Számítógépes tervezés Digitális kamera 1
Nyomtatott huzalozású lemezek technológi giája http://uni-obuda.hu/users/tomposp/szgt
NYÁK, PCB (Printed Circuit Board), NYHL, PWB (~ Wiring ~) Vezetıhálózat zat + mechanikai tartás s + szerelési si alap Elıny nyök: Nagyobb terhelhetıség, jobb disszipáci ció (felület/keresztmetszet let/keresztmetszet nagy) Szerelés, mérés, m hibakeresés automatizálhat lható Megbízhat zhatóság g jobb
NYÁK feladatai Állandó, stabil energia ellátás Hı elvezetés Mechanikai stabilitás Különleges elektromos és mechanikus kívánalmak Környezetbarát legyen Megbízható legyen
NYHL típusokt Hordozó: merev hajlékony Vezetısávok száma: egyoldalas, kétoldalas, furatfémezett, többrétegő g: vezet Rajzolatfinomság: vezetı szigetelı vastagság normál: 0,4 0,6 mm >16mil finom: 0,3 0,4 mm ~12 16 mil igen finom: 0,1 0,2 mm ~ 4 8 mil (1 raszter = 2,54mm, 1 mil = 0,001 inch = 0,01raszter)
Fı lépések Anyagválaszt lasztás (hordozó,, fólia) f Mechanikai megmunkálás (fúrás,darabol s,darabolás) s) Rajzolat kialakítás Maszk készk szítés: s: fotolitográfia, fia, szitanyomtatás Maratás Fémbevonatok: Cél Megoldás Forrasztásg sgátló bevonat Ellenırz rzés Furatfémez mezés Maszkolás Felület let kikész szítés Galvanikus Árammentes (redukciós) Immerziós
A folírozott lemez anyagai Szigetelı hordozó Követelmények: Villamos: Térfogati ellenáll llás Felületi leti ellenáll llás Dielektromos jellemzık k (ε,(, tgδ) Mindezek hıh és s frekvenciafüggése Hıállóság Forrasztás, s, joule-hı Hıtágulási együtthat ttható (x,y,z) Hıvezetı képesség Vízfelvétel a technológia és s a használat során Mechanikai: Szilárds rdság Megmunkálhat lhatóság (darabolható,, fúrhatf rható) Nem vetemedik A hordozó nagy hıtágulása miatt a furatok fémezése sérülhet: Függ a rétegek számától, a rézréteg vastagságától és a hordozó vastagságától
A hordozó anyagai Mőanyag Társító nélkül, l, flexibilis NYHL Társított, kompozit: merev NYHL Kerámia különleges célokra, c
Erısítı: Felelıs s a szilárds rdságért, rt, rugalmasságért rt Javítja a hıállh llóságot, villamos jellemzıket. Papír, Üvegszál, Üvegszövet, vet, Kerámiasz miaszál -szövet Alapváz z (mátrix): mőgyantam Felelıs s a felületi, leti, villamos, hıtani tulajdonságok gokért. Fenolgyanta (bakelit) hıállóság, nedvességfelv gfelvétel Epoxigyanták: tapadás, szigetelés Fejlesztés: s: poliimid, (polikarbonát), teflon, folyadékkrist kkristályos polimer
Hordozó típusok XXXP 790: pap papírvázas fenolgyanta ~10 MHz-ig, kis vízfelvv zfelvétel, sárgas FR-2: 2: papírv rvázas fenolgyanta Lágálló,, jój mérettartás, sötétss tsárga FR-3: 3: papírv rvázas epoxigyanta Jó el. tulajdonságok, ~furatfémezhet mezhetı,, krémszin mszinő FR-4: 4: üvegszövetvázas epoxi Jól l megmunkálhat lható,, furatfémezhet mezhetı,, jój el. tulajdonságok, kis vízfelvétel, áttetszı zöld FR-5: 5: mint FR-4, javított hıállh llóság, nagyobb T g CEM 1: papír, üvegszövet, vet, epoxi FR: flame retardant, környezeti k követelmk vetelmény: halogénmentes
Vizsgálati módszerekm Villamos paraméterek: Térfogati ellenáll llás; R Felületi leti ellenáll llás; R Permittivitás; s;ε rel Veszteségi tényezı;tgδ Átütési szilárds rdság Elektródaelrendezés az R és a felületi R mérésére
Tapadásvizsg svizsgálat Vizsgálati módszerekm Késsel bevágás, lefejtés Forrszemre forrasztott rézhuzal r szakítógép Hıállóság 120 o C - 30perc felhólyagosod lyagosodás s nélkn lkül Lángállóság: bunsenlángba ngba 10sec Forraszáll llóság: 250 o C 5sec Vízfelvétel: 24 óra tömegnt megnövekedés
Tulajdonság R térf, Ωcm (40 o C) R, Ω (40 o C) FR-3 FR-4 FR-5 C) 4 10 12 8.10 14 8.10 14 C) 4 10 12 3 10 12 3 10 15 ε rel, (1 MHz) 4,9 4,7 4,6 tgδ (1 MHz) (GHz) 0,04 0,02 0,015 Forrasztófürd rdı tőrés (sec) 25 >120 >120 Vízadszorpció (mg) na 15 na Tg, üvegesedési si hımérséklet Hıtágulás s (z irány %) 25-275 275 C (Tg fölött) f 150 >165 5.5
Rézfólia Vastagság: g: 17,5µm, 35µm,, (70µm, 105µm,) féladditív: 5µm 5 m védıréteggelv Speciális, (pl. autóipari 400 µm) Gyárt rtás: galvanoplasztika elektrolizálás s forgó acélhengerre, fél f l fordulat után n lefejtés Ragasztás: s: ragasztófólia vagy oldószeres, melegre térhálósodó mőgyanta
A vezetıréteg terhelhetısége: a jelölt hımérséklet az emelkedést jelenti a külsı rétegek terhelhetısége kb. kétszerese a belsıknek
A szigetelıcs csík k széless lessége az alkalmazott feszülts ltség g függvf ggvényében
Lemez elıkész szítési, si, tisztítási si mőveletek Darabolás Fúrás Zsírtalanítás Oxidmentesítés
Mechanikai mőveletekm Darabolás: Technológiai méretre m (~ 50 80 cm-es táblt blák) Technológiai sávs Utólag: kivágás, kontúrmar rmarás Fúrás: egyoldalas: a mőveletsor m végén - nem kritikus kétoldalas, többrt bbrétegő: : elején - nagyon fontos. Furat belsı fala fémezhetf mezhetı legyen. Méretarány (aspect ratio) furathossz/átm tmérı (7-10); pl: legkisebb furat 0,6mm fúrószár r terhelhetısége, furat fémezhetf mezhetısége Pakett, koordináta ta-fúró össz. Vastagság: g: 5mm
Fúrók Anyag: wolfram-karbid Menetemelkedés: 30 40 o Kúpszög: ~140 o Fordulatszám: 10-90000/min minél l kisebb furat, annál nagyobb fordulatszám Min. d =0,15 0,2 mm Törés észlelés
Mechanikai felülettiszt lettisztítás - dörzshenger (nylon sörts rtés s kefe, tömör t r kefe) - habkıpor (nedves): kézzel, k géppel, g habkısug sugár r gép g p ( 60µm, 15%)
Kémiai felületkezel letkezelések Zsírtalan rtalanítás: új j réteg r egyenletes tapadása Vizes bázisb zisú zsírtalan rtalanítók: Lúgos: NaOH, Na 2 CO 3 Felületaktív anyag: szappanszerő vegyületek Bemerítéssel vagy permetezéssel
Kémiai felületkezel letkezelések Mikromaratás: felület let finom érdesítése se ez jobb tapadást eredményez anyag: ammónium nium-perszulfát, nátriumn trium- perszulfát t (10-15%) 15%)
Ultrahangos tisztítás A hang longitudinális lis hullám - nyomásv sváltozás Kavitáci ciós üreg keletkezik - összeomlik, p = 10 8 10 9 Pa, (folyadék szilárd határfel rfelületen) leten) Fellazítja, letépi a szennyezıdést st a felületr letrıl Hatása függ: f az oldószer Hımérsékletétıl, l, Felületi leti feszülts ltségétıl Gıznyomásától, Viszkozitásától
Ultrahangos tisztítás
Oxidmentesítés Felületi leti oxidréteg, ill. más m s korrózi ziós bevonat eltávol volítása fémtiszta f állapotig -dekapírozás- Általában savas pácoldatokp Rézen: Cu 2 O, Cu(OH) 2 CuCO 3, 10 20% -os kénsav, k sósav, s sav, szobahımérs rsékleten, 0,5-1 perc
Ábrakialakítási módszerekm Foto készk szítés Fotolitográfia Szitanyomtatás
Fotomaszk készk szítés Foto technológiai szerepe: minta átvitele Mesterábra készk szítése: se: Kézi: tusrajz, sablonkészlet (chartpack) kontakt foto Gépi: Ák. tervezı program NYHL tervezı program minden réteg r huzalozási rajza furatok, forrasztásg sgátló bevonat rajza NYHL ellenırz rzı program
Kisebb nagyobb módosm dosításokkal sokkal átvehetık k más m területen bevált eljárások Pl: mai fotolitográfia fia elıdei: Rézkarc XIV XV szd Nyomdatechnika XVI XIX. szd Szitanyomtatás s XIX. szd Fototechnika XIX XX. szd Élelmiszeripar, csokibevonat folyadékf kfüggönyös s lakkfelvitel 29
x;y koordináták Gerber fájl: fény nyit/zár apertura mérete Laser levilágító: Ábra pontokból mint mátrixnyomtató Felbontás jó, de ferde vonalak széle lépcsıs Laserplotter: Folytonos minden irányban Felbontás jó Lassú
Fototechnikai alapok Fekete-feh fehér r film Fényérzékeny réteg: r Zselatinban eloszlatott finomszemcsés ezüst st-halogenid szemcsék k (emulzió) Emulzió + fényérzékeny anyag Hordozó Fényvédı réteg Emulzió + fényérzékeny anyag Hordozó Fényvédı réteg Film szerkezete
Exponálás - elıhívás Exponálás: AgBr + hνh Ag + Br latens képk Elıhívás: a redukció teljessé tétele tele a fényt f kapott szemcsékben
AgBr kristály elektron- mikroszkópos képek Exponált, részben elıhívott AgBr szemcsék
Fixálás: Az exponálatlan AgBr kioldása Fixírsó: Na 2 S 2 O 3 AgBr-ból vízoldható komplex só
Fotók k jellemzı tulajdonságai Negatív v mőködésőm Fényérzékenység: ISO/DIN 100/21, 200/24, 400/27 Denzitás: (feketeség g mértm rtéke) D = I 0 /I Kontraszt, alapfátyol Felbontóképess pesség: A fényf nyérzékenységgel fordítottan változikv Jó technológiai foto: 8 10000 dpi
Maszkolási si módszerekm Maszkolás s célja: c A felület let meghatározott területeit v.milyen fizikai / kémiai k hatással szemben megvédeni Különálló maszk, pl. szita Maszk a felületen leten Foto minısége döntd ntı: Pontosság Rétegfotók k illesztettsége
Fotoreziszt technológia = fotolitográfia fia fényérzékeny és s ellenáll lló tulajdonságú polimer rétegr használatos: NYHL, hibrid IC, félvezetf lvezetı felbontás, ~vonalfinomság g (40 nm) típusok: pozitív negatív folyékony szilárd
Fotokémiai alapok A reakcióhoz szüks kséges aktiválási si- kötési energiát t egy elnyelt foton szolgáltatja. ltatja. W = hc/λ a reakcióhoz egy adott értéknél l kisebb λ kell.
Fotorezisztek fajtái Pozitív: fény hatására depolimerizáci ció,, csökken a molekulatömeg. meg. Ezek oldhatósága megnı. Negatív: fény hatására polimerizálódik a monomer gyanta, és/vagy a lineáris polimer láncok l keresztkötésekkel egymásba kapaszkodva oldhatatlanná teszik a rezisztet az elıhívó anyag számára. Folyékony Szilárd
Pozitív v rezisztek Negatív v rezisztek Érzékenység: UV, láthatóra alig Megvilágítás: UV Elıhívó: : híg h g NaOH Leoldás s szerves oldószerben Pontos rajzolat, könnyk nnyő technológia Fényérzékenység: ~540 nm alatt (sárga lámpa a munkahelyen!) Megvilágítás: UV Elıhívó: gyengébb lúg, pl. 1 2% Na 2 CO 3 Leoldás: erısebb lúg, pl. 5% NaOH
+, - Szilárd rezisztek negatív v elterjedtebb Vastagabb Nem folyik be a furatokba Kevesebb technológiai lépésl Egyenletes rétegvastagsr tegvastagság
Technológiai lépések l (folyékony reziszt) 1. Tiszta, zsírtalan, száraz felület let 2. Rétegfelvitel Centrifugálás s (d ~ v k ~ r ) Kenıhenger Szitanyomás Függönyöntés 3. Szárítás - 60 80 o C oldószer elpárolog (oldószer csökkenti a fényérzékenységet) filmképz pzıdés
Technológiai lépések l 2 4. Megvilágítás Emulziós s oldal a rezisztre szorítva UV - nagynyomású Hg-gızl zlámpa (365nm) Távolság, idı kísérleti beáll llítása (dózisb zisból l számíthat tható) 5. Elıhívás Elıhívóban oldódási sebesség-különbs nbség Ált. permetezéssel 2. 5. együtt változik, v nem lehet csak egyiket módosítani 6. Beéget getés 7. Maratás
Technológia - szilárd reziszt Du Pont Riston fólia f Felhengerlés, laminálás 100 o C, (lemez elımeleg melegítve), felület let mikroérdes rdesítve Megvilágítás: egyszerre 2 oldal, pontos pozícion cionálás! Tapadást befolyásol soló tényezık: - nyomás - sebesség - hengerek hımérsh rséklete - fólia vastagsága ga - elımeleg melegítés
Technológia - szilárd reziszt Elıhívás: mylar fólia f le, hívó gyengén n lúgos l (1 2%-os Na 2 CO 3 ), permetezı,, erıs s mechanikai hatás s is kell
Levilágítási technológi giák Érintkezéses levilágítás s (Contact Imaging) Lézeres vetítı módszer (Laser Projection Imaging, LPI) Lézeres közvetlen k levilágítás s (Laser Direct Imaging, LDI) Ismétl tlı levilágítás s (Step and Repeat Imaging)
Érintkezéses levilágítás (Contact Imaging) Bejáratott, kipróbált eljárások, olcsó,, könnyen k beszerezhetı eszközök, k, nagy áteresztıképesség, Relatív v alacsony kihozatal, pontatlan helyezés, pozícion cionálás, kis felbontás, maszk kopás, szemcsés s szennyezés s veszélye
Lézeres vetítı módszer Nagy felbontás s nagy felület lető hordozón n is, nagy pontosságú helyezés, pozícion cionálás, nagy áteresztıképesség g hagyományos rezisztekkel, nincs maszk-panel kontaktus magas kihozatal,
Elıhívott rezisztminták lézeres levilágítás után
Lézeres közvetlen k levilágítás nincs szüks kség g maszkra, kis sorozatú gyárt rtásra ideális, nagy pontosságú helyezés, pozícion cionálás, függetlenül l beáll llítható X és s Y irány nyú korrekciós s skála panel deformáci ciókhoz alkalmazkodik, kiváló kihozatal, különleges, nagyérz rzékenységő és s gyorsan exponálhat lható rezisztet igényel, az áteresztıképesség g függ f a felbontást stól.
Maszkolási si módszerekm Szitanyomtatás
Alkalmazás: közepes sorozat közepes rajzolatfinomság maratásálló maszk forrasztópaszta forrasztásgátló maszk felvitelére feliratok készítésére
Szita jellemzı tulajdonságai Szál: Szakítószilárdság Rugalmasság Kopásállóság Vegyszerállóság Szövet: Szitafinomság (mesh:csomó/inch) Szabad felület % ~ 1 mm
Szitanyomó maszk Keret Emulziós maszk Tömítı festék
Maszk fajtái, készk szítésese Direkt (emulziós) Folyékony fényf nyérzékeny emulzió: mártás, szárítás, s, exponálás Jó tapadás, ~ 20000 Speciális megvilágító (kerettel együtt)
Indirekt (fotostencil) Negatív v fényf nyérzékeny fólia (PVA, PVOH) Exponálás s hordozó oldalról! l! Hívás: meleg vízv Behengerlés s a szitaszövetbe
Mikroszkópi képk indirekt direkt
Fémmaszk Fémfólián n a nyílások kivágása Laserrel (elektrokémiai) maratással Elıny nyök: nagyobb pontosság, nagyobb felbontás s (127 65 µm- es lábkiosztl bkiosztás) s) nagyobb élettartam
Elektrokémiailag maratott maszk profilja Lézerrel kivágott maszk Fotolitográfia maszk maratás vagy galvanizálás Nincs foto, vegyszer, nagyobb megbízhatóság
Nyomtatás Asztal: rögzítés, pozícion cionálás, gyors lemezcsere Kés: (rakel, squeegee) éles, vegyszeráll lló, kopásáll lló szilikongumi dılésszög: 45 60 o, sebesség közepes
Festék Fı tulajdonságok viszkozitás nyomtatás s könnyk nnyő legyen az átpréselt pöttyp ttyök összefolyjanak a nyomtatott minták k ne folyjanak össze tixotrop felületi leti feszülts ltség Típusok maratásáll lló, forrasztásg sgátó, forraszpaszta, vastagréteg teg áramköri ri elemek, felirat
Maratás Cél: a réz r z eltávol volítása a maszk által nem védett területr letrıl. l. Maratószer: Oxidáló: : Cu Cu 2+ + 2e - Savas/lúgos ph: a Cu 2+ oldatban tartására ra
Típusok: Savas: szulfátos kloridos Lúgos: kénsav-hidrogénperoxid ammónium nium-perszulfát vas(iii)klorid réz(ii)klorid réztetrammin-komplex nátrium-klorit nátrium/kálium-perszulfát
Maratószer jellemzık Marási sebesség g (µm/perc)( hımérséklet, koncentráci ció függés Marási kapacitás s (m 2 NYHL/kg maratószer) Alámar marás s (v /v /v ) TIN ETCH RESIST IMAGED LINE WIDTH COPPER PLATE LATERAL ETCH ETCH DEPTH COPPER CLAD LAMINATE FOOT OF LINE Outer Layer Line after Etching Szelektivitás s (Sn maszk esetén) Regenerálhat lhatóság, Egészs szségi, környezeti k hatás
Maratási módszerekm Bemerítés Permetezés Folyadéksugaras mindig friss maratószer jut a felületre letre erıs áramlás s lemossa az oldott rezet folyamatos regenerálás s (Cu kinyerés, redoxpotenciál, ph visszaáll llítása) Öblítés minimális kihordás s (levegılef lefúvó,, gumihenger) elsı öblítıvíz z nem önthetı ki! kaszkád öblítés