Фотопленки для изготовления фотошаблонов

1.4 Фотопленки для изготовления фотошаблонов

Общие сведения

Для изготовления фотошаблонов предназначены фототехнические черно-белые пленки и пластинки для репродукционных и копировальных работ в полиграфии. Фотопленки изготовляются на полиэтилентерефталатной (толщина 65… 175 мкм) или триацетатцеллюлозной (100…200 мкм) подложках.

Фотопленки для фотошаблонов печатных плат содержат:

• полимерную основу,

• фоточувствительный слой эмульсии,

• дополнительные вспомогательные слои поддержки

Для обеспечения размерной стабильности и удобства автоматического управления процессами экспонирования фотопленки для фотошаблонов изготавливаются на толстой полиэфирной основе. Толщина такой фотопленки, как правило, – 175 мкм. Толщина эмульсии и вспомогательных слоев – приблизительно 5 мкм. Некоторые фотопленки не имеют желатинового слоя поддержки, что уменьшает влияние относительной влажности на изменение их линейных размеров.

Для фотошаблонов очень важно обеспечить размерную стабильность в условиях изменяющихся температуры и влажности. Для этого после полива или экструзии пленку подвергают циклическому нагреву, в результате чего она ускоренно релаксирует и из ее объема выпариваются остатки растворителей. В результате снимаются внутренние напряжения и улучшается размерная стабильность.

Влияние влажности

При изменении влажности внешней среды полиэфирная основа фотопленок приобретает равновесную влажность и меняет свои размеры. Чтобы на 90% достигнуть равновесия с внешней средой (время релаксации) для пленки толщиной 175 мкм требуется порядка 4 ч. Коэффициент линейного расширения при изменении относительной влажности полиэфирной пленки – 0,0008% на 1% относительной влажности. Этот коэффициент – не зависит от толщины пленки», но желатиновые и вспомогательные слои ощутимо влияют на изменение размеров основы, а значит и фотопленки. Причем желатин поглощает влажность очень быстро. Требуется меньше трех минут для слоя желатина, чтобы он достиг 99% равновесия с окружающей средой. Поэтому, чем толще пленка основы, тем меньший вклад имеют наслоения, и фотопленка получается стабильнее в размерах.

Процессы поглощения влаги основой и слоями желатина являются полностью обратимым: эффекты гистерезиса незначительны.

Влияние температуры

Фотопленка расширяется при повышении температуры окружающего воздуха и сжимается при понижении температуры.

Температурный коэффициент расширения полиэфирной основы – 0,0018% на 1 °С. Температурный коэффициент расширения не зависит от толщины материала.

Реакция фотопленки на изменение температуры проявляется очень быстро.

Фотопленка адаптируется к окружающей температуре в течение 2…3 минут.

Расширение и уменьшение фотопленки при изменении температуры – обратимый процесс. Однако, если фотопленку нагреть до 60 °С, произойдет необратимое изменение ее размеров.

Влияние режимов обработки

В результате мокрой обработки фотопленки (проявление фиксаж, отмывка) и последующей сушки происходит изменение ее размеров. Особенно существенно влияет температура сушки так, что фо топленки, которые сушатся при высоких температурах, будут иметь увеличенные размеры и наоборот. Изменение размеров фотопленок толщиной 175 мкм может составлять ± 0,02%. Однако, фотопленка, которая была высушена при оптимальной температуре, может изменить свои размеры очень незначительно. Мало того, существует оптимальная температура сушки, при которой это изменение размеров может сводить к нулю. Эта температура устанавливается для каждого типа фотопленки. Величина оптимальной температуры сушки в основном зависит от относительной влажности окружающей среды и относительной влажности воздуха в сушильной камере проявочной машины. Поэтому идеальная температура сушки должна быть определена исходя из относительной влажности воздуха в помещении для обработки фотопленки. Например, фирма Кодак дает такие рекомендации:

Влажность воздуха	Температура сушки
40%	27 – 32DC
40%	41 -46 °С
50%	32 – 38 °С
50%	43 -49 °С
60%	35–4ГС
60%	46–54 °С

Старение

Размер фотопленок изменяется из-за старения основы, но величина этих изменений является очень незначительной. Полиэфирная основа может изменить размеры в пределах ±0,01% за 5… 10 лет.

Изменения линейных размеров зависят от влажности и температуры хранения фотопленок. Хранение при высокой влажности, вероятно, повлечет за собой увеличение размеров фотошаблона и наоборот.

Размерная стабильность

Фотопленки для фотошаблонов печатных плат с позиций размерной стабильности могут быть сгруппированы в два класса: фотопленки, которые не имеют вспомогательных слоев и фотопленки, которые его имеют (на желатиновой основе).

Методика измерений

Изменение размеров от изменения влажности приводится обычно для диапазона влажности от 15 до 50% при температуре 21 °С. Эта процедура относительно сложна, так как изменение размеров не линейны по отношению к изменению влажности. Это важно, поскольку измерения в разных диапазонах влажности могут иметь отличия. Можно в качестве примера привести значения коэффициент линейного расширения при изменении влажности, измеренные при низкой, средней и высокой влажности:

Низкая влажность:

от 15 до 50% 0.0014

Средняя влажность:

от 30 до 60% 0.0012 Высокая влажность:

от 50 до 80% 0.0010

Поэтому при сравнении поведения различных фотопленок от изменения влажности важно знать диапазон абсолютного изменения влажности, при котором он определялся.

То же самое относится и к температуре. Показанные в таблицах коэффициенты определены в диапазоне температур между 21 °С и 49 °С (70Т и 120 °F) и относительной влажности 20%. Температурный коэффициент всех фотопленок на полиэфирной основе практически одинаков, независимо от её толщины.

Эффект «Серебряного слоя»

Количество серебра в слое фотоэмульсии может влиять на изменение размера фотопленки. Негативы, имеющие высокое отношение непрозрачной (серебросодержашей) области к прозрачной, будут иметь меньшие изменения линейных размеров, чем позитивы того же изображения. Высокое содержание серебра стабилизирует желатиновый слой. И хотя значение этого эффекта очень мала – во втором знаке температурного коэффициента изменения размеров, с ним приходится считаться.

Время релаксации фотопленки

Время, требуемое, чтобы достигнуть равновесия с влажностью в помещении зависит от толщины фотопленки. Требуется один час на 25 мкм толщины фотопленки, чтобы достигнуть равновесия по относительной влажности с окружающей средой:

	Время	релаксации (час)
Релаксация фотопленки к условиям влажности окружающей среды	для фотопленки для фотопленки с основой 100 мкм с основой 175 мкм
50%	1 час	0.4 часов
75%	2 часа	1 час
90%	4 часа	2 часа
99%	7 часов	4 часа

Фотопленка адаптируется к окружающей температуре в пределах от 1 до 3 минут.

Неравномерность свойств фотопленок вХи Yнаправлениях

Основы фотопленок изготавливают поливом на движущуюся ленту. Поэтому их свойства должны быть неодинаковыми вдоль и поперек полива. В последующем пленка подвергается всевозможным обработкам, чтобы предотвратить эту анизотропность. Совершенно идеальная основа фотопленки будет иметь идентичные свойства в X, Y, и диагональных направлениях в пределах всего листа. Тем не менее, большие листы фотопленки могут иметь различные изменения размеров в X и Y направлениях, с разницей в пределах ±10%.

Гистерезис

Гистерезис – это необратимое изменение размера фотопленки при изменении относительной влажности окружающей среды, зависящий и от направления изменения влажности. Этот эффект означает, что фотопленка не будет полностью возвращаться к первоначальному размеру, и это зависит от того, как изменяется относительная влажность (увеличивается или понижается).

Эффект гистерезиса для современных типов фотопленок на толстой полиэфирной основе мало заметен: меньше чем 10% любого изменения размера. Для новых типов фотопленок эффект гистерезиса ешё меньше и поэтому практически не учитывается.

Подготовка фотошаблонов к работе

Обшие рекомендации: пленочные фотошаблоны должны быть выдержаны от 4 до 7 часов в условиях рабочего помещения (т.е. рядом с установкой контактной печати или фотоплоттером).

Необходимо поддерживать постоянную температуру (±ГС) и влажность (55+5%) во всех помещениях, где используются фотошаблоны.

Фотопленка должна быть предварительно адаптирована к условиям её эксплуатации (режимам работы) в течение, по крайней мере, 4 часов (адаптация по влажности на 90%) или 7 часов (99%).

Необходимо стандартизировать температуру сушки фотопленки в проявочной машине в зависимости от влажности в помещении. Более точная температура сушки должна быть установлена опытным путем.

Целесообразно определить время адаптации фотопленки после её обработки в проявочной машине, измеряя через 5-минутные интервалы размер между реперными точками до момента его стабилизации.

Создание условий вакуумной гигиены в рабочих помещениях – «чистые» комнаты

Дверь в помещение, предусмотренное для работы с фотопленкой, должна плотно закрываться и, по возможности, иметь снаружи «темный» тамбур. Светофильтр для неактиничного освещения должен быть корректно выбран и установлен в соответствие с документацией на используемую фотопленку. Необходимо контролировать помещение на содержание пыли и периодически делать «влажную» уборку.

На поверхностях стоек и полок, предназначенных для работы с фотопленкой, должны быть устранены любые заусенцы и неровности, которые могли бы поцарапать эмульсию фотопленки.

Пакет фотопленки (обычно 100 листов) может требовать сотен часов для полной релаксации к климатическим условиям «чистой» комнаты. Практически невозможно достичь необходимого результата, оставив фотопленку в пакете. Поэтому перед использованием необходимо разделить общий пакет фотопленки на отдельные листы для достижения скорейшей релаксации размеров фотопленок к влажности в помещении.

Пример расчета изменения размеров фотопленки

Коэффициент изменения размеров от изменения влажности: 0,0009% на 1% относительной влажности.

Температурный коэффициент: 0,0018% на ГС.

Изменение размера = Первоначальный размерх (0,0009/Ю0) х изменение влажности в% + Первоначальный размер х (0,0018/100) х изменение температуры в °С

Пример №1

Размер фотопленки: 500 мм

Изменение влажности в%: увеличение на 4%

Изменение температуры в «С: уменьшение на 2 °С

Изменение размера = (500 ммхО, 0009/100 х4) +

+ (500 мм х0,0018/100 х (– 2))= 0,018 мм + (-0.018 мм) =

= 0 (без изменения)

Пример №2

Размер фотопленки: 500 мм Изменение влажности в%: увеличение на 4% Изменение температуры в °С: увеличение на 2 °С Изменение размера = (500 мм хО.0009/100x4) + (500 мм х х 0,0018/100 х 2)= 0,018 мм + 0,018 мм = 0.036 мм

Фотостекла

Основы из стекла не подвержены влиянию влажности. Стабильность их размеров зависит только от изменений температуры, но и при этом их температурный коэффициент расширения гораздо меньше, чем у других материалов:

Наименование	Температурный коэффициент, % на 1 °С	Коэффициент изменения от влажности, % на 1% ОВ
Кварц	0,00005	0
Стекло	0,00080	0
Полиэфирная пленка («Майлар»)	0,00180	0,0009
Триацетатцеллюлозная пленка 0,00270		0,0023
Полихлорвиниловая пленка («Астралон»)	0,00650	0,0018

Примеси оксидов железа, неизбежно присутствующие в стекле, делают его непрозрачным в ультрафиолетовой области спектра, в которой должны работать фотошаблоны. Высокой прозрачностью для ультрафиолетовых лучей обладают кварцевое стекло, а также специальные увиолевые стекла на основе В₂О₅, Р₂О₅.

Стеклянные фотошаблоны должны обладать хорошей плоскостностью, поэтому стеклянные пластины после отливки шлифуют и полируют. Чтобы придать им прочность их делают относительно толстыми (до 6 мм). От этого они становятся тяжелыми и неудобными для ручной загрузки светокопировальных рам.

При использовании системы совмещения типа PIN-LAM в стекле высверливались окна для размещения в них втулок. Во втулках с большой точностью по диаметру и межцентровым расстояниям высверливались отверстия для входа штифтов системы базирования. Большие технические трудности представляло совмещение системы координат координатографа и сформированной на стекле системы баз. При использовании системы MASS-LAM необходимость в базовых отверстиях отсутствует. И это открывает прямую дорогу к использованию стеклянных фотошаблонов. Остается еще одна проблема: стеклянные фотошаблоны могут изготавливаться только на координатографах (низкая производительность) или планшетных фотоплоттерах (дорогое оборудование). Но если и эта проблема будет преодолена, стеклянные фотошаблоны станут преобладающим носителем топологии при изготовлении плат по высоким проектным нормам.