Способ нанесения фотополимерного покрытия на поверхности печатной платы и устройство для его осуществления

 

Использование: радиоэлектроника, в частности техника изготовления печатных плат. Сущность изобретения: наносят фотополимерный материал на ленту-носитель, подвергают его частичной полимеризации, изгибают ленту-носитель с частично полимеризованным материалом в виде петли, изгиб петли обращен навстречу движению печатной платы, один из краев изгиба лежит в плоскости перемещения поверхностей печатной платы, а другой край изгиба фиксируют относительно плоскости перемещения печатной платы, смачивают печатную плату жидким полимерным материалом и прижимают ее к частично полимеризованному фотополимерному материалу с лентой-носителем. Устройство дополнительно снабжено элементом для фиксации ленты-носителя со слоем частично-полимеризованного фотополимерного материала относительно плоскости движения поверхности печатной платы и механизмом его перемещения. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиоэлектронике, в частности к изготовлению печатных плат.

Известен способ формирования фотополимерного покрытия, заключающийся в размещении с небольшим зазором печатной платы, смоченной жидким фотополимерным материалом, под носителем со слоем частично полимеризованного фотополимерного материала [1] . Затем упругим ракелем приводят в соприкосновение частично полимеризованный слой и поверхность печатной платы, выдавливая излишек жидкого фотополимерного материала.

Недостатком способа является необходимость создания высокого давления в зоне прижатия для удаления излишков фотополимерного материала из узкого зазора между платой и слоем частично полимеризованного материала, что приводит к неравномерности по толщине покрытия.

Известен способ формирования фотополимерного покрытия на поверхности печатной платы, заключающийся в нанесении слоя жидкого фотополимерного материала на поверхность ленты-носителя, засветке этого слоя дозой, обеспечивающей полимеризацию части слоя фотополимерного материала, контактирующего с лентой-носителем (в данном способе функцию ленты-носителя выполняет фотошаблон), прижиме с помощью валика ленты-носителя с частично полимеризованным слоем фотополимерного материала к поверхности печатной платы, предварительно смоченной жидким фотополимерным материалом [2] .

Известно устройство для формирования фотополимерного покрытия на поверхности печатной платы, выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит средство подачи ленты-носителя, устройство нанесения на ленту-носитель фотополимерного материала, блок засветки, средство подачи печатной платы в зону обработки, устройство нанесения жидкого фотополимерного материала на печатную плату, устройство прижима слоя частично полимеризованного фотополимерного материала с лентой-носителем к поверхности печатной платы в виде прижимного валика [2] .

Недостаток способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают получение равномерной толщины фотополимерного покрытия над поверхностью проводников печатной платы. Это объясняется тем, что лента-носитель с частично полимеризованным слоем фотополимерного материала прижимается к поверхности платы жестким валиком, а реальная печатная плата имеет значительные отклонения по толщине базового материала и по высоте проводников, таким образом усилие прижима имеет значительные колебания, что приводит к различной степени деформации частично полимеризованного слоя фотополимерного материала и колебаниям толщины слоя фотополимерного материала над проводниками на разных участках печатной платы. Кроме того, канал, по которому вытесняются излишки жидкого фотополимерного материала, между лентой-носителем и печатной платой, определяемый диаметром прижимного валика, имеет малое сечение, что требует создания значительного давления на частично полимеризованный слой фотополимерного материала и может привести к его деформации.

Цель изобретения состоит в повышении равномерности толщины наносимого фотополимерного покрытия на печатную плату.

Цель достигается тем, что в способе формирования фотополимерного покрытия на поверхности печатной платы, включающем нанесение фотополимерного материала на ленту-носитель, его частичную полимеризацию, смачивание поверхности печатной платы жидким фотополимерным материалом, прижим слоя частично полимеризованного фотополимерного материала с лентой-носителем к поверхности смоченной печатной платы, согласно изобретению, перед прижимом к поверхности смоченной печатной платы ленту-носитель с частично полимеризованным слоем фотополимерного материала изгибают таким образом, что выпуклая часть обращена навстречу движению печатной платы, один из краев изгиба взаимодействует с поверхностью печатной платы, а второй край изгиба фиксируют относительно плоскости перемещения печатной платы.

Цель достигается также тем, что устройство для формирования фотополимерного покрытия на поверхности печатной платы, содержащее средство подачи ленты-носителя с частично полимеризованным слоем фотополимерного материала, средство подачи печатной платы в зону обработки, устройство нанесения жидкого фотополимерного материала на печатную плату, согласно изобретению, дополнительно содержит промежуточный элемент для фиксации ленты-носителя со слоем частично полимеризованного фотополимерного материала, расположенный на расстоянии 1-15 мм относительно плоскости движения печатной платы, и механизм его перемещения.

В заявляемом решении обеспечивается минимальный радиус изгиба ленты-носителя, что формирует резко расширяющийся канал вытеснения излишков фотополимерного материала и позволяет применить малое давление на частично полимеризованный слой фотополимерного материала в процессе нанесения, а это, в свою очередь, позволяет избежать его деформирования и обеспечить высокую равномерность толщины покрытия.

Для того, чтобы осуществить изгиб слоя частично полимеризованного фотополимерного материала с лентой-носителем, необходимо один его край зафиксировать на промежуточном элементе (используя силу адгезии, вакуумный прижим и т. д. ), а второй край изгиба привести во взаимодействие с поверхностью печатной платы.

Усилие прижима ленты носителя с частично полимеризованным слоем фотополимерного материала по линии контакта с поверхностью печатной платы достигается за счет упругих свойств материала ленты-носителя.

Стабильность усилия прижима обеспечивается тем, что оно зависит от радиуса изгиба ленты-носителя, т. е. величины практически постоянной (изменение радиуса за счет изменения толщины печатной платы пренебрежимо мало).

Для обеспечения механической связи печатной платы с лентами-носителями, достаточной для проведения дальнейших технологических операций, а также исключения попадания избытков жидкого фотополимерного материала на наружные поверхности лент-носителей, после операции прижима введена дополнительно полная полимеризация частично полимеризованного слоя фотополимерного материала в зонах по периметру печатной платы и по периметру лент-носителей.

Экспериментально установлено с учетом вязкости фотополимерного материала, упругости материала ленты-носителя, конструкции печатной платы, что в устройстве величина зазора между промежуточным элементом и поверхностью печатной платы должна составлять 1-15 мм.

Введение в известный способ фиксации слоя частично полимеризованного фотополимерного материала на поверхности промежуточного элемента, последующего изгиба слоя и встречного перемещения поверхностей промежуточного элемента и печатной платы не известны и явным образом не следуют из уровня техники.

Способ осуществляли следующим образом. На упругую ленту-носитель, например пленку ПЭТ-Э ГОСТ 24234-80 толщиной от 20 до 100 мкм, наносили валками слой фотополимерного материала марки ФОТОК-М ТУ29. 10.33-90 толщиной от 15 до 120 мкм, осуществляли частичную его полимеризацию путем засветки, печатную плату смачивали тем же жидким фотополимерным материалом, частично полимеризованный слой фотополимерного материала с лентой-носителем фиксировали за счет его липкости на поверхности промежуточного элемента, выполненного в виде пластины или цилиндра, участок слоя, находящийся между промежуточным элементом и печатной платой, изгибали таким образом, что выпуклая часть обращена навстречу движению печатной платы, при этом края изгиба взаимодействовали один с промежуточным элементом, а другой - с поверхностью печатной платы. Промежуточный элемент и печатную плату располагали с зазором 1-15 мм и обеспечивали их встроенное перемещение. После операции прижима осуществляли дополнительно полную полимеризацию частично полимеризованного слоя фотополимерного материала в зонах по периметру печатной платы и по периметру лент-носителей. При зазорах менее 1 мм лента-носитель либо заламывалась, либо не обеспечивала равномерность слоя при разбросе толщины печатной платы. При зазорах более 15 мм не обеспечивалось полное удаление избытков жидкого фотополимерного материала.

На фиг. 1 представлено устройство формирования фотополимерного покрытия с использованием промежуточного носителя с плоской поверхностью для временной фиксации слоя частично полимеризованного фотополимерного материала с лентой-носителем (положение подготовки к нанесению); на фиг. 2 представлено то же устройство в рабочем положении; на фиг. 3 представлено устройство формирования фотополимерного покрытия с использованием цилиндрического промежуточного носителя для временной фиксации слоя частично полимеризованного фотополимерного материала с лентой-носителем; на фиг. 4 представлена печатная плата со сформированным покрытием, закрепленная между лентами-носителями.

Устройство формирования фотополимерного покрытия на поверхности печатной платы содержит средство 1 подачи ленты-носителя 2 с частично полимеризованным слоем фотополимерного материала 3, средство 4 подачи печатной платы 5 в зону обработки, устройство 6 нанесения жидкого фотополимерного материала на поверхность печатной платы 5, промежуточный элемент, выполненный в виде пластины 7 или цилиндра 8, ножи 9, осветители 10.

Устройство формирования фотополимерного покрытия с использованием промежуточного носителя с плоской поверхностью для временной фиксации слоя частично полимеризованного фотополимерного материала с лентой-носителем работает следующим образом (фиг. 1). В положении подготовки к работе пластина 7 находится в наклонном положении, лента-носитель 2 временно фиксируется на пластине 7 за счет липкости слоя частично полимеризованного фотополимерного материала 3. На средство 4 подачи помещается смоченная жидким фотополимерным материалом плата 5. Пластина 7 переводится в рабочее положение (параллельное печатной плате), при этом выступающий конец ленты-носителя 2 изгибается (фиг. 2). Нанесение частично полимеризованного слоя фотополимерного материала 3, размещенного на ленте-носителе 2, происходит при перемещении платы 5 параллельно пластине 7. В процессе нанесения силы упругости изогнутой ленты-носителя 2 обеспечивают прижатие частично полимеризованного слоя фотополимерного материала 3 к смоченной поверхности платы 5 и удаление излишков жидкого фотополимерного материала 11. При этом слой частично полимеризованного фотополимерного материала с лентой-носителем переносится с поверхности промежуточного элемента на поверхность печатной платы.

Устройство формирования фотополимерного покрытия с использованием цилиндрического промежуточного носителя для временной фиксации слоя частично полимеризованного фотополимерного материала с лентой-носителем (фиг. 3) работает следующим образом. Частично полимеризованные слои фотополимерного материала 3 с лентами-носителями 2 сматываются с бобин средства 1 подачи, временно фиксируются за счет липкости частично полимеризованного слоя фотополимерного материала 3 на цилиндрах 8, концы лент-носителей 2 изгибаются и слои частично полимеризованного фотополимерного материала 3 приводятся в соприкосновение в зоне 12 нанесения. При перемещении печатной платы 5 средства 4 подачи через устройства 6 нанесения происходит нанесение жидкого фотополимерного материала на поверхность печатной платы 5 с целью заполнения жидким фотополимерным материалом зазоров между близкорасположенными проводниками. Затем печатная плата 5 поступает в зону 12 нанесения. В процессе нанесения силы упругости изогнутых лент-носителей 2 обеспечивают прижатие частично полимеризованного слоя фотополимерного материала 3 к смоченным поверхностям платы 5 и удаление излишков фотополимерного материала. Цилиндры 8 вращаются синхронно с подачей платы 5, обеспечивая подачу ленты-носителя 2 и удержание зоны 12 нанесения на линии, соединяющей центры цилиндров 8, что обеспечивает постоянство радиусов изгиба лент-носителей 2 и сил прижатия их к поверхности платы 5. После окончания процесса нанесения ножами 9 производится отделение покрытой печатной платы.

С целью улучшения санитарно-гигиенических условий процесса формировали покрытия, исключения операций очистки краев печатной платы от излишков фотополимерного материала и обеспечения механической связи печатной платы 5 с лентами-носителями 2, достаточной для проведения дальнейших технологических операций, с помощью осветителей 10 формируются зоны 13 и 14 полной полимеризации по периметру печатной платы и по периметру ленты-носителя, как указано на фиг. 4. Таким образом печатная плата 5 оказывается закрепленной к лентам-носителям 2 в зонах 13, а ленты-носители между собой герметично скреплены в зонах 14.

Экспериментальные исследования заявляемого способа формирования фотополимерного покрытия на поверхности печатной платы и устройств для его осуществления показали, что по сравнению с известным способом (прототип) заявляемый способ обеспечивает повышение равномерности толщины наносимого фотополимерного покрытия над проводниками печатной платы. Это позволяет понизить расход фотополимерного материала за счет использования более тонких слоев покрытий, повысить надежность печатных плат за счет повышения стабильности электрических характеристик, обеспечить повышение стабильности процесса установки и пайки элементов поверхностного монтажа за счет применения покрытий, имеющих строго определенную толщину.

Формула изобретения

1. Способ нанесения фотополимерного покрытия на поверхность печатной платы, включающий формирование на поверхности ленты-носителя слоя фотополимерного материала, его частичную полимеризацию, смачивание поверхности подложки фотополимерным материалом и соединение подложки печатной платы и ленты-носителя путем приложения давления при перемещении подложки и ленты-носителя, отличающийся тем, что перед соединением подложки и ленты-носителя ленту-носитель изгибают в форме петли, причем выпуклая часть петли обращена в направлении, противоположном движению подложки, один край петли взаимодействует с поверхностью подложки, а другой край фиксируют относительно плоскости перемещения подложки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после соединения подложки печатной платы и ленты-носителя слой фотополимерного материала полностью полимеризируют по периметрам печатной платы и ленты-носителя.

3. Устройство для нанесения фотополимерного покрытия на поверхность печатной платы, содержащее средство подачи ленты-носителя с частично полимеризованным слоем фотополимерного материала, средство подачи печатной платы в зону обработки, устройство нанесения жидкого фотополимерного материала на подложку печатной платы, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит элемент фиксации ленты-носителя, расположенный на расстоянии 1 - 15 мм относительно поверхности подложки печатной платы, и механизм его перемещения.

4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что элемент выполнен в виде цилиндра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4