Рефераты. Параллельный программатор для микроконтроллеров Atmel серии АТ89
Рассмотрим более подробно
субтрактивную технологию изготовления ПП.
По субтрактивной технологии рисунок печатных плат получается
травлением медной фольги по защитному изображению в фоторезисте или по
металлорезисту, осажденному на поверхность гальванически сформированных
проводников в рельефе фоторезиста на фольгированных диэлектриках. На рисунках
1, 2, 3 приведены варианты технологических схем получения проводящего рисунка
печатных плат по субтрактивной технологии с применением фоторезиста. Первый
вариант (рис.1) - получение проводящего рисунка травлением медной фольги на
поверхности диэлектрика по защитному изображению в фоторезисте при изготовлении
односторонних и двухсторонних слоев многослойных плат (МПП). Второй вариант
(рис.2) - получение проводящего рисунка двухсторонних слоев с межслойными переходами,
путем травления медной фольги с гальванически осажденным сплошным слоем меди по
защитному изображению рисунка схемы и с защитными завесками над
металлизированными отверстиями в пленочном фоторезисте. В этом, так называемом
процессе "тентинг", или методе образования завесок над отверстиями, в
заготовках фольгированного диэлектрика сверлятся отверстия и, после химической
металлизации стенок отверстий, производят электролитическое доращивание меди до
требуемой толщины (35-40 мкм) в отверстиях и на поверхности фольги на всей
заготовке фольгированного диэлектрика. После этого наслаивается фоторезист для
получения защитного изображения схемы и защитных завесок над металлизированными
отверстиями. По полученному защитному изображению в пленочном фоторезисте
производят травление меди с пробельным мест схемы. Образованные фоторезистом
завески защищают металлизированные отверстия от воздействия травящего раствора
в процессе травления . В этом процессе используются свойства пленочного фоторезиста
наслаиваться на сверленные подложки без попадания в отверстия и образовывать
защитные слои над металлизированными отверстиями.
Третий вариант (рис.3) применяется,
при получении слоев печатных плат путем вытравливания проводящего рисунка по
металлорезисту, осажденному на поверхность медных проводников,сформированных в
рельефе пленочного фоторезиста, и на стенки металлизированных отверстий. Как и
во втором варианте, пленочный фоторезист наслаивается на заготовки фольгированного
диэлектрика, прошедшие операции сверления отверстий и предварительной (5-7 мкм)
металлизации медью стенок отверстий и всей поверхности фольги. В процессе
фотолитографии резиста защитный рельеф получают на местах поверхности металлизированной
фольги, подлежащей последующему удалению травлением.
Проводящий рисунок формируется последовательным
осаждением меди и металлорезиста по рисунку освобождений в рельефе пленочного
фоторезиста и на поверхность стенок отверстий. После удаления рельефа
пленочного фоторезиста незащищенные слои меди вытравливаются. Профиль
поперечного сечения проводников, сформированный травлением по защитному изображению
в фоторезисте,имеет форму трапеции, расположенной большим основанием на
поверхности диэлектрика.
Анализ замеров ширины линий после травления медной
фольги по защитному изображению в пленочном фоторезисте показывает, что
интервал разброса значений замеров увеличивается с увеличением толщины фольги.
Например, при травлении фольги толщиной 5 мкм интервал разброса ширины порядка
7 мкм, при травлении фольги толщиной 20 мкм разброс составляет 30 мкм , а при
травлении фольги толщиной 35 мкм разброс составляет около 50 мкм. Искажения
ширины медных проводников по отношению к размерам ширины изображений последних
в фоторезисте и на фотошаблоне - негативе смещаются в сторону заужения.
Подготовка поверхностей заготовок под наслаивание
пленочного фоторезиста с целью удаления заусенцев сверленых отверстий и
наростов гальванической меди производится механической зачисткой абразивными
кругами с последующей химической обработкой в растворе персульфата аммония или
механической зачисткой водной пемзовой суспензией. Такие варианты подготовки
обеспечивают необходимую адгезию пленочного фоторезиста к медной поверхности
подложки и химическую стойкость защитных изображений на операциях проявления и
травления. Кроме того, механическая зачистка пемзой дает матовую однородную
поверхность с низким отражением света, обеспечивающая более однородное
экспонирование фоторезиста.
Для получения изображений используется пленочный
фоторезист толщиной 15-50 мкм. Толщина фоторезиста в случае метода
"тентинг" диктуется требованиями целостности защитных завесок над
отверстиями на операциях проявления и травления, проводимых разбрызгиванием
растворов под давлением 1,6- 2 атм и более. Фоторезисты толщиной менее 45 - 50
мкм на этих операциях над отверстиями разрушаются. Для обеспечения надежного
"тентинга", диаметр контактной площадки должен быть в 1,4 раза больше
диаметра отверстия.
Минимальный поясок изображения контактной площадки
(ширина между краем контактной площадки и отверстием) должен быть не менее 0,1
мм.
Травление по защитному
рисунку проводится в струйной конвейерной установке в меднохлоридном кислом
растворе. Время травления определяется максимальной суммарной толщиной фольги с
гальванически осажденным на поверхности медным слоем. Точность изготовления
проводников закладывается в конструкторскую документацию на платы. Следовательно,
при субтрактивной технологии получения печатных элементов в готовых слоях с заданной
шириной, необходимо в размеры изображений на фотошаблоне вводить величину
заужения, т.е. к номинальному значению ширины проводника ,прибавлять величину
заужения.
Из вышеизложенного следует, что субтрактивная
технология имеет ограничения по разрешению, т.е. минимально воспроизводимая
ширина проводников и зазоров порядка 50 мкм при толщине проводников 5-9 мкм , 100-125
мкм при толщине проводников 20 -35 мкм или 150 - 200 мкм при толщине
проводников 50 мкм. Для получения логических слоев с металлизированными
переходами с более плотным печатным рисунком, с шириной проводников 125 мкм и
менее, например, 100 мкм, при их толщине 50 мкм, используется технологический
процесс по субтрактивной технологии травлением по металлорезисту (3-й вариант
субтрактивной технологии) с использованием диэлектрика с тонкомерной фольгой,
толщиной 5 - 9 мкм. В этом случае предварительная металлизация стенок отверстий
и поверхности фольги заготовок диэлектрика производится на минимально возможную
толщину 8 - 10 мкм. Условия получения изображения в пленочном фоторезисте
отличны от условий процесса "тентинга". А именно, для получения
изображений используются тонкие пленочные фоторезисты с более высоким
разрешением и гальваностойкостью. Подготовка поверхности подложки под
наслаивание пленочного фоторезиста из-за небольшой толщины фольги и
металлизированного слоя и во избежание их повреждения, проводится химическим способом.
Фоторезист наслаивается по специально подобранному
режиму: при низкой скорости наслаивания 0,5 м/мин, при температуре нагрева
валков 115 град.С +-5 град.С, на подогретые до температуры 60 - 80 град.С
заготовки. При экспонировании изображения используются установки с точечным
источником света, обеспечивющие высококоллимированный интенсивный световой поток
на рабочую поверхность копировальной рамы с автоматическим дозированием и
контролем световой энергии.
Фотошаблоны -позитивы должны иметь резкость края
изображения 3 - 4 мкм вместо 7 - 8 мкм у фотошаблонов, применяемых при
получении изображений с разрешением 200 - 250 мкм. Проявление изображений
проводится в установках проявления - процессорах в стабилизированном
трихлорэтане.
Для удаления следов органики с медной поверхности
подложки в каналах освобождений в рельефе пленочного фоторезиста проводится
обработка в окислителе - в 20% растворе серной кислоты в течение 2-х минут с
последующей промывкой в воде и калориферной сушкой в конвейерной струйной
установке , после чего для повышения гальваностойкости защитного изображения
проводится световое дубление в светокопировальных рамах по режимам
экспонирования. Проводящий рисунок формируется в рельефе пленочного фоторезиста
последовательным гальваническим осаждением меди на толщину 20-40 мкм и олово/свинца(ПОС-61
) на толщину 9 -12 мкм или никеля на толщину 3-5 мкм.
После удаления фоторезиста производится травление
медной фольги с металлизированным слоем суммарной толщиной 10-15 мкм с пробельных
мест схемы. Для этого применяется травильная установка с медноаммиачным травильным
раствором. В варианте использования металлорезиста ПОС-61 последний удаляется в
травильном растворе в струйной конвейерной установке. При применении в качестве
металлорезиста никеля сложность процесса в том, что слой никеля остается на
поверхности проводника и несколько шире его медной части. Поэтому применение
металлорезиста сплава олово/свинец с последующим его удалением является более
технологичным процессом.
Из изложенного выше можно сделать вывод: изготовление
слоев по субтрактивной технологии с применением диэлектриков с тонкой медной
фольгой толщиной 5 - 9 мкм обеспечивается получение проводящего рисунка с минимальной
шириной проводников и зазоров между ними порядка 50 мкм при толщине проводников
5-9 мкм и 100 - 125 мкм при толщине проводников 40-50 мкм.
3). Травление.
Важнейшей технологической операцией в
производстве электронных элементов и функциональных узлов является травление.
Под этим понимают химическое разрушение материала под действием газообразных
или жидких травителей. Продукты реакции в общем случае удаляются благодаря подвижности
травителя. Травление применяется для:
- создания определенного рисунка
металлических слоев, расположенных на нетравящем диэлектрике (например, для
получения рисунка ПП при субтрактивном методе);
- создания мельчайших отверстий
микрометрового диапазона в металлической фольге при изготовлении сетчатых
трафаретов, масок и фильтров;
- изготовления сложных профильных деталей
из тонкой жести и металлической фольги (профильное травление);
- создания металлически чистых
поверхностей для последующего осаждения слоев или контактирования;
- создания определенного рельефа
поверхности;
- удаления изоляционных слоев для
частичного обнажения металлических слоев (подтравливание в МПП).
Наиболее часто техника травления
применяется для создания рисунка ПП при субтрактивном методе. При этом до 90%
металлической фольги, нанесенной на диэлектрик фольгированием или напылением,
удаляется, а нужные участки защищаются металлическими или лаковыми слоями,
устойчивыми при травлении. В основном подвергают травлению металлы, особенно Сu и ее сплавы, Ni, сплавы Ni и Cr, Al, Au, Ag, Pt, Pd, Та, Ti, Mo, а также сталь.
Кроме того, в производстве электронных элементов необходимо травить полупроводниковые
материалы (Si, Ge) и диэлектрические слои (как правило, SiO2). Удаления неметаллов стремятся избежать, так как
они очень устойчивы при травлении. Имеется всего несколько исключений, например
травление стекла и эпоксидной смолы в отверстиях МПП.
4). Прессование.
Многослойные печатные платы
изготавливают прессованием диэлектрических фольгированных материалов (с одно-
или двухсторонним расположением печатных проводников) и прокладочной
стеклоткани. Процесс основан на клеящей способности последней при тепловом воздействии.
Процесс прессования определяется
характером изменения давления и температуры. Качество прессованного соединения
зависит от множества факторов, важнейшими из которых являются: свойства
прокладочной стеклоткани и момент перехода от давления склеивания, когда
связующее переводится в клеящее состояние, к давлению отверждения.
Прокладочная стеклоткань обеспечивает:
- прочное сцепление с поверхностью
диэлектрических материалов;
- заполнение места вытравленного
медного слоя;
- ликвидацию воздушных включений между
слоями за счет растекания смолы;
- необходимые зазоры между слоями;
- заданную толщину МПП.
5). Очистка.
При формировании структуры слоев и
контактировании металлических выводов детали (подложки, поверхности контактов)
должны обладать определенным состоянием поверхности, если нежелательны
серьезные помехи в процессе производства, высокий процент брака и снижение
надежности. Применяемые для этих целей процессы очистки обеспечивают удаление
крупных загрязнений (органических и неорганических отложений, крупных
продуктов коррозии); тонких пленок масла и жира; тонких пленок окислов; органических
и неорганических защитных покрытий (резисты трафаретной печати, фоторезисты).
Тесно связаны с процессами очистки
такие химические и механические процессы, которые наряду с очисткой
способствуют изменению состояния поверхности (выглаживание, придание
шероховатости) или удалению заусенцев, образующихся при механической обработке.
Кроме того, разработан ряд методов очистки, использующих особые физические
эффекты в соединении с химическими средствами, например ультразвуковая очистка.
Особое внимание необходимо уделить очистке, основанной на промывке, нейтрализации
и сушке.
6 . Программная поддержка программатора.
6 .1. Программирование микроконтроллеров серии АТ89.
Таблица
6.
Байты сигнатуры
Микросхема
(Hex)
1
2
3
АТ89С1051
1Е
11
Нет
AT89C1051U
1Е
12
Нет
АТ89С2051
1Е
21
Нет
AT89C2051x2
1Е
22
Нет
АТ89С4051
1Е
41
Нет
АТ89С51
1Е
51
FF
АТ89С51-ХХХХ-5
1Е
51
05
AT89LV51
1Е
61
FF
АТ89С52
1Е
52
FF
АТ89С52-хххх-5
1Е
52
05
AT89LV52
1Е
62
FF
AT89S53
1Е
53
Нет
AT89LS53
1Е
63
Нет
АТ89С55
1E
55
FF
АТ89С55-ХХХХ-5
1E
55
05
AT89LV55
1Е
65
FF
AT89S8252
1Е
72
Нет
AT89LS8252
1Е
82
Нет