OCH₃; n = 400 - 900, мол.м. 40 - 90 тыс. Соединение формулы III CH₃-C(O)-O-(CH₂CH₂O)₃-C(O)CH₃. Данный способ позволяет существенно повысить разрешающую способность защитного рельефа ( с 75 до 90 мкм), снизить количество дефектов на 1 м длины проводника ( в 4,57 раза), увеличить выход готовых изделий (в 2,3 раза), уменьшить ширину зоны отслоения при нагрузке 6 кг на 92,3%. 4 табл.

Изобретение относится к способам изготовления защитных рельефов и может быть использовано при производстве печатных плат с использованием сухих пленочных фоторезистов в радио- и электротехнической промышленности. Целью изобретения является повышение разрешающей способности получаемого защитного рельефа, достижение стабильной устойчивости к отслоению его от медной подложки и повышение выхода годных изделий при изготовлении печатных плат. П р и м е р 1. А. Изготовление образцов сухого пленочного фоторезиста. Приготавливают композицию состава 1, приведенного в табл. 1. Композицию готовят путем растворения компонентов светочувствительного слоя сухого пленочного фоторезиста в растворителе при 30-35^оС и постоянном перемешивании, причем сначала растворяют полимер, затем вводят остальные компоненты согласно рецептуре. Параллельно в тех же условиях готовят композицию по прототипу (данные приведены в табл. 1). Полученные растворы фильтруют через слой ткани и металлическую сетку для отделения механических включений размером более 5 мкм. Приготовленные фотополимеризующиеся композиции наносят при помощи фильеры на полиэтилентерефталатную пленку толщиной (203) мкм и сушат при 50^оС обдувом горячим воздухом в течение 3 мин. Толщина полученного светочувствительного слоя составляет 50 мкм. Светочувствительный слой покрывают защитным слоем из полиэтиленовой пленки толщиной 25-30 мкм для защиты от слипания при скатывании светочувствительного слоя в рулон. Изготовленные таким образом образцы сухого пленочного фоторезиста используют для получения защитных рельефов. Защитный слой из полиэтиленовой пленки перед нанесением фоторезиста отслаивают. Б. Изготовление защитных рельефов. Образцы сухого пленочного фоторезиста наносят на поверхность медной фольги при помощи валкового ламинатора типа ИЧ.084.0030 при температуре обогреваемых валков 110-115^оС и скорости нанесения 0,8-1,2 м/мин. В качестве подложек используют фольгированный медью стеклотекстолит толщиной 1,5 мм, размером 150х200 мм, толщина фольги 50 мкм. Поверхность медной фольги перед нанесением фоторезиста подготавливают путем обезжиривания в 10%-ном водном растворе едкого натра, декапирования 5%-ной серной кислотой и гидроабразивной зачистки водно-пемзовой суспензией при помощи вращающихся полиамидных щеток. Образцы экспонируют УФ-излучением через групповой (из 12 изделий) пленочный фотошаблон печатных плат с проводниками шириной 125 мкм и промежутками шириной 150 мкм на установке ТЭМП-1 с точечным источником света. Предварительно находят оптимальное время экспонирования, при котором ширина проводников на защитном рельефе, полученном после проявления образцов, совпадает с шириной их изображения на фотошаблоне. Кроме того, изготавливают по 3 образца такого же размера и в тех же условиях, но экспонированных через фотопленку, не содержащую фотографического изображения, с найденным ранее оптимальным временем экспонирования. Для определения разрешающей способности дополнительно проводят экспонирование образцов предложенного и известного составов через пленочный фотошаблон с изображением мир штриховых ГОИ, содержащий набор линий и промежутков между ними шириной до 20 мкм. С образцов, экспонированных через фотошаблон печатной платы, изготовленных в количестве по 30 шт. для каждого из составов, по истечении 30 мин после экспонирования отслаивают полиэтилентерефталатную основу фоторезиста, затем немедленно проявляют светочувствительный слой метилхлороформом в течение 70 с. После этого по 5 образцов каждого состава выдерживают в темноте при 20^оС в течение соответственно 0,1; 0,5; 1; 10; 24 и 48 ч для обеспечения диффузии атмосферного кислорода сквозь слой композиции (отсчет времени выдержки производят с момента отслоения полиэтилентерефталатной основы фоторезиста). Изготовленные таким образом образцы после истечения указанного времени подвергают травлению на струйной установке 40%-ным водным раствором хлорного железа на глубину 50 мкм (до вытравливания меди на пробельных участках). Время травления 4 мин при температуре раствора 55^оС. Определяют выход годных изделий на групповых заготовках и количество дефектов травления (недотравов и перетравов) на 1 м длины проводника. Результаты испытания отражены в табл. 2. Образцы, экспонированные через фотопленку, не содержащую фотографического изображения, используют для определения устойчивости светочувствительного слоя в сшитом состоянии к отслоению от подложки. С этой целью через 30 мин после экспонирования с каждого образца на 2/3 его поверхности удаляют (отслаивают) полиэтилентерефталатную пленку, предварительно надрезав ее остро заточенным лезвием. Остальная площадь платы 1/3 поверхности) остается покрытой полиэтилентерефталатной пленкой. Исследуют изменение устойчивости к отслоению светочувствительного слоя во времени при 20^оС путем измерения ширины зоны отслоения при перпендикулярной нагрузке 6 кг, передаваемой при перемещении (качении) нагруженного диска диаметром 10 мм и толщиной 1 мм, имеющего тороидальную поверхность качения с радиусом 0,5 мм. Диск изготавливается из хромовольфрамомарганцевой стали марки ХВГ, термообработанной до поверхностной твердости HRC 60. Линейная скорость перемещения диска 5 мм/с. Ось вращения диска параллельна поверхности светочувствительного слоя и перпендикулярна направлению качения. При помощи измерительного окуляра микроскопа МБС-9 измеряют ширину зоны отслоения светочувствительного слоя после воздействия нагрузки 6 кг, переданной движущимся диском. Измерение проводят в пяти точках зоны отслоения через 5 мм, после чего определяют среднее значение. Определение проводят непосредственно после удаления полиэтилентерефталатной пленки с поверхности образцов, а затем через 0,5; 1; 10; 24 и 48 ч выдержки на воздухе, необходимой для диффузии атмосферного кислорода сквозь слой композиции. Результаты испытания приведены в табл. 2. Как видно из табл. 2, использование предложенного способа позволяет повысить выход годных изделий, существенно уменьшить количество дефектов травления и достигнуть стабильной устойчивости светочувствительного слоя в отвержденном состоянии к отслоению от подложки, что заметно по уменьшению ширины зоны разрушения при нагрузке 6 кгс, которое наблюдается в условиях реализации предложенного способа. Известный способ не дает стабильной устойчивости к отслоению защитного рельефа от медной подложки. Так, например, при изменении времени выдержки в пределах от 0 до 48 ч ширина зоны отслоения может составлять 0,87-3,05 мм (для известного способа), а предложенный способ (при времени выдержки 1,0-24 ч) в тех же условиях испытания обеспечивает ширину зоны отслоения в пределах 0,0-0,35 мм ( см. табл. 2 для состава 1). При использовании состава 1 при запредельном времени выдержки (0; 0,1; 0,5; 48 ч) найдено, что снижение времени выдержки до менее 1 ч приводит к значительному повышению количества дефектов защитного рельефа, снижению выхода годных изделий и резкому возрастанию ширины зоны отслоения (см. табл. 2). Оптимальные результаты получения при времени выдержки в пределах 1-24 ч. При дальнейшем увеличении времени выдержки, например до 48 ч, ширина зоны отслоения, количество дефектов и выход годных изделий при травлении остаются на том же уровне, что и при времени выдержки 1-24 ч. При дальнейшем увеличении времени выдержки, например до 48 ч, ширина зоны отслоения, количество дефектов и выход годных изделий при травлении остаются на том же уровне, что и при времени выдержки 1-24 ч, однако после удаления защитного рельефа на поверхности меди остаются органические загрязнения, гидрофобизирующие ее поверхность. При этом становится возможным появление брака при изготовлении печатных плат, например, позитивным комбинированным методом, получившим широкое распространение в технике. Для определения влияния атмосферного кислорода при изготовлении защитного рельефа с образцов, экспонированных через фотопленку, не содержащую фотографического изображения по истечении 10 ч выдержки на воздухе удаляют оставшуюся часть полиэтилентерефталатной пленки, покрывающую 1/3 поверхности образцов и не пропускающую кислород к этому участку поверхности образцов. Непосредственно после удаления полиэтилентерефталатной пленки на открывшихся участках определяют ширину зоны отслоения при воздействии нагрузки 6 кгс. Затем, по истечении 10 ч, повторяют испытание на этих же участках. При проведении данного испытания найдено, что на участках, закрытых пленкой, предотвращающей доступ атмосферного кислорода, не происходит снижения ширины зоны отслоения фоторезиста (как для состава прототипа, так и для предложенного). Однако по истечении 10 ч после отслоения пленки на этих участках показатели их устойчивости к отслоению возрастают и не отличаются от показателей для участков поверхности, имевших время выдерживания на воздухе 10 ч, определенных ранее (см. табл. 2). При исследовании резольвометрических показателей при получении защитных рельефов по известному и предложенному способам найдено, что предложенный способ обеспечивает более высокую разрешающую способность и дает возможность получать линии с минимальной шириной 75 мкм. Известный способ обеспечивает получение линий с минимальной шириной лишь 120 мкм (см. табл. 2). П р и м е р 2. Повторяют испытание способа изготовления защитных рельефов, как указано в примере 1, но используют композицию состава 2 из табл. 1, отличающуюся тем, что фталевая кислота заменена равным количеством лимонной кислоты. Остальные компоненты те же, что и в композиции состава 1 из табл. 2. Как видно из табл. 2, замена фталевой кислоты на лимонную ухудшает основные параметры процесса и приводит к снижению разрешающей способности, адгезионных показателей и выхода годных изделий. П р и м е р 3. Повторяют сравнительные испытания предложенного способа, используя другие составы фотополимеризующихся композиций (3 и 4 в табл. 1). Режимы экспонирования и проявления, а также результаты испытания приведены в табл. 2. Результаты испытания, приведенные в табл. 2, подтверждают преимущества предложенного способа и возможность использования его независимо от конкретного состава применяемой фотополимеризующейся композиции. Средние значения параметров фотолитографического процесса, достигнутые при использовании предложенного способа, приведены в табл. 3. Из табл. 3 видно, что предложенный способ позволяет повысить выход годных изделий в среднем в 2,26 раза, снизить количество дефектов травления в 4,1 раза, уменьшить ширину зоны отслоения в среднем на 96,7% П р и м е р 4. Повторяют сравнительные испытания предложенного и известного способов изготовления защитных рельефов, как указано в примерах 1 и 3, но выдержку образцов в присутствии атмосферного кислорода проводят в четырех температурных режимах (0; 10; 40 и 50^оС). Результаты испытания приведены в табл. 4, содержащей средние значения показателей для предложенного способа. Из табл. 4 видно, что понижение температуры до значения ниже 10^оС (до 0^оС) приводит к снижению эффективности процесса аналогично уменьшение времени выдержки при доступе кислорода воздуха до запредельных значений (менее 1 ч). В диапазоне 10-40^оС показатели процесса оптимальным (см. табл. 4). При дальнейшем повышении температуры до запредельного значения (50^оС) показатели процесса практически не изменяются, однако в этом случае наблюдается появление органических загрязнений на поверхности меди после удаления защитного рельефа, приводящих к ее гидрофобизации, как и в случае запредельных значений времени выдержки (свыше 24 ч). Как видно из приведенных примеров, использование предложенного способа дает возможность существенно повысить разрешающую способность получаемого защитного рельефа, достигнуть стабильной устойчивости его к отслоению от медной подложки и увеличить выход годных изделий при изготовлении печатных плат.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ РЕЛЬЕФОВ путем нанесения сухого пленочного фоторезиста, состоящего из полиэтилентерефталатной основы и светочувствительного слоя, включающего ненасыщенные соединения акрилового ряда, пленкообразующий компонент полиметилметакрилат, фотоинициатор смесь бензофенона с 4,4'-бис-(диметиламино)бензофеноном, -ингибитор гидрохинон, - краситель и фталевую кислоту, на поверхность медной фольги, экспонирования УФ-излучением через фотошаблон, отслоения полиэтилентерефталатной основы фоторезиста и проявления светочувствительного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности получаемого защитного рельефа, достижения стабильной устойчивости к отслоению его от медной подложки и повышения выхода годных изделий при изготовлении печатных плат, в светочувствительном слое используют в качестве ненасыщенных соединений акрилового ряда смесь диметакрилат-бис-(этиленгликоль)фталата, 1-хлор-2-гидрокси-3-метакрилоилоксипропана и олигометакрилат-бис-(олигооксипропиленглицерин)фталата общей формулы I где A органический одновалентный радикал формулы где B органический двухвалентный радикал формулы в качестве пленкообразующего компонента полиметилметакрилат общей формулы II с мол. м. 40000 90000, где n 400 900, в качестве красителя - метиловый фиолетовый C. J. N 42535 и дополнительно в светочувствительный слой вводят триэтиленгликольдиацетат формулы III при следующем соотношении компонентов в светочувствительном слое, мас.ч. Диметакрилат-бис-(этиленгликоль)фталат 40 60 1-Хлор-2-гидрокси-3-метакрилоилоксипропан 12 25 Олигометакрилат-бис-(олигооксипропиленглицерин)фталат формулы I 5 - 10 Полиметилметакрилат формулы II 90 110 Бензофенон 3,5 6,0 4,4'-Бис-(диметиламино)бензофенон 0,5 2,5 Гидрохинон 0,01 0,2 Метиловый фиолетовый C.J. N 42535 0,05 0,2 Фталевая кислота 0,05 0,40 Триэтиленгликольдиацетат формулы III 10 15 при этом проявление светочувствительного слоя производят метилхлороформом, а после проявления фотоотвержденный светочувствительный слой выдерживают в темноте в присутствии атмосферного кислорода в течение 1 24 ч при 10 40^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6