Оценка погрешности позиционирования прецизионного оборудования

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 

Ю.С. Боброва, А.Т. Каменихин, Ю.Н. Литвак 

Оценка погрешности позиционирования  
прецизионного оборудования 

Методические указания к выполнению лабораторных работ  
по дисциплине «Основы проектирования и эксплуатации  
нанотехнологического оборудования» 
 

 

 
 

 

 

 
 
 

УДК 621.3.049.75; 621.95 
ББК 34.41 
 
О93 

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/44/book1642.html 
Факультет «Машиностроительные технологии» 
Кафедра «Электронные технологии в машиностроении» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебно-методического пособия 

 

Боброва, Ю. С. 
О93  
Оценка погрешности позиционирования прецизионного 
оборудования : методические указания к выполнению лабораторных 
работ по дисциплине «Основы проектирования и эксплуатации 
нанотехнологического оборудования» / Ю. С. Боброва, 
А. Т. Каменихин, Ю. Н. Литвак. — Москва : Издательство 
МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2017. — 33, [3] с. : ил.  
ISBN 978-5-7038-4669-8 
Рассмотрен технологический процесс изготовления многослойных печатных 
плат, позволяющий сформулировать требования к качеству выпол-
нения операций, связанных с точным позиционированием инструмента. 
Приведены сравнительный анализ прецизионных приводов, их состав и 
ожидаемая точность позиционирования. 
Для студентов, обучающихся по специальностям «Технология и обору-
дование микро- и наноэлектроники», «Процессы и оборудование микротех-
нологии». 

 
    УДК 621.3.049.75; 621.95 
 
    ББК 34.41 
 

 
 
 
 
 
 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017 
 
© Оформление. Издательство  
ISBN 978-5-7038-4669-8 
 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017 

Предисловие 

Производство изделий микроэлектроники и наноинженерии 
ставит на передний план проблему сверхточного позиционирова-
ния функциональных механизмов при выполнении ими устано-
вочных перемещений, в том числе по нескольким координатам. 
Учебная цель методических указаний состоит в формировании 
у студентов навыков экспериментальной оценки точностных па-
раметров прецизионного оборудования и умения проводить кор-
ректировку работы привода установки для снижения погрешно-
стей ее позиционирования.  
Основная часть методических указаний посвящена процедуре 
проведения эксперимента на трехкоординатном обрабатывающем 
центре Bungard, методике обработки полученных результатов и их 
сравнению с результатами, полученными после корректировки 
управляющей программы.  
После выполнения лабораторной работы студенты смогут 
формулировать требования к точности позиционирования при вы-
полнении операций, заключающихся в точных установочных пе-
ремещениях инструмента или изделия, анализировать причины 
возникновения погрешностей при работе на прецизионном обору-
довании, применять методы оценки точности оборудования, осно-
ванные на измерении погрешности обработки тестового образца. 
Кроме того, при выполнении работ по разработанной програм-
ме студенты приобретут практические навыки сверления отвер-
стий на прецизионном трехкоординатном обрабатывающем центре 
Bungard CCD/MTC (Германия), измерения координат положения 
отверстий, используя специальные средства измерения, а также 
обучатся обрабатывать результаты и, опираясь на знание структу-
ры привода, будут способны разработать рекомендации по повы-
шению точности оборудования. 
Непосредственно перед выполнением лабораторных работ для 
студентов будет проведен инструктаж по технике безопасности.  

Для оценки уровня подготовленности студентов к выполнению 
лабораторных работ преподаватели их опросят.  
После выполнения работы необходимо представить индивиду-
альный отчет по форме, приведенной в Приложении, включив 
в него ответы на контрольные вопросы. По результатам проверки 
правильности оформления отчета и защиты лабораторной работы 
студенту присваивают рейтинговый балл, который учитывается 
при оценке модуля по дисциплине «Основы проектирования и 
эксплуатации нанотехнологического оборудования». 
Методические указания включают в себя теоретическое описа-
ние, характеристику оборудования, рекомендации к выполнению 
лабораторных работ. Отдельная часть посвящена технике безопас-
ности. Приведены литературные источники. 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 

Значительную часть изделий наноинженерии в области электро-
ники изготавливают с использованием прецизионного технологиче-
ского оборудования. С его помощью решают самые разные задачи 
по выращиванию кристаллов и структур, вакуумному нанесению 
покрытий и функциональных слоев, высокоточным механическим 
воздействиям на заготовки или изделия, а также вопросы применения 
физико-химических методов формирования компонентов. 
Электронные компоненты современных изделий наноинжене-
рии, микро- и наноэлектроники монтируют и электрическим путем 
соединяют между собой посредством печатных плат.  
На примере технологического процесса производства печатных 
плат рассмотрим основные требования к оборудованию, выполняющему 
их механическую обработку. 

1.1. Основные элементы  
конструкции печатных плат 

Печатная плата (ПП) представляет собой основание, выполненное, 
как правило, из изоляционного материала со сформированными 
на поверхности токопроводящими структурами, обеспечивающими 
электрическое соединение электронных компонентов, 
монтируемых в единый печатный узел. 
Проводники, лежащие в одной плоскости, называются слоем 
печатной платы. 
Большинство современных плат — многослойные (рис. 1.1, а). 
Они выполнены посредством электромеханического соединения 
одно- и/или двухсторонних (рис. 1.1, б) заготовок одна с другой.  
Значения 
параметров 
основных 
элементов 
конструкции 
(рис. 1.2) многослойной ПП (4–6 слоев), изготавливаемой в лаборатории «
Микротехнологии» кафедры МТ-11 (МГТУ им. Н.Э. Баумана), 
представлены в табл.1. 

Рис. 1.1. Печатные платы:  
а — многослойная печатная плата перед прессованием; б — готовая двухсто-
ронняя плата 

 

Рис. 1.2. Основные элементы конструкции многослойной печатной платы 

  

Таблица 1.1 
Параметры основных элементов конструкции  
многослойной печатной платы 

Наименование 
Обозначение 

Единица 
измерения 
Значение 


Диаметр наименьшего сквозного металлизированного 
отверстия  
a 
мм 
0,3 

Диаметр наибольшего металлизированного 
отверстия  
b 
мм 
6,0 

Гарантированный поясок металлизированного 
отверстия  
c 
мкм 
250 

Гарантированный поясок площадки внутреннего 
слоя 
d 
мкм 
250 

Гарантированный поясок неметаллизиро-
ванного отверстия 
e 
мкм 
300 

Диаметр наибольшего металлизированного 
отверстия, выполняемого по тентинг-технологии  


f 
мм 
4,0 

Зазор от края неметаллизированного 
отверстия до меди  

g 
мкм 
300 

Зазор полигона на внутренних слоях  
h 
мкм 
300 

Зазор полигон/площадка на внутренних 
слоях  
i 
мкм 
300 

Зазор от меди (проводник, площадка, поли-
гон) до края платы  
j, k 
мкм 
400 

Зазор от края неметаллизированного 
отверстия до края платы  
l 
мкм 
0,5 

Ширина проводника на внутренних слоях  
m 
мкм 
250 

Зазор проводник/проводник/площадка  
n 
мкм 
250 

 
Помимо проводников и токопроводящих полигонов (элементов 
питания, заземления) ПП также содержат:  
• переходные отверстия — металлизированные «глухие» и 
сквозные микроотверстия для передачи тока между слоями платы; 
• присоединительные элементы для монтажа компонентов — 
контактные площадки и металлизированные монтажные отвер-
стия;  
• фиксирующие (базовые) элементы — неметаллизированные 
отверстия для совмещения выводов корпусов электронных компо-

нентов с контактными площадками или монтажными отверстиями 
на плате;  
• технологические контактные площадки,  например, для сов-
мещения слоев при бесштифтовом прессовании многослойной 
платы; 
• технологические отверстия, в частности, для совмещения 
слоев при штифтовом прессовании многослойной ПП или совме-
щения фотошаблонов с заготовкой на этапе фотолитографии; 
• термостойкое электроизоляционное покрытие — паяльную 
маску; 
• слои маркировки. 
Изготовление несложной четырехслойной ПП осуществляется 
по конкретному маршруту (рис. 1.3). За механическое соединение 
слоев отвечает операция прессования, а за электрическое соедине-
ние — операция сверления отверстий с их последующей метал-
лизацией. 
Маршрут изготовления двухсторонней печатной платы (ДПП) 
аналогичен таковому для многослойной печатной платы (МПП), за 
исключением операций, связанных с прессованием. 

 

Рис. 1.3. Основные этапы изготовления четырехслойной печатной платы 
методом сквозной металлизации отверстий 

В технологическом маршруте изготовления односторонней ПП 
по сравнению с таковым для ДПП отсутствуют все операции, свя-
занные с металлизацией. 
В качестве исходного материала для производства стандарт-
ных ПП используют фольгированный стеклотекстолит (FR4), 
который представляет собой слоистый прессованный материал, 
облицованный с одной или двух сторон медной фольгой толщи-
ной 9, 18, 20, 35 или 50 мкм. 
Рисунок проводников и контактных площадок внутренних сло-
ев формируют фотолитографическим методом (см. этапы 2–3, 
рис. 1.3). В ходе этого процесса незащищенные фоторезистом 
(светочувствительным покрытием) участки фольги удаляют на 
этапе травления (этап 4), оставляя топологический рисунок. 
Затем собирают пакет из внешних и внутренних слоев платы,  
а также соединительной стеклоткани, пропитанной неполимеризо-
ванной эпоксидной смолой (этап 6). Пакет прессуют, в результате 
полимеризации эпоксидной смолы под воздействием давления и 
повышенной температуры получают монолитную заготовку МПП.  
После прессования заготовка поступает на сверление отвер-
стий (этап 7). Отверстия после этого этапа не обладают электри-
ческой проводимостью, необходимой для коммутации (соедине-
ния) между собой слоев МПП, поэтому их необходимо металли-
зировать.  
Позитивная технология (этапы 8–11) позволяет единовременно 
металлизировать отверстия и формировать проводники и токопро-
водящие полигоны. Фотолитографическим методом на внешних 
слоях заготовки формируют полости в фоторезисте для последу-
ющего гальванического осаждения металла. Сначала осаждается 
основной металл — медь, а затем более тонкий слой металлорези-
ста (олово, сплав олово-свинец), который служит в качестве  
защитного покрытия всех токопроводящих элементов при после-
дующем травлении токопроводящей фольги. Травление в этом 
случае необходимо для разобщения всех проводящих элементов 
между собой, поскольку они ранее были замкнуты в единую цепь. 
Фоторезист удаляется, и фольгу стравливают. По удалении ме-
таллорезиста МПП может поступать на операции подготовки по-
верхности под пайку (формирование паяльной маски и/или нане-
сение покрытия под пайку). 

1.2. Сверление отверстий 

От качества выполнения операции сверления во многом зави-
сит точность взаимного расположения отверстий, токопроводящих 
дорожек и контактных площадок, выполненных в МПП. 
Большинство параметров ПП связано с типом отверстий 
(рис. 1.4). Отверстия могут быть гладкими (см. рис. 1.4, а) и метал-
лизированными (см. рис. 1.4, б), а по назначению — переходными 
(см. рис. 1.4, в) (межслойными), обеспечивающими только электри-
ческие соединения между слоями платы, и монтажными 
(см. рис. 1.4, г), куда устанавливают и запаивают выводы элементов. 
Металлизированные монтажные отверстия являются одновременно 
переходными.  
Отверстия на плате, называемые крепежными, служат для 
фиксации компонентов, крепления ПП к несущим элементам конструкций 
и других целей. Эти отверстия чаще всего бывают гладкими, 
без контактных площадок и без металлизации. Однако нередко 
крепежные отверстия в целях удешевления производства 
выполняют одновременно с монтажными, поэтому в них может 
присутствовать внутренняя металлизация, но отсутствуют контактные 
площадки. 
Главный параметр отверстия — диаметр dс, который у неме-
таллизированных отверстий совпадает с диаметром сверления d. 
Для металлизированных отверстий диаметр самого отверстия dc 
отличается от диаметра сверления d на двойную толщину металлизации, 
а в случае применения гальванического покрытия — еще и 
на двойную толщину покрытия. 

 
Рис. 1.4. Классификация отверстий в печат- 
  
ной плате