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Cos'è il fotoresist PCB e perché è importante?

Sommario

Il fotoresist PCB ha un valore inestimabile quando si utilizza la fotolitografia per stampare circuiti stampati. Reagisce alla luce e aiuta a mascherare le aree desiderate, preparando la tavola per il processo di incisione, ma cos'è questo materiale e di cosa è fatto? Ecco di più, incluso come usarlo quando si realizzano circuiti stampati.

Cos'è il fotoresist PCB?

Il fotoresist PCB è un materiale fotoattivo utilizzato per mascherare sezioni dello strato di rame durante la stampa di modelli di tracce su circuiti stampati. La sua solubilità cambia quando irradiato luce UV o altra Sorgenti di onde EM come i raggi X o un fascio di elettroni.

Utilizzando questa proprietà, i produttori applicano il materiale per coprire alcune parti dei pannelli rivestiti in rame. Le aree nascoste rimangono dopo l'incisione, creando le tracce circuitali desiderate. Il resist è disponibile in forma secca o bagnata.

  • Fotoresist secco – il dry resist è in genere un composto sensibile alla luce inserito tra una pellicola in PE e uno strato protettivo in poliestere o Mylar sulla parte superiore.
  • Fotoresist umido – la versione umida è un fluido viscoso o simile alla lacca. È chiamato anche fotoresist liquido o inchiostro per circuiti stampati e viene applicato mediante spruzzatura o deposizione elettrica.

Di cosa è fatto il fotoresist PCB?

Il fotoresist per PCB fotolitografia è un polimero in una soluzione solvente. La soluzione viene miscelata con vari altri composti per migliorarne le proprietà. Contiene principalmente quanto segue:

  • Resina – l’ingrediente principale che fornisce adesione e altre proprietà.
  • Solvente – il solvente dissolve la resina, fungendo da veicolo.
  • Sensibilizzante – il materiale fotoattivo che risponde alla luce.
  • Additivi – vari ingredienti aggiunti per migliorare le proprietà resist. Ne aumentano la flessibilità, migliorano le capacità di adesione, lo rendono facile da spellare, ecc.
Fotoresist PCB
Un esempio di un tipo di resist alla fotodecomposizione sotto forma di pellicola secca
Risorsa: https://www.youtube.com/watch?bAH5A_sarBg

Tipi di fotoresist PCB

Esistono tre tipi principali di metodi di applicazione del fotoresist PCB, la cui classificazione è guidata dalla composizione chimica e dalla reazione alla luce. Includono i tipi di fotoreticolazione, fotopolimerici e fotodecomposizione.

Resist alla fotoreticolazione

Come suggerisce il nome, l'esposizione di questo materiale alla luce attiva a reticolante. Il linker unisce le singole catene di resina per produrre catene più lunghe. Questo processo crea materiale che lo sviluppatore non può dissolvere.

Resist fotopolimerico

Il resist fotopolimerico è di tipo negativo che indurisce alla luce. Funziona avviando a polimerizzazione di monomeri, rendendo il materiale meno solubile e resistente alla sostanza chimica in via di sviluppo.

Resist alla fotodecomposizione

Il tipo in decomposizione è un fotoresist positivo che subisce un processo di riduzione quando irradiato con luce, producendo una struttura che si dissolve nella sostanza chimica in via di sviluppo. Non è un tipo comunemente usato.

Diagramma della resistenza positiva e negativa
Diagramma della resistenza positiva e negativa
Risorsa: https://www.researchgate.net

Fotoresist positivo e negativo per PCB

I composti fotoresist PCB sono positivi o negativi a seconda che diventino più o meno solubili quando esposti alla luce. Ecco cosa devi sapere sui due.

Fotoresist negativo

Il resist negativo diventa più resistente se esposto alla luce, attraverso un processo di reticolazione o polimerizzazione. Le parti non esposte si dissolvono quando sviluppi la tavola, lasciando intatte le regioni mascherate.

Il resist negativo offre un'adesione eccellente e produce pellicole più sottili o esigenze di mascheratura con una risoluzione più elevata. Inoltre costa meno, rendendolo una scelta più preferita.

Fotoresist positivo

Positivo significa maggiore solubilità. Il materiale si indebolisce con l'esposizione alla luce. Le parti esposte si dissolvono nella soluzione di sviluppo, lasciando le sezioni non esposte.

Il fotoresist positivo per PCB è un'opzione più costosa. Offre inoltre pellicole più spesse e un'adesione ridotta, rendendolo un materiale per fotolitografia meno popolare.

Utilizzo del fotoresist a film secco PCB per stampare circuiti
Utilizzo del fotoresist a film secco PCB per stampare circuiti
Risorsa: https://www.youtube.com/watch?2hQfGtSFe_0

Come viene applicato il fotoresist PCB?

La corretta applicazione del resist è fondamentale per ottenere precisione e accuratezza del circuito. Il processo prevede uno dei seguenti metodi: spruzzatura, elettricamente o con un rullo caldo. Ogni metodo ha i suoi lati positivi e negativi.

Rivestimento a spruzzo

Un ugello spruzzatore atomizza il liquido e lo applica come una pellicola sottile sul PCB. La spruzzatura è più rapida e meno costosa. Produce inoltre rivestimenti uniformi e consente il controllo preciso dello spessore.

Elettrodeposizione

Questo metodo utilizza un processo elettrochimico per rivestire il pannello, producendo un rivestimento sottile e ad alta risoluzione. Funziona benissimo quando si rivestono circuiti stampati multistrato.

Pellicola a rullo caldo

Questo metodo applica fotoresist a film secco. È necessario un rullo caldo per riscaldare la pellicola e farla aderire al PCB, oppure è possibile utilizzare una plastificatrice a slitta calda.

PCB prima e dopo l'applicazione del resist
PCB prima e dopo l'applicazione del resist
Risorsa: https://youtu.be/sPnnOcxqUhc?si=9FN_WcLdt9ocrcZu

Utilizzo del fotoresist nel processo di produzione di PCB

Diversi passaggi definiscono l'incisione di una scheda PCB utilizzando una pellicola fotosensibile o un inchiostro fotosensibile. Implica quanto segue quando viene tracciato dalla pulizia della tavola per resistere all'applicazione e allo sviluppo.

Passaggio 1: preparazione della scheda

  • I pannelli PCB, che sono substrati rivestiti in rame, vengono puliti soluzioni alcaline
  • Questo viene fatto per liberarli dai materiali organici che potrebbero ostacolare il processo di richiesta
  • Sono inoltre microincisi per rendere le superfici ruvide e migliorare la resistenza all'adesione

Passaggio 2: applicazione del fotoresist

  • I pannelli vengono riscaldati in un forno per eliminare l'umidità
  • Vengono poi rivestiti con pellicola fotoresist o inchiostro, garantendo uno spessore corretto e uniforme
  • Nei grandi impianti di produzione, i pannelli vengono fatti passare attraverso tunnel di spruzzatura automatizzati o filati per migliorare l'uniformità

Passaggio 3: essiccazione e cottura

  • Le tavole vengono portate in forni a convezione ed essiccate
  • Vengono quindi raffreddati per solidificare completamente il rivestimento
  • Dopo che la pellicola si è solidificata, i pannelli vengono cotti per rimuovere il solvente in eccesso

Fase 4: esame visivo e test

  • I lavoratori esaminano il pannello rivestito per garantire uno strato uniforme
  • Vengono eseguiti test per determinare lo spessore del rivestimento e altri requisiti

Passaggio 5: esposizione al fotoresist

  • I pannelli vengono coperti con una maschera fotografica ed esposti alla luce o ad un'altra fonte di radiazioni
  • Quando si utilizza l'imaging laser diretto, lo strumento fotografico non è necessario. Il laser stampa direttamente il circuito sul resist
  • A seconda del tipo di resist, le parti esposte potrebbero indurirsi o diventare solubili

Passaggio 6: sviluppare il fotoresist

  • Per sviluppare il resist e rivelare i circuiti, le schede vengono trattate in una soluzione chimica
  • La soluzione scioglie le parti solubili, lasciando la parte nascosta coperta dal resist insolubile

Successivamente, le tavole vengono incise utilizzando prodotti chimici, rimuovendo le parti in rame esposte. Lo schema rimanente contiene le tracce conduttive per collegare i componenti sulla scheda assemblata.

Pellicola fotoresist PCB sottile
Pellicola fotoresist PCB sottile
Risorsa: https://www.youtube.com/watch?2hQfGtSFe_0

Come si determina lo spessore del PCB Resist?

Lo spessore del resist è un fattore cruciale nella produzione di circuiti stampati. Aiuta a determinare la quantità di energia radiante necessaria per attivare il resist e aiuta a evitare problemi di esposizione come tracce difettose.

Il tipo a film secco ha uno spessore predeterminato compreso tra 1 e 2 mil, o leggermente più spesso se destinato al foro. La resistenza all'umidità no; il suo spessore dipende dal metodo di applicazione.

Sebbene la quantità di resina possa aiutare a valutare lo spessore, potrebbero verificarsi errori dovuti a superfici irregolari del pannello o all'evaporazione del solvente.

Varie tecniche di misurazione, come ad es Interferometria a luce bianca (WLI) e Microscopia a forza atomica (AFM), può verificare lo spessore. Offrono maggiore precisione e non interferiscono con la struttura del resist.

Rimozione del fotoresist utilizzando idrossido di sodio
Rimozione del fotoresist utilizzando idrossido di sodio
Risorsa: https://www.youtube.com/watch?IPsE64PMzMg

Come si rimuove il fotoresist dal PCB?

Dopo l'attacco, il fotoresist del PCB deve essere completamente rimosso. Puoi farlo utilizzando prodotti chimici o fisicamente utilizzando metodi meccanici. Altri metodi includono lo stripping termico e l'uso di energia del plasma.

Lo stripping chimico è il metodo più utilizzato. Si tratta dell'immersione delle tavole in una soluzione chimica contenente acetone o cloruro di metilene e altri composti.

La rimozione meccanica richiede il lavaggio del resist o la sua rimozione con particelle abrasive o getti d'acqua ad alta pressione. Per rimuovere termicamente il resist, riscaldare la scheda a temperature elevate. Il calore risultante vaporizza il resist.

Lo stripping al plasma funziona come il metodo termico. Utilizza plasma a bassa pressione per abbattere la struttura chimica del resist, convertendolo in un gas. È il metodo più efficace.

Conclusione

Il fotoresist PCB è un materiale sensibile alla luce utilizzato per stampare tracce sui circuiti stampati. Funziona mascherando il disegno delle tracce sui substrati rivestiti in rame prima dell'incisione. Sono disponibili diversi resist, ognuno dei quali offre diversi vantaggi. La selezione del tipo giusto garantisce lo spessore corretto e i livelli di risoluzione.

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