Сотрудник ТУСУРа разрабатывает систему аэрозольного напыления фоторезистов

Один из важных этапов производства микрополосковых плат (применяются в авиации, промышленности, системах связи и других отраслях) — нанесение фоторезиста.

«Техническая проблема заключается в том, что чаще всего фоторезист наносится методом центрофугирования. При этом, если нужно нанести его на подложку с отверстиями или пазами неровной формы, образуются теневые зоны, что приводит к их неполному покрытию. После получения фоторезистивной маски требуемой топологии незащищённые места химически стравливаются, в том числе в местах с неполным покрытием фоторезиста, что является недопустимым. С противоположной от теневой зоны стороны наблюдается обратный эффект — скопление фоторезиста и локальное утолщение платы. Если приложить к заготовке с таким неравномерным нанесением фоторезиста фотошаблон, он будет неплотно прилегать, и топология фотрезистивной маски будет искажена при экспонировании (в связи с разной оптической средой в зонах утолщения фоторезистивной маски и в зонах с зазорами между фоторезистом и фотошаблоном)», — обозначил проблему научный сотрудник НОЦ «Нанотехнологии» ТУСУРа, ведущий инженер Института оптики атмосферы СО РАН Дмитрий Рогожников.

В качестве альтернативы центрофугированию используется метод погружения, который также обеспечивает неравномерное нанесение. В итоге до 40 – 50 % изделий выбраковывается.

В рамках конкурса «Старт – Цифровые технологии-1» Дмитрий Рогожников разработает систему аэрозольного напыления фоторезистов.

Схематичное отображение

По словам автора проекта, идея аэрозольного покрытия возникла ещё несколько лет назад, когда разработчик испытывал для нанесения фоторезистов различные типы существующих аэрографов.

«Даже испытания в ручном режиме показали отличный результат при работе с подложками с отверстиями, однако он не был лишён недостатков: в отличие от робота человек может неровно провести факел аэрографа, что может привести к непокрытым фоторезистом участкам. Стала очевидна необходимость создания роботизированного программно-аппаратного комплекса», — отмечает Дмитрий Рогожников.

Именно эта идея была проработана и легла в основу заявки на грантовый конкурс ФСИ. В состав команды научного сотрудника НОЦ «Нанотехнологии», которая будет работать над программно-аппаратным комплексом, вошёл м. н. с. Института оптики атмосферы СО РАН Егор Адамов. Он будет выполнять роль специалиста по автоматизации. Разработчики уже работали в паре над другим проектом в рамках конкурса «Старт-1» и уверены, что их компетенции и слаженность работы помогут им успешно справиться с новой задачей.

Экспериментальный образец разработчики планируют создать на платформе 3D-принтера.

«Мы дорабатываем нижний столик, на который будут крепиться под углом к факелу аэрографа подложки. Также будет разработана плата управления с ПО: через оконное приложение мы сможем вводить параметры и управлять нанесением», — рассказывает о ходе работы над прибором Дмитрий Рогожников.

Возможность менять угол факела в процессе нанесения станет главной отличительной особенностью устройства. В настоящее время зарубежные аналоги производят распыление линейно. Однако обработать фоторезистом толстые подложки (0,5 – 1 мм) таким способом не получится: верхние слои будут препятствовать проникновению фоторезиста глубоко в отверстия. Если добавить управление углом факела, то можно будет запылять более глубокие отверстия. По словам разработчиков, это их доработка в общепринятую модель. При этом авторы проекта не нашли аналогов импортным устройствам в России, а также ни в России, ни за рубежом нет устройств с переменным углом при нанесении.

Создание системы для аэрозольного нанесения фоторезиста исключит человеческий фактор неравномерного нанесения, снизит трудоёмкость, увеличит производительность нанесения фоторезистов минимум в два раза, а также уменьшит расход фоторезиста в 15 раз (по предварительным замерам). Благодаря этому удаётся добиться снижения стоимости этапа производства микрополосковых плат минимум в 10 раз и увеличить выход годных сложных плат с 50 % до 90 % и более.

На данном этапе разработчики уже могут обеспечить нанесение покрытий с разрешением не более 2 микрометров. Для большинства микросхем этого достаточно, однако с каждым годом требования становятся всё более высокими: схемы становятся сложнее, растёт рабочая частота. Команда разработчиков после отработки технологии уже готовит планы по её усовершенствованию.

«Для того, чтобы наш прибор удовлетворял этим растущим потребностям, нужно будет обеспечить возможность нанесения покрытия с помощью ультразвукового распыления, — делится планами развития проекта разработчик. — На замену аэрографу придёт ультразвуковое сопло, и мелкодисперсные частицы будут также покрывать платы, создавая более равномерный и тонкий слой на подложке, что позволит прийти к разрешению порядка 0,5 микрометра».

Заинтересованность в опытно-конструкторской разработке команде выразили АО «НПФ «Микран», ИОА СО РАН, ТУСУР, ООО «ИСК», написавшие письма поддержки для конкурсной заявки.