CC BY
86Продолжение. Начало в№ 4 '2007
Аркадий МЕДВЕДЕВ, д. т. н., профессор МАИ
Каким быть российскому
производству электроники?
Требования к чистым производственным помещениям
1. Участок технологической
подготовки информации
1.1. Наименование операции: обработка файлов, разработка технологической документации.
1.2. Размещаемое оборудование: персональный компьютер, оргтехника, стеллажи и боксы для хранения документации.
1.3. Требования к помещениям. Отделка помещения — общие санитарные условия. Допускается незначительное пылеобразова-ние. Вся документация, поступающая в производство, должна быть выполнена на плотной, мало пылящей бумаге, ламинированной или упакованной в полимерную пленку (файлы). Надписи для поправок и справок на бумажные документы наносить шариковой ручкой. Для предотвращения разрушения упаковки стеллажи и боксы не должны иметь острых граней и заусенцев.
2. Участок изготовления
фотошаблонов
2.1. Наименование операции: обработка файлов, прорисовка фотошаблонов.
2.2. Размещаемое оборудование: персональный компьютер, фотоплоттер (в отдельном помещении), проявочный процессор (в отдельном помещении), рабочий стол с микроскопом, стеллажи и боксы (фильмостаты) для временного хранения фотошаблонов.
2.3. Требования к помещениям.
2.3.1. Общие требования. Неактиничное искусственное освещение. Отдельно выделенный бокс для фотоплоттера — темная комната с подачей обеспыленного воздуха. Шлюз для входа/выхода персонала. Воздушный душ для обеспыливания одежды персонала. Окраска стен и покрытие пола пылеотталкивающими, не бликующими материалами, не выделяющими пыли и допускающими влажную уборку. Антистатическая защита. Для предотвращения разрушения фотоэмульсионного слоя фотошаблонов стеллажи и боксы не должны иметь острых граней и заусенцев.
2.3.2. Требования к классу чистоты в общих помещениях участка фотошаблонов по ГОСТ ИСО 14644-1-2002: класс 7 ИСО.
2.3.3. Тип и объем потока воздуха: тип потока воздуха — смешанный; кратность воздухообмена— 20 кубометров на 1 м2 площади помещения (уточняется по результатам тепловых расчетов1).
2.3.4. Требования к температурному режиму: 21 ±1 °С.
2.3.5. Требования к режиму влажности: 50 ±5%.
3. Участок фотолитографии
и трафаретной печати
3.1. Наименование операции: нанесение пленочного фоторезиста, экспонирование, удаление пыли с фотошаблонов, нанесение жидкой паяльной маски и маркировки, визуальный контроль рисунка.
3.2. Размещаемое оборудование: установки экспонирования, ламинаторы, установки трафаретной печати, рабочее место оптического контроля изображений, стеллажи для хранения задела, транспортные тележки.
3.3. Требования к помещениям.
3.3.1. Общие требования. Неактиничное искусственное освещение. Окраска стен и покрытие пола пылеотталкивающими, не бли-кующими материалами, не выделяющими пыли и допускающими влажную уборку. Шлюз для входа/выхода персонала. Воздушный душ для обеспыливания одежды персонала. Антистатическая защита. Магистраль сжатого воздуха должна быть проложена по отапливаемым помещениям для предотвращения образования конденсата.
3.3.2. Требования к классу чистоты помещений: класс 8 ИСО по ГОСТ ИСО 14644-1.
3.3.3. Тип потока воздуха: тип потока воздуха — смешанный; кратность воздухообмена — 40 кубометров на 1 м2 площади помещения (уточняется по результатам тепловых расчетов).
3.3.4. Требования к температурному режиму: 21 ±1 °С.
3.3.5. Требования к режиму влажности: 50 ±5%.
3.3.6. Требования к воде для охлаждения теплообменника в установке экспонирования Print Process Expomat AEX-II H:
3.3.6.1. Температура поступающей воды — +8 °С.
3.3.6.2. Ориентировочный расход воды —
1,5 м3/ч.
(Рекомендуется использовать установку охлаждения воды ВМТ-20 с зацикленной системой подачи воды.)
4. Участок сверления и фрезерования
4.1. Наименование операции: обработка файлов, штифтование/расштифтовывание пакетов, сверление, фрезерование, заточка сверл.
4.2. Размещаемое оборудование: персональный компьютер, установка штифтова-ния, установка удаления штифтов, сверлильный станок, установка вскрытия реперных знаков на внутренних слоях, станок автоматического оптического формирования базовых отверстий, станок заточки сверл, сверлильно-фрезерный станок, рабочее место визуального контроля.
4.3. Требования к помещениям.
4.3.1. Общие требования. Отделка помещения — общие санитарно-гигиенические требования. Необходимо предусмотреть звукопоглощающие подшивные потолки из несгораемых материалов. Общая вытяжка с контролируемым притоком воздуха. Основания сверлильных станков должны быть виброизолирован-ными или размещены в материковом грунте (на нулевой отметке). Магистраль сжатого воздуха должна быть проложена по отапливаемым помещениям для предотвращения образования конденсата.
4.3.2. Требования к чистоте помещений: класс 8 ИСО по ГОСТ ИСО 14644-1.
4.3.3. Тип потока воздуха: тип потока воздуха — смешанный; кратность воздухообмена — 10 кубометров на 1 м2 площади помещения (уточняется по результатам тепловых расчетов).
4.3.4. Требования к температурному режиму: 21 ±2 °С.
4.3.5. Требования к режиму влажности: 65 ±15%.
5. Химико-гальванический участок
5.1. Наименование операции: химическая (прямая) и электрохимическая металлизация.
5.2. Размещаемое оборудование: линии химической металлизации и гальваники, рабочее место технологического контроля качества гальванических покрытий.
5.3. Требования к помещениям.
5.3.1. Общие требования. Пол должен иметь наливное, химически стойкое покрытие. Для стока воды и при возможных проливах жидкостей полы должны иметь уклон к тра-
1 Кратность воздухообмена определяется расчетным путем с учетом тепловой нагрузки, наличия вытяжек, класса чистоты, численности персонала, типа одежды с учетом эмиссии частиц, требуемого перепада давления и др. Здесь приведены ориентировочные значения объема подаваемого воздуха на 1 м2 площади в 1 ч при высоте помещения 3,0 м.
пу. Стены должны быть грунтованы и окрашены химически стойкой краской на высоту не менее 2 м, верхняя часть стен и потолок должны быть покрыты эмалевой краской.
5.3.2. Требования к классу чистоты помещения: общие санитарно-гигиенические требования.
5.3.3. Требования к температурному режиму: 21 ±5 °С.
5.3.4. Требования к режиму влажности: 65 ±15%.
6. Участок «мокрых» процессов
6.1. Наименование операции: проявление, травление, раздубливание фоторезиста, мокрая механическая подготовка поверхности, химическая подготовка поверхности, удаление металлорезиста, отмывка от технологических загрязнений.
6.2. Размещаемое оборудование: линия механической подготовки поверхности, линии струйной обработки — проявление фоторезиста, проявление паяльной маски, микротравление, травление рисунка, рабочее место визуального контроля.
6.3. Требования к помещениям.
6.3.1. Общие требования. Пол должен иметь наливное химически стойкое покрытие. Для стока воды и при возможных проливах жидкостей полы должны иметь уклон к трапу. Стены должны быть грунтованы и окрашены химически стойкой краской на высоту не менее 2 м, верхняя часть стен и потолок должны быть покрыты эмалевой краской. Общая вытяжка с контролируемым притоком воздуха.
6.3.2. Требования к чистоте помещений: класс 8 ИСО по ГОСТ ИСО 14644-1.
6.3.3. Тип потока воздуха: тип потока воздуха — смешанный, кратность воздухообмена — 10 кубометров на 1 м2 площади помещения (уточняется по результатам тепловых расчетов).
6.3.3. Требования к температурному режиму: 21 ±5 °С.
6.3.4. Требования к режиму влажности: 65 ±15%.
7. Участок прессования
7.1. Наименование операции: сборка пакета МПП и прессование, хранение препрега, при необходимости — сушка слоев.
7.2. Размещаемое оборудование: установка сборки и склепывания слоев с ламинарным встречным потоком обеспыленного воздуха, вакуумный пресс, рабочее место входного контроля материалов и результатов прессования.
7.3. Требования к помещениям.
7.3.1. Общие требования. Отделка помещения — обычная. Общая вытяжка с контролируемым притоком воздуха. Индивидуальный приток обеспыленного воздуха на рабочем месте сборки слоев.
7.3.2. Требования к чистоте помещений: класс 7 ИСО по ГОСТ ИСО 14644-1.
7.3.3. Тип потока воздуха: тип потока воздуха — смешанный; кратность воздухообмена — 70 кубометров на 1 м2 площади помещения (уточняется по результатам тепловых расчетов).
7.3.4. Требования к температурному режиму: 21 ±5 °С.
7.3.5. Требования к режиму влажности: 50 ±5%.
8. Участок горячего лужения
8.1. Наименование операции: подготовка, флюсование, лужение, отмывка.
8.2. Размещаемое оборудование: сушильный шкаф, линия флюсования, установка горячего лужения, установка отмывки плат, рабочее место визуального контроля.
8.3. Требования к помещениям.
8.3.1. Общие требования. Отделка помещения — обычная. Полы с огнестойким покрытием. Общая вытяжка с контролируемым притоком воздуха. Антистатическая защита. Магистраль сжатого воздуха должна быть проложена по отапливаемым помещениям для предотвращения образования конденсата. Средства пожаротушения.
8.3.2. Требования к чистоте помещений: класс 9 ИСО по ГОСТ ИСО 14644-1.
8.3.3. Тип потока воздуха: тип потока воздуха — смешанный; кратность воздухообмена — 60 кубометров на 1 м2 площади помещения (уточняется по результатам тепловых расчетов).
8.3.4. Требования к температурному режиму: 21 ±5 °С.
8.3.5. Требования к режиму влажности: 65 ±15%.
9. Участок изготовления
микрошлифов
9.1. Наименование операции: вырезка образцов, формовка образцов спеканием, шлифовка, полировка, анализ качества металлизации под микроскопом, распечатка результатов металлографического анализа.
9.2. Размещаемое оборудование: отрезной станок (вырубной штамп), таблеточный пресс, установка шлифовки и полировки, металлографический микроскоп, объединенный с инспекционной системой (персональный компьютер, принтер).
9.3. Требования к помещениям: отделка помещения — по общим санитарно-гигиеническим нормам. Допускается незначительное пылеобразование.
10. Участок тестирования
10.1. Наименование операций: электротестирование, автоматическая оптическая инспекция (А01), линейные и координатные измерения (контроль обеспечения точности позиционирования элементов многослойных структур).
10.2. Размещаемое оборудование: тестеры с «летающими» щупами, матричные тестеры электрического контроля, системы автомати-
ческого оптического тестирования, автоматизированная машина координатных и линейных измерений, рабочий стол диагностического анализа (ампервольтомметры (тестеры), тераомметры, милиомметры, микроскопы).
10.3. Требования к помещениям.
10.3.1. Общие требования. Окраска стен и покрытие пола пылеотталкивающими, не бликующими материалами, не выделяющими пыли и допускающими влажную уборку. Антистатическая защита.
10.3.2. Требования к чистоте помещений: класс 8 ИСО по ГОСТ ИСО 14644-1.
10.3.3. Тип потока воздуха: тип потока воздуха — смешанный; кратность воздухообмена — 10 кубометров на 1 м2 площади помещения (уточняется по результатам тепловых расчетов).
10.3.3. Требования к температурномурежи-му: 21 ±5 °С.
10.3.4. Требования к режиму влажности: 50 ±5%.
11. Склад материалов и химикатов
11.1. Наименование операций: раздельное хранение кислых, щелочных и органических химических реактивов. Расфасовка жидких и сыпучих материалов на объемы сменных расходов. Складирование фольгированных материалов, фотоматериалов, фоторезистов, фотоэмульсий.
11.2. Размещаемое оборудование: стеллажи, тележка, тара.
11.3. Требования к помещениям: пол должен иметь наливное химически стойкое покрытие. Для стока воды и при возможных проливах жидкостей полы должны иметь уклон к трапу. Стены должны быть грунтованы и окрашены химически стойкой краской на высоту не менее 2 м, верхняя часть стен и потолок должны быть покрыты эмалевой краской. Температура: 15-25 °С. Требования к режиму влажности: 65 ±15%.
12. Заготовительный участок
12.1. Наименование операций: нарезка листового и рулонного материала.
12.2. Размещаемое оборудование: гильотинные ножницы, разделочные столы, стеллажи.
12.3. Требования к помещениям: отделка помещения — по общим санитарно-гигиеническим нормам. Допускается пылеобразо-вание. Температура: 15-25 °С. Требования к режиму влажности: 65 ±15%.
Общие представления о мерах инженерного обеспечения прецизионного производства электроники
Одежда персонала
Одежда всего вспомогательного персонала должна быть из антистатических материалов (х/б или батистовые белые халаты).
Одежда персонала на участке фотолитографии — халаты и шапочки синтетические (не пылящие) с антистатической обработкой, не люминесцирующие, тапочки кожаные. Одежда персонала на химико-гальваническом и гальваническом участке — халаты и тапочки кислотоупорные, перчатки хирургические, косынки (шапочки).
Одежда персонала на механическом участке — халаты, тапочки, шапочки (косынки) без специальных требований.
Одежда работников склада — так же, как у персонала на химико-гальваническом участке + бахилы или резиновые сапоги на время разлива (расфасовки) агрессивных жидкостей.
Очистка воздуха
Воздухораспре делительные устройства в чистых помещениях служат для подачи фильтрованного воздуха и организации однородного воздушного потока. Скорость воздухообмена с точки зрения обеспыливания зависит от конфигурации помещения, оборудования и его расположения и тепловыделений, от типа воздушного потока (ламинарный или турбулентный, вертикальный или горизонтальный), режима работы, используемых в производстве материалов. Кратность обмена воздуха определяется балансом пыле-выделения и эффективностью фильтрации. Источников пылевыделения в производстве печатных плат довольно много, поэтому здесь мы их не будем перечислять. Даже работающий персонал в изолирующей защитной одежде является источником обильного образования пыли различного калибра (рис. 6).
Рециркуляция воздуха проектируется так, чтобы фильтры не только очищали воздух, но и создаваемые ими потоки воздуха не поднимали пыль. Для этого вертикальный однонаправленный поток сначала идет вниз, проходит чистое помещение и перфорированный пол, затем поступает вверх по вертикальным воздухопроводам и через потолочные фильтры возвращается в помещение (рис. 7).
• толщина человеческого волоса
• частица диаметром 50 мкм, видимая невооруженным глазом
частица размером * 0,5 мкм
Рис. 6. Представления о частицах загрязнения чистых помещений
Рис. 7. Схема обмена воздуха в чистых помещениях
По пути он проходит через регулируемый воздухоохладитель или воздухонагреватель, паровые или ультразвуковые увлажнители.
Поддержание избыточного давления в чистых помещениях необходимо для их защиты от загрязнения со стороны прилегающих зон, защиты движущегося потока от нежелательных загрязнений, предотвращения перекрестного загрязнения между зонами, поддержания требуемых значений температуры и влажности. Чистое помещение для микроэлектроники обычно работает при избыточном давлении относительно прилегающего коридора и других помещений здания с полугерметичным воздушным шлюзом на входе в чистую зону. Диапазон давления — 40-60 Па. Гардеробные помещения для переодевания часто исполняют роль подобных воздушных фильтров (рис. 8).
Термостабилизация
При назначении уровня стабильности температуры приходится считаться со стоимостью этого требования: стабильность ±1 °С обходится в несколько раз дороже, чем ±2 °С. Это в первую очередь связано с тем, что термостабилизированное помещение чаще приходится охлаждать от тепловыделений энергетически мощного оборудования. Как правило, проектировщики чистых помещений
наружный коридор 0 Па
0:
решетка или устройство, демпфирующее давление
вытяжка воздуха подача воздуха
Рис. 8. Фрагмент планировки чистых и вспомогательных помещений
выгораживают производственные зоны так, чтобы уменьшить затраты на отделку капитальных стен, потолков и полов. Для этого они встраивают в периметр существующих помещений чистые комнаты со шлюзами и изолированным воздухообменом (рис. 9).
Рис. 9. Пример встраивания чистых зон в строительные конструкции производственных помещений
Управление влажностью
Относительная влажность воздуха в ответственных зонах помещения контролируется соответствующими датчиками. При повышенной влажности уменьшают выходную температуру на охладителе воздуха для понижения влагосодержания (избыток влаги конденсируется на испарителях). Для компенсации понижения температуры потока воздуха теплообменник второго подогрева поддерживает требуемый температурный режим. Для повышения влажности воздушного потока включают ультразвуковые увлажнители, снабженные деионизованной водой с удельным сопротивлением порядка 1 МОм.
Вытяжная вентиляция
Обычно вытяжные системы подразделяются по типам удаляемых веществ на кислотные, органические, токсичные, тепловые и общеобменные. Для улавливания кислотных паров используют горизонтальный или вертикальный скруббер. Выбросы растворителей и летучих веществ требуют обработки путем абсорбции, последующего выпаривания, концентрации и утилизации (сжигания) на месте. Токсичные выбросы обычно нейтрализуются путем высокотемпературной обработки непосредственно на месте их происхождения. Надлежащим образом организованная обработка воздуха может свести к минимуму количество выбросов в атмосферу.
Уровень шума и вибрации
Работающее оборудование является источником шума и вибрации. И то, и другое создает помехи при обеспечении точности позиционирования и совмещения. Работающие сверлильные станки, у которых шпиндели перемещаются вверх-вниз со скоростью до трех ударов в секунду, могут мешать друг другу и остальному прецизионному оборудованию, если отсутствует виброизоляция.
Слоистые («вафельные») бетонные полы хорошо предотвращают передачу вибраций. Но и на таких полах необходимо виброизо-лировать «шумящее» оборудование с помощью пружин и рессор, гибких соединений или изолированных фундаментов.
Городские постройки часто грешат наличием низкочастотной вибрации от огибающих здание ветровых потоков, движения транспорта (наиболее отрицательное воздействие оказывает метро), движения воздушных потоков по коробам внутренней вентиляционной системы. Избавиться от низкочастотной вибрации очень трудно, низкочастотные шумы проникают через большинство звукоизоляционных материалов.
Магнитные
и электромагнитные поля
Величина магнитного поля Земли у ее поверхности составляет 0,5 Гс. Безопасный уровень магнитного поля для жизни и здоровья человека составляет 5 Гс. Особенно
чувствительны к магнитным полям электронные системы управления оборудованием, измерительные приборы. Для участков тестирования и лабораторного анализа, а также метрологических лабораторий магнитное излучение должно быть на уровне 0,05 Гс и ниже. Источником магнитного излучения могут служить силовые кабели, индукторы, трансформаторы и т. п. При проектировании производственных помещений приходится это учитывать.
Электростатический заряд в воздухе
и на поверхности
Статическое электричество возникает при разделении поверхностей — или как трибоэлектричество, или сродство частиц пыли к тому или другому электрическому заряду, который они приобретают самопроизвольно. Если образовавшийся на поверхности заряд не имеет возможности быстро стекать, он накапливается на поверхности материала и называется электростатическим.
Аккумулированный электростатический заряд является источником проблем на большинстве операций технологических процессов производства электроники. Он может стать причиной воспламенения паров растворителей, вызывать слипание тонких слоев материалов и пленок, накапливать на поверхности пыль и мелкие частицы из воздуха (особенно чувствительны к этому литографические процессы), вызывать повреждение или даже разрушение тонких полупроводниковых структур электронных компонентов, вносить сбои в работу микроэлектронного оборудования.
Обычно минимальная энергия возгорания для смеси воздуха и углеводородов (в частности, паров растворителей) составляет 0,2 мДж при электростатическом разряде в несколько киловольт.
Инженерное обеспечение современного производства электроники — непременный атрибут, гарантирующий воспроизводство высоких норм проектирования, надежности аппаратуры и низкий уровень брака.
Приходится считаться с тем, что вложения в развитие основного производства соизмеримы с объемами затрат на инженерное обеспечение этого производства. Но без этого трудно гарантировать надежность производимых продуктов и высокий выход годной продукции.
Проектирование конструкций электронных изделий (САй-САМ)
На этой ответственной стадии создания изделий должны быть объединены усилия и знания профессионалов разного профиля: конструкторов, технологов, испытателей, специалистов по надежности, менеджеров. Концепция создания таких проектов впервые была провозглашена в 1996 году на междуна-
родной конференции поверхностного монтажа (SMC — Surface Mount Council) и получила название DFX (Design For excellence). Позже ассоциация SMC выпустила документ SMC-WP-004, содержащий следующие блоки-разделы: Design for Success («Проектирование для обеспечения успеха»), Design for Assembly («Проектирование с учетом требований сборки»), Design for Fabrication («Проектирование с учетом требований производства»), Design for Test («Проектирование с учетом требований контролепригодности»), Design for Reliability («Проектирование для обеспечения надежности»), Design for Environment («Проектирование для обеспечения устойчивости к внешним воздействиям»). Авторы разделов — специалисты солидных фирм, одновременно сотрудничающих с IEC, IPC и SMC.
Согласно концепции DFX установлены требования к сквозному проектированию, начиная от оптимизации выбора компонентов и проектирования печатных плат и заканчивая проектом внутрисхемного и функционального тестирования и испытаний с введением в конструкции плат дополнительных элементов для контактных щупов. В обстановке глобализации, когда проектировщик может быть географически или организационно удален от производителя, особенно важно установить общие правила и нормы проектирования, чтобы уменьшить издержки на отработку конструкторских решений применительно к реальному производству.
Тем не менее, в ходе подготовки неизбежно приходится адаптировать проекты к реальным возможностям производства, без ущерба качеству и функциональным характеристикам электронных изделий, заложенным в проектах заказчиков, выполненных с использованием CAD-программ. При подготовке производства приходится использовать дополнительный пакет CAD-CAM-программ, позволяющий проводить анализ проектов электронных изделий, чтобы обнаружить ошибки и оптимизировать проектные решения с учетом параметров конкретного производства и оборудования с ЧПУ.
CAD-CAM-программы проверяют воспроизводимость в производстве конструкционных элементов, которые заложены в проекте. Применительно к печатным платам, например, к ним относятся зазоры между соседними элементами с учетом класса сложности ПП, недопустимые сужения проводников, нефункциональные контактные площадки (КП) на внутренних слоях, незавершенные цепи (зависающие проводники), неудобные для тонкого травления повороты проводников, слишком близкие сверления отверстий, которые могут вызвать поломку сверла. Необходимо проверить центрирование КП относительно сверлений, определить, соответствует ли диаметр КП диаметру сверления, есть ли такие металлизированные отверстия, которые могут вызвать короткое замыкание. Здесь перечислена лишь малая до-
Таблица 4. Сравнительные характеристики разрешения рисунка при использовании различных схем процессов
Обозначение схем процессов Тентинг-метод КПМ КПМ+ПМ ПА ПА+ДТ Лазер+ДТ
Химическое подтравливание Есть Есть Есть Незначительно Незначительно Незначительно
Электрохимическое подтравливание Нет Есть Есть Есть Нет Нет
Минимальные размеры: проводник/зазор, мм 0,15-0,2/0,2 0,12-0,15/0,15 0,10-0,12/0,10 0,07/0,07 0,05/0,05 0,03/0,04
ля проверок, которые выполняет программа, чтобы гарантировать качество проектов у производителя.
Если к функциональному узлу предъявляются специфические требования, программа контроля проектов выполняет и эти проверки. Наиболее часто предъявляются требования по однородности волнового сопротивления открытых и закрытых, двойных полосковых линий. Может подвергаться контролю реализация электромагнитной совместимости, распределение рассеиваемой мощности, контролепригодность электронного модуля для внутрисхемного тестирования и т. д.
Часто при проектировании печатных плат не выполняются специфические требования к поверхностному монтажу. Отсутствие в России общих стандартных норм проектирования (нет соответствующих стандартов) приводит к многочисленным недоразумениям и конфликтам в контрактном производстве. Тема стандартизации сейчас очень актуальна для российских специалистов.
Программы допроизводственного контроля проектов позволяют выявлять ошибки проектов на ранних стадиях подготовки производства и, тем самым, избежать значительных временных и финансовых издержек в ходе изготовления электронных изделий.
Схемы процессов изготовления ПП
Варианты схем выбирают, руководствуясь требуемым разрешением рисунка печатных плат. Они во многом определяют реализуемые ими проектные нормы ПП и капитальные вложения в модернизацию производства. Об этом приходится говорить в связи с появлением «моды» на определенные схемы, например, на тентинг-процесс. Действительно, тентинг-процесс содержит меньше операций и, соответственно, требует меньше оборудования. Но издержки от осаждения и травления больших объемов меди и риск большого брака из-за возможных не-совмещений рисунка пленочного фоторезиста с отверстиями заставляют осторожно оценивать его преимущества.
Так же трезво нужно относиться к процессу прямой металлизации. Сегодня, когда повсеместно используются субтрактивные ме-
тоды (травление фольги), этот процесс прогрессивный. Избавление от необходимости химического меднения и гальванической затяжки, значительно большая надежность внутренних межсоединений в МПП создает ему большие преимущества. Но если кто-то видит перспективу в использовании полуадди-тивных методов для обеспечения лучшего разрешения рисунка, ему придется отказаться от процесса прямой металлизации и возвращаться к химическому меднению и к гальванической затяжке. В этом случае «терять» эти процессы на временном этапе использования субтрактивных методов не целесообразно, поскольку возврат к ним связан с дорогостоящей модернизацией химико-гальванической линии.
В последнее время началась техническая реализация лазерных методов формирования рисунка за счет испарения меди из зазоров. Эта технология почти не зависит от толщины слоя меди, так как ей не свойствен эффект, связанный с боковым подтравлива-нием. Величина зазора в рисунке определяется длиной волны и апертурой оптической системы, выделяющей из излучения область максимальной энергии. Надежда на распространение лазерного формирования рисунка поддерживается серийным выпуском соответствующих этой задаче ультрафиолетовых лазеров (в частности, Nd:YAG-лазеров с длиной волны 355 нм). Ультрафиолетовые лазеры позволяют воспроизвести в медном покрытии зазор шириной 20 мкм со скоростью 0,3 м/с. Однако до конца (до основания) освободить зазор от меди не представляется возможным, поскольку по мере утоншения фольги при ее испарении начинает нагреваться диэлектрик основания, что приводит к нежелательным эффектам — тепловому взрыву. Поэтому процесс испарения меди в зазорах не доводят до конца, оставляя 3-5 мкм металла, который окончательно химически вытравливают за счет разницы в толщине ме-
ди на проводниках и в зазоре (дифференциальное травление).
Оценка известных схем процессов с позиций воспроизводимости проводников и зазоров показана на рис. 10, а статистика приведена в таблице 4. Размер проводника/ зазора определяется глубиной травления (химический процесс подтравливания) и наличием гальванической пары медь-металло-резист (электрохимический процесс подтравливания). Преимущества полуаддитивных методов в лучшем разрешении рисунка неоспоримы, но производители ПП еще долго будут использовать субтрактивные методы, которые гарантируют большую устойчивость в обеспечении хорошей адгезии меди с подложкой. Тем более что намечается тенденция к применению лазерного скрайбирования зазоров и пробельных мест, что позволяет осуществлять лазерную сублимацию меди.
Существенное добавление к базовым процессам состоит в наращивании слоев с глухими металлизированными отверстиями (build-up), что позволяет многократно увеличить плотность межсоединений в МПП, как показано на рис. 11. Еще одно дополнение — встраивание пассивных компонентов: резисторов, конденсаторов, индуктивностей — дает значительную экономию при сборочно-монтажных процессах, гораздо большую, чем издержки в производстве печатных плат. Отклонение от базовых процессов — лазерное формирование рисунка проводников в сплошном слое металлизации за счет сублимации меди из зазоров. Лазерное скрай-бирование позволяет обойтись без химического травления и получить разрешение по проводникам и зазорам, соизмеримое с толщиной металла.
Двукратное увеличение плотности межсоединений достигается заполнением глухих отверстий металлом. На рис. 12 можно видеть, что межслойные соединения в этом случае можно строить друг на другом, а не
ф + ГЗ + Г Ф + ГЗ Ф ГЗ ГЗ ф,+ г
Тентинг КПМ КПМ+ПМ ПА ПА+Д Лазерная
Рис. 10. Сопоставительная оценка разрешающей способности рисунка для различных технологических схем процессов:
Ф — толщина фольги; ГЗ — гальваническая затяжка (~ 6 мкм); Г — гальваническое меднение (~ 30 мкм); тентинг — общая металлизация по схеме тентинг-процесса;
КПМ — комбинированный позитивный метод с использованием химической металлизации с гальванической затяжкой и металлорезиста для защиты от травления;
КПМ + ПМ — КПМ с системой прямой металлизации; ПА — полуаддитивный метод; ПА + ДТ — полуаддитивный метод с дифференциальным травлением (за счет разницы между глубиной травления и толщиной металлизации); лазерный метод — скрайбирование меди ультрафиолетовым лазером с дифференциальным травлением остатков меди в зазорах
Технология
металлизации сквозных Встроенный резистор отверстий
Встроенная индуктивность
Базовая плата
Лазерное фрезерование зазоров — выделение проводников
Глух
металлизированные
МПП с встроенными конденсаторами
1/2 МПП — базовой платы — основы для послойного наращивания
Рис.11. МПП с послойным наращиванием межслойных переходов,
лазерным формированием прецизионного рисунка, с встроенными пассивными элементами схем
со сдвигом в сторону на один шаг, как если бы глухие отверстия не были заполнены металлом. ■
Окончание следует
Литература
1. Walter Custer, Custer Consulting //USA, EIPC Winter Conference Salzburg 2007. February 8 & 9 2007, Salzburg, Austria.
2. Printed Circuit Handbook // Combs/ 5th Edition.
3. Уайт В. Технология чистых помещений. Основы проектирования, испытаний и эксплуатации / Пер. с англ. М.: Клинрум. 2002.
4. Проектирование чистых помещений / Под ред. В. Уайта. Пер. с англ. М.: Клинрум. 2004.
5. ГОСТ ИСО 14644-1-2002. Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 1. Классификация чистоты воздуха.
6. ГОСТ Р 51752-2001. Чистота промышленная. Обеспечение и контроль при разработке, производстве и эксплуатации продукции.
Рис. 12. Межслойные переходы, выполненные как металлонаполненные глухие отверстия
7. ГОСТ Р ИСО 14644-2-2001. Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 2. Требования к контролю и мониторингу для подтверждения постоянного соответствия ГОСТ Р ИСО 14644-1-2000.
8. ГОСТ Р ИСО 14644-4-2002. Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Часть 4. Проектирование, строительство и ввод в эксплуатацию.
9. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.
10. МУ 3.3.2.056. Определение класса чистоты производственных помещений и рабочих мест. М.: Госкомсанэпиднадзор России. 1996.
