О плёночных фоторезистах…

Добрый день, уважаемые читатели. Сегодня мы поговорим с вами о практическом применении одного из классов фотополимеров - фоторезистах.

Итак, фотополимер (светополимер) - это такой материал, который изменяет свои свойства под действием света (под действием УФ-излучения в частном случае). Чаще всего до воздействия света данные материалы мягкие, пластичные и фоточувствительные.

Фотополимеры активно применяются в стоматологии, в изготовлении клише различного назначения, в изготовлении микросхем, в изготовлении печатных плат и пр. Сегодня мы поговорим об одном из классов фотополимерных материалов, используемых массово при производстве печатных плат - фоторезистах (рассматривать применение мы будем на основе примеров домашнего изготовления, но фактически в серийном производстве суть та же самая. Различия только в степени автоматизации и некоторых технологических моментах).

Что такое фоторезист? Фоторезист — это такой полимерный светочувствительный материал, используемый для защиты определённых участков печатной платы при её производстве. По типу светочувствительного материала все фоторезисты можно разделить на позитивные, негативные и обратимые.

Позитивный фоторезист – это такой светочувствительный материал, в котором проэкспонированные (засвеченные) области становятся растворимыми и после проявления разрушаются. Такие фоторезисты чаще всего позволяют получать изображение с более высоким разрешением, но и стоят при этом дороже.

Негативный фоторезист – это такой светочувствительный материал, в котором проэкспонированные области, наоборот, полимеризуются и становятся нерастворимыми. Несмотря на меньшее разрешение фоторезисты данного класса обычно более устойчивы к травлению и обладают более высокой адгезией к поверхности, нежели позитивные фоторезисты.

Обратимый фоторезист – это такой светочувствительный материал, который после экспонирования ведёт себя как позитивный фоторезист, но может быть обращен посредством термической обработки и экспонирования всей поверхности. В таком случае при проявлении данный класс фоторезистов ведёт себя уже как негативные фоторезисты.

По типу агрегатного состояния можно выделить жидкие (в т.ч. наносимые в виде аэрозоля) и пленочные (сухие). У каждого типа фоторезиста есть как свои плюсы, так и свои минусы. Конкретно в данной статье мы поговорим о плёночном фоторезисте.

Итак, сам по себе плёночный фоторезист состоит из трёх слоёв – среднего, с нанесённым фоточувствительным материалом и двух крайних – защитных (см. фото ниже). При этом защитные слои разной толщины – тот слой, что находится с внутренней стороны рулона более тонкий, а тот, что с наружной стороны – более толстый.

В данный момент у нас на рынке плёночных фоторезистов в основном доступны для радиолюбителей следующие: ПФ-ВЩ отечественного производства, Ordul ALPHA, а также несколько вариантов фоторезиста китайского производства… Данные фоторезисты являются негативными.

С фоторезистом вроде определились – переходим дальше.

Для нанесения защитного рисунка (тех мест, которые будут в дальнейшем защищены фоторезистом) нам понадобится фотошаблон — специализированный трафарет, одни части которого пропускают ультрафиолетовое излучение, а другие нет. Пример такого фотошаблона представлен на фото ниже.

После изготовления фотошаблона можно переходить непосредственно к нанесению фоторезиста. Для этого от рулона фоторезиста отрезается кусок с небольшим запасом по краям (примерно по 1 сантиметру). Далее берётся заготовка с ранее подготовленной поверхностью. От фоторезиста аккуратно отклеивается тонкая защитная плёнка с одного из краёв (примерно на 0.5 — 1 сантиметр от края. Обычно тонкая защитная плёнка расположена с внутренней стороны рулона). После этого край фоторезиста прижимается к заготовке с небольшим напуском и проглаживается. Постепенно отделяя защитную плёнку производится наклеивание фоторезиста на всю поверхность заготовки. При этом подготовленной поверхности заготовки нельзя касаться руками — что бы не оставить потожировых отпечатков.

Для более качественной адгезии фоторезиста к поверхности заготовки необходимо заготовку пропустить через ламинатор 2-4 раза с температурой 70-80 градусов Цельсия (но не более 85). Впрочем, ламинатором можно воспользоваться и для наклейки фоторезиста, но для этого нужна определённая сноровка.

Теперь необходимо поверх фоторезиста наложить сделанный ранее фотошаблон, плотно прижать сверху толстым стеклом и выдержать под источником ультрафиолетового излучения некоторое время (проэкспонировать).

После экспонирования на фоторезисте будет чётко виден отпечаток фотошаблона. Те участки, что были подвержены действию УФ излучения станут более тёмными (полимеризуются т.к. фоторезист негативный), а те участки что были защищены фотошаблоном останутся более светлыми (см. подборку фото ниже).

1 of 8

На следующем этапе изготовления платы необходимо приготовить 1-2% раствор кальцинированной соды для проявки фоторезиста. Температура готового раствора должна быть примерно комнатной.

Для проявки необходимо снять верхнюю защитную плёнку с засвеченной заготовки, поместить заготовку в раствор кальцинированной соды и выдержать около минуты в растворе, постоянно покачивая ёмкость (этим обеспечивается циркуляция раствора). Далее необходимо мягкой кистью (либо руками в перчатках) аккуратно смывать остатки не засвеченного фоторезиста в растворе до полного их удаления. После этого плата аккуратно обильно промывается водой до полного удаления остатков кальцинированной соды, сушится потоком тёплого воздуха (без фанатизма!) и вновь помещается под источник ультрафиолетового излучения на 2-3 минуты (уже без стекла и фотошаблона). На этом нанесение защитного рисунка можно считать законченным. На фото ниже показан внешний вид заготовок с нанесённым защитным рисунком непосредственно перед процессом травления (т.е. после проявки и сушки).

Основными достоинствами данного способа нанесения защитного рисунка являются:

• высокая разрешающая способность фоторезиста, что позволяет изготавливать достаточно узкие дорожки (мне удавалось сделать дорожки шириной 0.2 мм с шагом 0.2 мм);
• высокая повторяемость изготовления защитного рисунка;
• гарантированное получение результата в большинстве случаев при соблюдении технологии нанесения и экспонирования;
• простота всех технологических операций.

Основными недостатками данного способа являются:

• стоимость расходных материалов (особенно при первом запуске технологического процесса);
• необходимость использования множества дополнительного оборудования и разнообразных реактивов;
• большое разнообразие технологических операций как таковых;
• необходимость защиты фоторезиста и заготовок с фоторезистом от света при перерывах между операциями более 30 секунд — 1 минуты (иначе на фоторезисте появится паразитная засветка).

А на этом на сегодня всё. Спасибо что дочитали до конца!