tehnologia imprim Ării desenelor cablajelor imprimate

Tehnologie electronică - Curs 10

TEHNOLOGIA IMPRIMĂRII DESENELOR CABLAJELOR

IMPRIMATE


Imprimarea imaginii (desenului) cablajului imprimat

constă în transpunerea imaginii desenului, la scara 1:1, pe suportul cablajului, operaţie în urma căreia se obţine:

• imagine pozitivă - sunt acoperite cu peliculă protectoare viitoarele conductoare imprimate;

• imagine negativă - sunt acoperite cu peliculă protectoare viitoarele regiuni izolatoare.

Pelicula asigură protecţia suprafeţelor la atacul agenţilor corodanţi şi poate fi din lac (fotolac) sau cerneală serigrafică (amestec de uleiuri cu coloranţi, sicativanţi, întăritori).

Această operaţie este comună tuturor tehnologiilor, exceptând cazul în care se execută corodare mecanică fără metalizare.

In tehnologiile de sinteză, imprimarea imaginii este o operaţie din cadrul fabricării şabloanelor sau măştilor serigrafice.


Calitatea tehnologiei de imprimare se apreciază în primul rând prin precizia poziţionării traseelor (liniilor)1 şi prin rezoluţie sau lăţimea minimă realizabilă a traseelor.

Precizia se măsoară prin abaterea maximă a poziţiilor şi dimensiunilor traseelor faţă de poziţia ideală (stabilită prin proiect), în mm sau μm. Practic, pe cablaj se imprimă repere (Oxy) faţă de care se poate măsura poziţia găurilor (centrele) şi a traseelor.

Rezoluţia se exprimă în „număr maxim de trasee realizabile

pe 1cm2 sau prin lăţime minimă (mm, μm) de traseu realizabil fără pericol de întrerupere sau atingere a peliculelor protectoare.

În aprecierea tehnologiei de imprimare, intervin şi alţi factori: productivitatea, complexitatea instalaţiilor şi proceselor, costuri, etc.

În prezent se folosesc mai multe tehnologii de imprimare:

procedeul fotografic, procedeul serigrafic şi (rar în prezent) procedeul offset; artizanal se foloseşte vopsirea manuală, rar cu şablonul.


În majoritatea tehnologiilor de imprimare se foloseşte un clişeu fotografic (reproducere foto) care este imaginea desenului cablajului, la scara 1:1, pe film sau placă fotografică.

Originalul reproducerii fotografice se obţine prin copiere (foarte rar, necesită desen la scara 1:1), prin fotografiere (de regulă) cu reducere de scară sau prin impresionare cu fascicul luminos (mai rar). De pe original se scot câte copii este nevoie, prin copiere; copiile se fac întotdeauna pe film.

Suportul originalului fotografic trebuie să aibă mare stabilitate dimensională în timp şi la acţiunea factorilor de mediu; se folosesc plăci din sticlă (foarte bune dar greu de manipulat) sau filme pe suport din nitroceluloză (cele mai folosite, inclusiv pentru copii) de 0,5 – 1 mm grosime.

Emulsia folosită (halogenură de argint în gelatină) este cu granulaţie extrafină şi ca urmare cu sensibilitate redusă şi grad de contrast foarte mare, cu mare stabilitate dimensională în timpul tratamentelor chimice.


Fotografierea Fotografierea se face cu aparate speciale,

cu distanţă focală mare (l – 2 m), cu obiective foarte bine corectate la aberaţii geometrice, cu care se pot fotografia desene de mari dimensiuni (uzual până la 1,5x2 m), obţinând imagini pe filme sau plăci cu dimensiuni mari (până la format A3 – 594 x 420 mm). Punerea la punct se face pe geam mat, pe care se proiectează şi rigle gradate, un rastru sau imagini ale unor repere, pentru stabilirea exactă a reducerii de scală - prin această reducere se elimină multe din defectele inerente desenului (acesta se execută mărit, la 2:1, 4:1, rar până la 10:1). Cu precauţii, procedeul asigură abateri poziţionale şi dimensionale de 40 – 60μm.


Impresionarea cu fascicul luminos Impresionarea cu fascicul luminos se realizează pe utilaje

speciale, controlate de calculatoare. In principiu, un cap de iluminare focalizează un fascicul pe film (placă) foto. Traseele se execută prin deplasarea în coordonate (comandată de calculator) a mesei pe care este fixat filmul iar lăţimea este determinată de diametrul fasciculului, stabilit cu o diafragmă cu deschidere comandată de calculator. În prezent, calculatoarele de comandă acceptă fişiere în formatele furnizate de majoritatea programelor de desenare a cablajelor cu ajutorul calculatoarelor. Acest procedeu este net superior fotografierii - abaterile în poziţie şi dimensiuni (pe film) sunt de 4 – 1μm. Procedeul se poate folosi şi pentru formarea imaginii direct de suport dar apar probleme, deoarece emulsia fotosensibilă de acoperire a suporturilor (fotolac) este sensibilă la radiaţii ultraviolete, greu de focalizat.

Pentru menţinerea stabilităţii dimensionale, developarea, fixarea şi spălările trebuie executate după prescripţiile producătorilor, orice indisciplină tehnologică compromiţând rezultatul.


Imprimarea imaginii prin procedeul fotografic

În prima etapă, după curăţare, se procedează la depunerea unei pelicule de fotolac pe suport. După uscare, se pozează clişeul fotografic, cu emulsia în contact cu pelicula de fotolac şi se presează pentru contact bun. Urmează impresionarea fotolacului prin expunere la radiaţii bogate în ultraviolet, după care urmează developarea, în urma căreia suprafeţele suportului care trebuie protejate rămân acoperite cu peliculă protectoare.


Imprimarea imaginii prin procedeul fotografic


Substanţele fotosensibile de acoperire (fotolac) sunt formate din gelatină cu întăritori, impregnată cu substanţe fotosensibile, care pot fi: de tip pozitiv sau de tip negativ.

Fotosensibilizatorii pozitivi sunt substanţe organice, slab acide, în mod normal insolubile în apă. Sub influenţa luminii disociază şi în revelatori (bazici, ca hidroxidul de potasiu) formează săruri solubile în apă (fixator). In regiunile neiluminate rămân pelicule protectoare. Există o mare varietate de asemenea substanţe (Pozitiv 20, AZ 1350, KAR3).

Fotosensibilizatorii negativi sunt substanţe organice macromoleculare, obişnuit solubile în fixatori. Prin iluminare, în urma tratării în revelatori, acestea polimerizează, devenind insolubile, formând pelicule rezistente.

Fotolacurile au sensibilitate redusă, cu maxime în UV şi pot fi manipulate la lumină redusă (trebuie evitată expunerea la lumina solară).

Pelicula de fotolac trebuie să fie cât mai subţire (0,1 - 0,5 mm) şi uniformă pentru reducerea timpului de iluminare, reducerea efectelor difracţiei1 pe marginile opace şi impresio-narea uniformă în grosime a peliculei.


Depunerea fotolacului se poate face prin:

• imersia plăcilor în băi (fotolac lichid) şi uscare în poziţie verticală (apar „bavuri” – îngroşări ale peliculei la marginile de jos ale plăcii şi găurilor);

• stropire (spray) şi uscare orizontală, eventual cu centrifugare (fotolacul trebuie să fie fluid, cu uscare lentă, dar tot apar bavuri);

• depunerea peliculei semiuscate preluate de pe un prefabricat „sandwitch” (folie plastică suport, fotolac semiuscat, folie protectoare) şi presare cu rulou - este metoda optimă.


Depunerea fotolacului: a) bavuri după imersie, b) cu folie prefabricată


Iluminarea se face de la surse bogate în radiaţii ultraviolete. Se folosesc: lămpi cu xenon, becuri cu vapori de mercur în descărcare iniţială, lămpi cu arc, becuri cu incandescenţă supraalimentate.

Echipamentele industriale pentru imprimare fotografică sunt sub formă de dulapuri cu unul sau mai multe sertare (rame) în care se plasează plăcile sensibilizate (în camere cu lumină slabă de la becuri cu incandescenţă). Fiecare sertar are sistemul propriu de iluminare. Tratamentul chimic se face în camere cu lumină slabă, în băi. După spălare, plăcile pot fi expuse la lumină obişnuită.

Procedeul fotografic asigură foarte bune precizii (abateri totale, faţă de proiect, sub 60 – 100μm) şi rezoluţii (trasee cu lăţimea sub 100μm). Este un procedeu foarte versatil, iar timpul dintre finalizarea desenului şi terminarea imprimării este scurt (ore). De asemenea este ieftin, utilajele nu sunt pretenţioase, este accesibil şi amatorilor. Singurul dezavantaj este productivitatea relativ scăzută faţă de celelalte metode.

Când după imprimarea desenului urmează o corodare chimică, procedeul se numeşte adesea fotogravură, tehnică utilizată în multe domenii: pentru obţinerea clişeelor offset, pentru realizarea gravurilor artistice, pentru executarea unor forme complicate din folii metalice subţiri (de exemplu şabloane).


Imprimarea imaginii prin procedeul serigrafic În acest procedeu se foloseşte o mască serigrafică, constând dintr-

o reţea de fire foarte subţiri (sită serigrafică) cu ochiurile parţial obturate; regiunile neobturate reproduc imaginea cablajului la scara 1:1


Suportul bine curăţat, se aşează şi se fixează pneumatic pe masa-suport. Deasupra, la mică distanţă, se aşează o ramă cu masca serigrafică bine întinsă. In mască se pune o cantitate de cerneală (numită serigrafică). Cu ajutorul unei raclete, prin translare cu apă-sarea măştii pe suport, se forţează trecerea cernelii prin ochiurile libere ale măştii; în urma racletei masca se ridică practic vertical iar pe suport rămânând pelicula de cerneală. Cerneala are o mică „întindere” şi acoperă urmele firelor sitei. După uscare şi control vizual, se poate trece la următoarele operaţii.


Sitele serigrafice se fabrică din: • fire de oţel aliat, cu diametre de 30 – 50μm, cu

densitatea de 60 - 120 fire/cm;

• fire din poliester sau poliamidă, de circa 40μm diametru, cu 80 - 200 fire/cm.

Sitele din fire plastice sunt mai ieftine şi mai fine, dar au alungirea ireversibilă mare şi nu rezistă la mai mult de 150 - 200 imprimări (treceri ale racletei). Sitele metalice sunt mai rezistente, putând fi utilizate pentru 500 - 600 de imprimări (chiar 1000, dacă se acceptă o calitate mai redusă, adică erori mai mari la poziţionarea traseelor).


Sitele se fixează pe rame din lemn, foarte bine şi uniform întinse, după care se formează masca. Formarea măştii serigrafice se poate face prin metoda directă sau indirectă.

În metoda directă sita se impregnează cu gelatină semilichidă fotosensibilă, după care se imprimă imaginea cablajului după procedeul descris mai sus. După tratamentul chimic se obţine masca, cu ochiuri total obturate sau total libere - marginile traseelor vor apare puţin zimţate.

În metoda indirectă se foloseşte folie de gelatină fotosensibilă pe suport din folie plastică. Pe folia fotosensibilă se imprimă imaginea cablajului după procedeul descris mai sus. După tratament, pe gelatina nedizolvată, încă umedă, se aşează sita serigrafică bine întinsă pe ramă şi se presează cu ruloul, apoi se usucă şi se îndepărtează suportul din folie plastică. Masca astfel obţinută poate avea şi ochiuri numai parţial obturate.


Măşti serigrafice realizate prin metoda directă (a) şi indirectă (b)


Gelatina fotosensibilă este de obicei din poliacetat de vinil sau alcool polivinilic, sensibilizat cu bicromat de potasiu - zonele iluminate (cu UV) polimerizează şi devin insolubile, cele neiluminate rămân solubile şi se îndepărtează prin spălare cu apă.

Degajarea ochiurilor obturate - pentru refolosirea sitei, este posibilă, dar dificilă.

Racleta este din neopren sau poliuretan cu duritate ≈ 60 unităţi.

Cerneala serigrafică este greu sicativă, rezistentă la acizi, solubilă în solvenţi organici şi are o mică întindere (20 – 40μm) pentru astuparea spaţiilor ocupate de firele sitei. De regulă, înainte de folosire se diluează cu solvenţi; vâscozitatea optimă se stabileşte prin încercări.

Procedeul serigrafic asigură performanţe bune: se pot realiza uşor trasee cu lăţimea de 0,25 – 0,5mm cu precizie de 0,1 – 0,2mm şi are o mare productivitate. In schimb, necesită utilaje destul de complicate şi scumpe, iar timpul dintre finalizarea desenului cablajului până la terminarea imprimării este lung (obţinerea măştii durează mult), de aceea se foloseşte în industrie, pentru serii mari.

Serigrafia este mult folosită pentru înscripţionări pe placile de cablaj, după ce au fost procesate şi acoperite cu lac termorezistent. Deoarece precizia cerută de aceste operaţii este redusă (se tolerează abateri circa de 0,1mm), utilajele necesare sunt destul de ieftine.


Imprimarea imaginii prin procedeul offset În procedeul offset se utilizează un clişeu

zincografîc constând dintr-o placă metalică pe care este realizat, în relief, desenul cablajului. În adânciturile clişeului se pune cerneală, de tipul celei utilizate în serigrafie; operaţia se face cu un rulou de umplere şi o racletă care curăţă suprafaţa după umplere. Un tambur de imprimare se deplasează fără alunecare în contact cu clişeul (rotire şi translaţie) şi preia cerneala pe suprafaţa sa; tamburul se translează deasupra suportului cablajului şi, prin deplasare fără alunecare, depune cerneala pe suport, întregul ansamblu execută mişcările cu mare precizie, încât la fiecare trecere cerneala este depusă în exact aceleaşi regiuni.


Imprimarea prin procedeul offset


Clişeul zincografic se realizează prin fotogravură, pe plăci din zinc sau aluminiu, prin imprimarea desenului pe placa de metal prin procedeul fotografic, şi corodare pe mică adâncime (sub 0.1 mm).

Procedeul offset realizează precizii şi rezoluţii cel puţin la fel de bune ca şi cel serigrafic şi asigură o productivitate foarte mare. In schimb, necesită utilaje mecanice de mare precizie, scumpe şi este puţin folosit în prezent.

tehnologia imprim Ării desenelor cablajelor imprimate

Documents