Фотошаблон печатной платы (Master) — это высокоточный физический носитель (растр), содержащий эталонное изображение одного из проводящих, защитных или маркировочных слоёв печатной платы. Он служит основным инструментом для фотолитографического переноса рисунка на фольгированный диэлектрик в процессе изготовления печатных плат (субтрактивный, аддитивный или полуаддитивный метод). Точность и качество фотошаблона напрямую определяют геометрическую точность и воспроизводимость конечного изделия.
Конструкция и материалы
Современные фотошаблоны изготавливаются в двух основных форматах.
Стеклянные фотошаблоны (Glass Photomask). Представляют собой кварцевую или специальную оптическую стеклянную пластину (например, сорта B270, с низким коэффициентом теплового расширения) с нанесённым слоем непрозрачного материала (чаще всего хрома, Cr). Толщина стекла стандартизирована и составляет 1.5 мм, 2.3 мм или 3.0 мм. Такие шаблоны обеспечивают высочайшую стабильность (допуск линейных размеров ±2–5 мкм), долговечность (десятки тысяч экспозиций) и используются в проекционной и контактной фотолитографии для производства плат высокого класса точности.
Полиэфирные плёночные фотошаблоны (Film Photomask). Изготавливаются из полиэфирной плёнки (например, Mylar® производства DuPont) толщиной 0.1 мм или 0.175 мм с фотоэмульсионным или серебряно-галогенидным слоем. Обладают более низкой точностью (допуск ±25–50 мкм), меньшей стойкостью к деформациям и применяются в малосерийном или прототипном производстве, где допустим контактный метод экспонирования.
Технология изготовления и проверки
Процесс создания фотошаблона начинается с электронных данных (Gerber, DPF) и включает следующие этапы.
-
Лазерная или электронно-лучевая запись (Laser Photoplotting). Специализированный фотонаборный аппарат (photoplotter, например, модели от компаний Orbotech или Mania) с разрешением до 40000 dpi наносит рисунок на светочувствительный слой заготовки. Точность позиционирования луча составляет единицы микрон.
-
Химическая обработка. После экспонирования заготовка проходит процессы проявления и травления, в результате которых формируется окончательный рисунок из хрома или серебра.
-
Контроль качества. Готовый фотошаблон проходит 100% проверку на автоматизированной системе контроля (AOI для фотошаблонов) на соответствие исходным данным, отсутствие дефектов (пятна, выбоины, мостики, разрывы) и точность линейных размеров. Контроль осуществляется согласно требованиям стандарта IPC-6012 и внутренних регламентов.
Роль в контрактном производстве
Качество фотошаблона определяет точность всех последующих операций. Искажения на фотошаблоне, вызванные деформацией материала или ошибками записи, воспроизводятся на каждой плате в партии. Это приводит к нарушению конструктивных норм: изменению ширины проводников, несовмещению слоёв (misregistration) или уменьшению контактных площадок. Такие отклонения фиксируются при контроле по ГОСТ Р 56251-2014 и измерениях по ГОСТ 23751-86.
Тип фотошаблона (позитивный или негативный) зависит от технологического процесса. Позитивный шаблон применяется для формирования проводящего рисунка на фольгированном материале по ГОСТ 10316-78, негативный — для нанесения паяльной маски по ГОСТ Р 54849-2011. Общие требования к фотошаблонам установлены в ГОСТ 27716-88.
Для многослойных плат изготавливается отдельный фотошаблон для каждого слоя. Их взаимное расположение контролируется совмещающими метками (fiducial marks), что обеспечивает требуемую точность сборки слоёв по ГОСТ 23751-86. Изготовление и проверка фотошаблонов выполняются до начала производства. Условия хранения (температура, влажность) регламентированы для предотвращения деформации.
Источники: IPC-2615 «Phototooling», IPC-6012 (требования к точности изготовления, основанные на применяемых фотошаблонах), техническая документация производителей оборудования для фотонабора (Orbotech, LPKF), стандарты на базовые материалы (например, на полиэфирные плёнки), ГОСТ 27716-88 «Изделия электронной техники. Платы печатные. Фотошаблоны. Общие технические условия», ГОСТ 23751-86 «Платы печатные. Параметры конструкции», ГОСТ 10316-78 «Гетинакс и стеклотекстолит фольгированные. Технические условия», ГОСТ Р 54849-2011 «Маска паяльная защитная для печатных плат. Общие технические условия», ГОСТ Р 56251-2014 «Платы печатные. Классификация дефектов»,