какие технологии используют при создании электронных узлов на печатных платах

Лекция 7. Печатные платы и узлы

Лекция 7. Печатные платы и узлы.

· Понятие печатной платы.

· Электрические параметры печатных плат

· Материал для изготовления печатных плат

· Особенности конструкции печатных плат

7.1. Понятие печатной платы

Изоляционное основание с нанесенным на него печатным монтажом, образует печатную плату. Применение печатных плат дает возможность использования и автоматизации процессов сборки радиоэлектронной аппаратуры, повышает её надёжность, обеспечивает повторяемость параметров схем (емкости, индуктивности) от образца к образцу.

Простейшим элементом любой печатной платы является печатный проводник – участок токопроводящего покрытия, нанесенного на изоляционное основание.

Иногда непосредственно на печатной плате, используя технологические процессы нанесения токопроводящего или изоляционного покрытия, получают отдельные радиоэлементы (индуктивные катушки, контакты разъемов переключателей и др.). Такие элементы также называют печатными. Система печатных проводников и радиоэлементов, нанесенных на изоляционное основание, образует печатную схему.

По конструкции печатные платы подразделяют на однослойные и многослойные.

Однослойные печатные платы (ОПП) всегда имеют один изоляционный слой, на котором находятся печатные проводники. Если они расположены на одной стороне изоляционного основания, то такую плату называют односторонней печатной платой, а если с двух сторон – двусторонней печатной платой.

Многослойная печатная плата состоит из нескольких печатных слоев, изолированных склеивающими прокладками. Многослойные печатные платы имеют соединения между проводниками, расположенными в различных слоях, или открытый доступ к отдельным участкам проводников внутренних слоев для припайки к ним радиоэлементов.

Процесс изготовления изоляционной платы с печатным монтажом состоит из двух основных операций: 1) создание изображения печатных проводников (копирования изображения с негатива на светочувствительный слой; нанесение (печать) изображения защитной краской через сетчатый трафарет или офсетным способом. 2) Создание токопроводящего слоя на изоляционном основании.

Чтобы к печатному проводнику можно было припаять объемный проводник или вывод навесного радиоэлемента, на печатном проводнике делают контактную площадку в виде участка с увеличенной шириной (площадью). Металлизированное отверстие иногда может быть использовано для соединения двух и более проводников, расположенных на разных слоях многослойной платы. Обычно химический метод изготовления печатных плат используют для получения односторонней печатной платы бытовой аппаратуры.

7.2. Электрические параметры печатных плат

Большая поверхность и хороший тепловой контакт с изоляционным основанием обеспечивают интенсивную отдачу тепла от проводника изоляционной платы в окружающее пространство, что позволяет пропускать через печатные проводники значительные токи. Для печатных проводников, расположенных на наружних слоях, допускается плотность тока до 20 А/мм2, а для внутренних слоев – до 15 А/мм2. В бытовой аппаратуре допускается ток I ≤ 30 А/мм2. Допустимое рабочее напряжение между двумя расположенными рядом печатными проводниками зависит от минимального зазора между ними (табл. 7.1)

Для многослойных печатных плат допустимое напряжение не должно превышать 250 В. Сопротивление печатных проводников на платах можно рассчитать по формуле

Между двумя параллельно расположенными проводниками могут появиться гальванические связи за счет утечек по изоляции, и емкостные связи.

7.3. Материал для изготовления печатных плат.

Для изготовления печатных плат химическим и ком­бинированным методами необходимо иметь листовой материал в виде изоляционного основания с приклеен­ной к нему металлической фольгой (табл. 7.2).

В зависимости от назначения печатной платы в качестве изоляционного снования используют в основном гетинакс и стеклотекстолит различной толщины. Фольгу делают из меди, так она обладает хорошими проводящими свойствами. Для многослойных печатных плат кроме фольгированногo материала применяют изоляционные прокладки из лакоткани и медную фольгу. Номенклатура наиболее широко применяемых материалов приведена в табл. 7.2. Обычно применяют фольгированный гетинакс с толщиной 1,5 – 3 мм, марки ГФ-1-35.

Фольгированный гетинакс уступает по электрическим и механическим свойствам стеклотекстолиту и используется в настоящее время (иногда) в аппаратуре нормальной влажности.

7.4. Особенности конструкции печатных плат

Для основных классов конструкций руководствуются приведенными в табл.7.3 соотношениями ширин печатных проводников и расстояний между ними

Табл. 7.3. Номинальные размеры в мм проводников и расстояний между ними (рис.7.1)

Источник

Технологии изготовления печатных плат

Технологии изготовления печатных плат

Мы рассматриваем только наиболее распространенную «классическую» технологию, при которой лишние участки меди с поверхности платы удаляются путем химического травления. Помимо этого, возможно, например, удаление меди путем фрезерования или с использованием электроискровой установки. Однако эти способы не получили широкого распространения ни в радиолюбительской среде, ни в промышленности (хотя изготовление плат фрезерованием иногда применяется в тех случаях, когда необходимо очень быстро изготовить несложные печатные платы в единичных количествах).

Особенно хотелось бы отметить, что при изготовлении печатных плат в домашних условиях следует стремиться при разработке схемы использовать как можно больше компонентов для поверхностного монтажа, что в некоторых случаях позволяет развести практически всю схему на одной стороне платы. Связано это с тем, что до сих пор не изобретено никакой реально осуществимой в домашних условиях технологии металлизации переходных отверстий. Поэтому в случае, если разводку платы не удается выполнить на одной стороне, следует выполнять разводку на второй стороне с использованием в качестве межслойных переходов выводов различных компонентов, установленных на плате, которые в этом случае придется пропаивать с двух сторон платы. Конечно, существуют различные способы замены металлизации отверстий (использование тонкого проводника, вставленного в отверстие и припаянного к дорожкам с обеих сторон платы; использование специальных пистонов), однако все они имеют существенные недостатки и неудобны в использовании. В идеальном случае плата должна разводиться только на одной стороне с использованием минимального количества перемычек. Остановимся теперь подробнее на каждом из этапов изготовления печатной платы.

Предварительная подготовка заготовки

Данный этап является начальным и заключается в подготовке поверхности будущей печатной платы к нанесению на нее защитного покрытия. В целом за продолжительный промежуток времени технология очистки поверхности не претерпела сколько-нибудь значительных изменений. Весь процесс сводится к удалению окислов и загрязнений с поверхности платы с использованием различных абразивных средств и последующему обезжириванию.

Для удаления сильных загрязнений можно использовать мелкозернистую наждачную бумагу («нулевку»), мелкодисперсный абразивный порошок или любое другое средство, не оставляющее на поверхности платы глубоких царапин. Иногда можно просто вымыть поверхность печатной платы жесткой мочалкой для мытья посуды с моющим средством или порошком (для этих целей удобно использовать абразивную мочалку для мытья посуды, которая похожа на войлок с мелкими вкраплениями какого-то вещества; часто такая мочалка бывает наклеена на кусок поролона). Кроме того, при достаточно чистой поверхности печатной платы можно вообще пропустить этап абразивной обработки и сразу перейти к обезжириванию.

В случае наличия на печатной плате только толстой оксидной пленки ее можно легко удалить путем обработки печатной платы в течение 3–5 секунд раствором хлорного железа с последующим промыванием в холодной проточной воде. Следует, однако, отметить, что желательно либо производить данную операцию непосредственно перед нанесением защитного покрытия, либо после ее проведения хранить заготовку в темном месте, поскольку на свету медь быстро окисляется.

Заключительный этап подготовки поверхности заключается в обезжиривании. Для этого можно использовать кусочек мягкой ткани, не оставляющей волокон, смоченный спиртом, бензином или ацетоном. Здесь следует обратить внимание на чистоту поверхности платы после обезжиривания, поскольку в последнее время стали попадаться ацетон и спирт со значительным количеством примесей, которые оставляют на плате после высыхания беловатые разводы. Если это так, то стоит поискать другой обезжиривающий состав. После обезжиривания плату следует промыть в проточной холодной воде. Качество очистки можно контролировать, наблюдая за степенью смачивания водой поверхности меди. Полностью смоченная водой поверхность, без образования на ней капель и разрывов пленки воды, является показателем нормального уровня очистки. Нарушения в этой пленке воды указывают, что поверхность очищена недостаточно.

Нанесение защитного покрытия

Нанесение защитного покрытия является самым важным этапом в процессе изготовления печатных плат, и именно им на 90 % определяется качество изготовленной платы. В настоящее время в радиолюбительской среде наиболее популярными являются три способа нанесения защитного покрытия. Мы их рассмотрим в порядке возрастания качества получаемых при их использовании плат.

Первым этапом является подготовка фотошаблона. В домашних условиях его можно получить, напечатав рисунок платы на лазерном принтере на пленке. При этом необходимо особое внимание уделить плотности черного цвета на фотошаблоне, для чего необходимо отключить в настройках принтера все режимы экономии тонера и улучшения качества печати. Кроме того, некоторые фирмы предлагают вывод фотошаблона на фотоплоттере — при этом вам гарантирован качественный результат.

На втором этапе на предварительно подготовленную и очищенную поверхность платы наносится тонкая пленка фоторезиста. Делается это путем распыления его с расстояния порядка 20 см. При этом следует стремиться к максимальной равномерности получаемого покрытия. Кроме того, очень важно обеспечить отсутствие пыли в процессе распыления — каждая попавшая в фоторезист пылинка неминуемо оставит свой след на плате.

После нанесения слоя фоторезиста необходимо высушить получившуюся пленку. Делать это рекомендуется при температуре 70 oC–80 oC, причем сначала нужно подсушить поверхность при небольшой температуре и лишь затем постепенно довести температуру до нужного значения. Время сушки при указанной температуре составляет порядка 20–30 мин. В крайнем случае допускается сушка платы при комнатной температуре в течение 24 часов. Платы с нанесенным фоторезистом должны храниться в темном прохладном месте.

Следующим после нанесения фоторезиста этапом является экспонирование. При этом на плату накладывается фотошаблон (желательно стороной печати к плате: это способствует увеличению четкости при экспонировании), который прижимается тонким стеклом или куском плексигласа. При достаточно небольших размерах плат для прижима можно использовать крышку от коробки компакт-диска либо отмытую от эмульсии фотопластинку. Поскольку область максимума спектральной чувствительности большинства современных фоторезистов приходится на ультрафиолетовый диапазон, для засветки желательно использовать лампу с большой долей УФ-излучения в спектре (ДРШ, ДРТ и др.). В крайнем случае, можно использовать мощную ксеноновую лампу. Время экспонирования зависит от многих причин (тип и мощность лампы, расстояние от лампы до платы, толщина слоя фоторезиста, материал прижимного покрытия и др.) и подбирается экспериментально. Однако в целом время экспонирования составляет обычно не более 10 минут даже при экспонировании под прямыми солнечными лучами.

Проявление большинства фоторезистов осуществляется раствором едкого натра (NaOH) — 7 граммов на литр воды. Лучше всего использовать свежеприготовленный раствор, имеющий температуру 20°C–25°C. Время проявления зависит от толщины пленки фоторезиста и находится в пределах от 30 секунд до 2 минут. После проявления плату можно подвергать травлению в обычных растворах, поскольку фоторезист устойчив к воздействию кислот. При использовании качественных фотошаблонов применение фоторезиста позволяет получить дорожки шириной вплоть до 0,15–0,2мм.

Известно много составов для химического стравливания меди. Все они отличаются скоростью протекания реакции, составом выделяющихся в результате реакции веществ, а также доступностью необходимых для приготовления раствора химических реактивов. Ниже приведена информация о наиболее популярных растворах для травления.

Очистка заготовки, сверловка, нанесение флюса, лужение

После завершения травления и промывки платы необходимо очистить ее поверхность от защитного покрытия. Сделать это можно каким-либо органическим растворителем, например, ацетоном.

Далее необходимо просверлить все отверстия. Делать это нужно остро заточенным сверлом при максимальных оборотах электродвигателя. В случае, если при нанесении защитного покрытия в центрах контактных площадок не было оставлено пустого места, необходимо предварительно наметить отверстия (сделать это можно, например, шилом). Прижимное усилие в процессе сверления не должно быть слишком большим, чтобы на обратной стороне платы не образовывались бугорки вокруг отверстий. Обычные электродрели практически не подходят для сверления плат, поскольку, во-первых, имеют низкие обороты, а во-вторых, обладают достаточно большой массой, что затрудняет регулирование прижимного усилия. Удобнее всего для сверления плат использовать электродвигатели типа ДПМ-35Н и им подобные с насаженным на их вал небольшим цанговым патроном. После сверловки нужно обработать отверстия: удалить все зазубрины и заусенцы. Сделать это можно наждачной бумагой.

Следующим этапом является покрытие платы флюсом с последующим лужением. Можно использовать специальные флюсы промышленного изготовления (лучше всего смываемые водой или вообще не требующие смывания) либо просто покрыть плату слабым раствором канифоли в спирте. Лужение можно производить двумя способами: погружением в расплав припоя либо при помощи паяльника и металлической оплетки, пропитанной припоем. В первом случае необходимо изготовить железную ванночку и заполнить ее небольшим количеством сплава Розе или Вуда. Расплав должен быть полностью покрыт сверху слоем глицерина во избежание окисления припоя. Для нагревания ванночки можно использовать перевернутый утюг или электроплитку. Плата погружается в расплав, а затем вынимается с одновременным удалением излишков припоя ракелем из твердой резины.

В данной статье мы постарались осветить все наиболее удобные для применения в домашних условиях технологии изготовления печатных плат. Использование современных фоторезистов или технологии лазерного принтера и утюга позволяет получить достаточно хорошие результаты. Таким образом, у радиолюбителей появляется возможность изготовления печатных плат с минимальной шириной проводника порядка 0,2-0,3 мм, что еще десять лет назад было практически недостижимым даже при серийном производстве.

Источник

Характеристика cовременных технологий печатных плат

Создание рисунка проводников на слоях печатных плат

Наиболее общими показателями уровня печатных плат являются ширина проводников и диаметр межслойных переходов. Тенденция развития печатных плат характеризуется уменьшением ширины проводников (рис.1) и увеличением количества межслойных переходов за счет уменьшения их размеров и использования поверхностных контактных площадок для присоединения выводов компонентов (рис. 2).

Используют два вида технологии получения проводящего рисунка слоев печатных плат:

на основе субтрактивных методов
на основе аддитивного формирования

Третий вариант (рис.5) 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.

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, обеспечивающие высококоллимированный интенсивный световой поток на рабочую поверхность копировальной рамы с автоматическим дозированием и контролем световой энергии.

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.

Технология формирования слоев методом ПАФОС

В случае слоев без межслойных переходов медная шина стравливается (схема процесса приведена на рис.6.а). При изготовлении двухсторонних слоев с межслойными переходами перед травлением тонкой медной шины проводятся операции получения межслойных переходов металлизацией отверстий с контактными площадками, после чего медные шины стравливаются (рис.6.б). Проводящий рисунок, утопленный в диэлектрик и сверху защищенный слоем никеля, при травлении медной шины не подвергается воздействию травильного раствора.Поэтому форма, размеры и точность проводящего рисунка определяются формой и размерами освобождений в рельефе пленочного фоторезиста, т.е. процессами фотохимии.

Лучшее качество подготовки поверхности медной шины на «носителях» обеспечивается зачисткой водной суспензией пемзы. Однако, механическая зачистка не всегда применима, т.к. иногда вызывает разрушение медной шины, особенно на «носителях» больших размеров.

Поэтому лучше применять химическую подготовку обработкой в растворе персульфата аммония на струйных конвейерных установках. Эта подготовка обеспечивает адгезию и химическую стойкость защитных изображений на операциях гальванического формирования проводящего рисунка и щелочного оксидирования. Условия проведения операции экспонирования для получения изображений в пленочном фоторезисте с разрешением 50 — 100 мкм:

Фотошаблоны должны иметь высокие оптические характеристики- оптическая плотность прозрачных полей менее 0,1 ед.оптической плотности, непрозрачных полей более 3,5 ед. оптической плотности, резкость края изображения не хуже 2 — 3 мкм.
Экспонирование изображений должно проводиться на установках с точечным источником света с высококоллимированным интенсивным световым потоком, с автоматическим дозированием и контролем световой энергии. Температура нагрева копировальной поверхности в процессе экспонирования не должна превышать температуру помещения более, чем на 3 — 5 оС (температура помещения 21 ±1 оС).
Проявление изображений должно проводиться в струйных установках с форсунками среднего и высокого давления. После проявления изображений с целью удаления следов органики с поверхности медной шины в узких каналах рисунка освобождений в рельефе пленочного фоторезиста следует проводить обработку в 20% растворе серной кислоты в течение 2-х минут.

Последовательность проведения операций обработки в окислителе та же, как в случае получения изображений высокоплотных схем по субтрактивной технологии с применением диэлектрика с тонкомерной фольгой.

При обеспечении правильных условий проведения процессов получения изображений в пленочных фоторезистах достигается следующее:

Ширина гальванически сформированных проводников в фоторельефе пленочных фоторезистов на высоте между уровнями от 0,2 до 0,7 толщины фоторезиста равна ширине изображения проводника на фотошаблоне, интервал разброса замеров не превышает 5 — 10 мкм;
Искажения ширины проводников на поверхности подложки относительно размеров на фотошаблоне в среднем составляют от 10 мкм до 20 мкм.;
Суммарный интервал разброса ширины проводников по всей высоте фоторельефа не превышает 15 — 20 мкм.

Профиль фоторельефа пленочного фоторезиста зависит от применяемой модели светокопировальной установки. При экспонировании на установках с совершенной экспонирующей системой, обеспечивающей высокую коллимацию высокоинтенсивных световых лучей и отсутствие нагрева рабочей копировальной поверхности, например, на моделях HMW-201 и OPTI-BEAM 7100, фоторельеф имеет ровные боковые стенки с малым наклоном к поверхности подложки.

Лазерное формование рисунка методом «ПАФОС»

Проблема разработки технологии изготовления печатных плат с применением лазерных методов обработки решается комплексно с учетом создания лазерного оборудования и исследования путей его построения, в том числе исследование различных типов лазеров с целью установления пригодности их параметров для решения технологических задач.

В технологическом аспекте новыми являются методы непосредственного лазерного формирования рисунка в диэлектрике. Разработанные нами лазерные методы ориентированы на сочетание с технологией ПАФОС, которая обеспечивает формирование прецизионного проводящего рисунка схем с проводниками шириной 50 мкм в слоях сверхплотных МПП, однако это не исключает возможности успешного использования лазерных методов в других технологиях изготовления печатных плат. Несмотря на все совершенства техники изготовления фотошаблонов (ФШ) остается ряд существенных проблем, заставляющих искать новые пути прямого формирования рисунка схем без применения ФШ.

Фотошаблон, изготовленный на фотопленке, во время работы с ним при изменении температуры и влажности меняет свои линейные размеры. Точность ФШ зависит от точности плоттера и точности устройств, на которых изготавливаются базовые отверстия. К техническим проблемам в технологии изготовления ФШ следует отнести сложность получения линий шириной мене 100 мкм, в то время как в настоящее время созрела задача изготовления печатных плат с шириной проводников около 50 мкм.

При изготовлении ФШ с линиями 50 мкм возрастает влияние чистоты помещений.

Оценивая преимущества технологии лазерного формирования рисунка на резисте, наши усилия были направлены на создание более простого и дешевого оборудования и применения для этих целей СО2 лазера, как более доступного для широкого пользования. СО2 лазеры простые в обслуживании, обладают большим ресурсом и достаточной стабильностью, могут быть применены для формирования рельефного рисунка в производстве печатных плат.

Предел разрешающей способности лазерного формирования определяется возможностями оптической системы, модовым составом лазерного излучения, расходимостью лазерного луча и его размером. Практически луч СО2 лазера одномодового состава может быть сфокусирован в точку диаметром 35-40 мкм.

Метод формования рисунка непосредственно в диэлектрике исключает процессы изготовления фотошаблонов и все последующие фотолитографические операции и наиболее полно отвечает требованиям аддитивной технологии ПАФОС. При этом можно ожидать, что существенно увеличится выход годных изделий и затраты уменьшаться.

Получение наружных слоев печатных плат

Заготовки двухсторонних печатных плат и прессованные пакеты многослойных плат имеют на поверхности медную фольгу, обычно толщиной 5 мкм, 20 мкм или 35 мкм.

Технологическая схема получения проводников наружных слоев печатных плат с межслойными переходами (сквозными металлизированными отверстиями) по технологической последовательности выполнения операций похожа или на приведенный выше третий вариант субтрактивной технологии, или второй вариант — «тентинг» метод. Согласно технологической схеме предварительная металлизация сверленных пакетов многослойных плат по поверхности фольги или медной шины и по поверхности стенок отверстий производится на толщину 7-10 мкм.

Для изготовления наружных слоев плат методом «тентинг» схема процесса приведена на рис.8. На рис. 9 показана защита металлизированных переходов тентированием.. Процесс в основном аналогичен вышеизложенному для внутренних слоев.

Печатные платы с глухими межслойными переходами

По мере увеличения плотности связей и выполнения специальных условий распределения тока питания, экранирования и уменьшения уровня перекрестных помех наблюдается увеличение объема использования в радиоэлектронных изделиях четырехслойных (рис.10) и шестислойных (рис.11) печатных плат.

Основным структурным элементом четырехслойных и шестислойных печатных плат с глухими переходами являются двухслойные заготовки с сигнальными проводниками и межслойными переходами.

Имеется три разновидности технологии изготовления таких двухслойных сигнальных заготовок:

последовательное формирование вначале внутренних сигнальных слоев и переходов в отдельных заготовках, затем, после прессования пакета, формирование наружных сигнальных слоев и сквозных переходов;
одновременное формирование проводников на обеих сторонах двухслойных заготовок, затем, после прессования, формирование локальных и сквозных межслойных переходов;
одновременное формирование сигнальных проводников и межслойных переходов в двухсторонних заготовках, затем, после прессования, формирование только сквозных переходов.

Высокая плотность проводников и переходов при высокой их надежности достигается в межслойных переходах через глухие отверстия, формируемые с помощью лазерного луча. Выбираемая произвольная форма перехода, большая площадь планарного контактирования, эпитаксиальный слой и короткая длина, способствуют реализации простых конструкций переходов. В этих платах для получения достаточной устойчивости монтажных контактных площадок при операциях пайки во время монтажа и ремонта можно использовать закрепление этих площадок снизу дополнительными проводниками межслойных переходов. Одновременное использование межслойных переходов для замоноличивания контактных площадок позволяет существенно увеличить плотность проводников на наружных слоях и создать оптимальные условия поверхностного монтажа микросхем с очень малым шагом выводов.

В изготавливаемых по описанной технологии шестислойных печатных платах реализуется ширина сигнальных проводников от 50 мкм, зазоров от 100 мкм, при толщине проводников 35 — 40 мкм, диаметре внутренних переходных отверстий от 100 — 125 мкм, диаметре сквозных отверстий от 300 мкм.

Можно использовать изоляционный материал — стеклоэпоксид или стеклополиимид. Размер групповых заготовок плат от 200×260 мм.

От системы базирования во многом зависит выбор величины элементов рисунка, зазоров между ними, типа и габаритов платы и, в конечном счете, надежности и стоимости изделия.

Печатные платы с теплопроводными слоями

Для получения хорошей конструкции устройства на печатной плате в соответствии с условиями их применения и другими характеристиками (термоудар, вибрация и т.д.) необходимо учитывать рассеиваемую компонентами мощность и механические условия работы. Размещение ИС на жесткой печатной плате должно быть таким,чтобы обеспечивалась эффективная теплопередача от кристаллов к теплообменным элементам конструкции устройства, а возможности разводки электрических связей не ущемлялись.

При использовании метода ПАФОС для изготовления печатных плат имеется большой запас плотности размещения проводников и межслойных переходов. В этом случае проводники и переходы на плате можно специфицировать на два вида: первый — проводники и переходы для передачи электрических сигналов, второй — проводники и межслойные переходы для теплопередачи от микросхем до теплообменников.

Паяльные маски для наружных слоев печатных плат

Нанесение паяемых покрытий на печатные платы

Используют много способов для нанесения паяемого покрытия на медную поверхность проводников печатных плат. Два наиболее популярных метода — двойная печать резиста и лужение с выравниванием припоя горячим воздухом (HAL,HASL). В то время как оба метода дают одинаковый конечный результат: чисто медные проводники покрытые паяльной маской, а все паяемые поверхности покрыты припоем, эти методы значительно отличаются при их реализации.

При двойной печати используется двухразовое нанесение фоторезиста, для создания чистой медной схемы с лужеными контактными площадками. Первоначальное нанесение резиста определяет рисунок электрической схемы. Впоследствии по рисунку в резисте осаждается медь и затем олово/свинец. После того, как произведено травление получаются защищенные оловом/свинцом цепи и контактные площадки. Далее наносится второй слой резиста, который защищает олово/свинец на контактных площадках во время удаления олово/свинца на остальных проводниках,чтобы создать чистую медную схему.

Процесс изготовления печатных плат HASL методом — нанесение расплавленного припоя на чистые медные контактные площадки печатных плат незащищенные паяльной маской аналогичен обычному позитивному методу. Однако,после травления меди с пробельных мест удаляется также олово/свинец со всех металлизированных поверхностей и далее паяльная маска наносится на чистые медные проводники. Затем вся печатная плата окунается в расплавленный 63/37 припой,который наносится на все поверхности свободные от паяльной маски (то есть контактные площадки). Используют специальные установки вертикального типа (рис.12) или горизонтального типа (рис.13).

покрытия металла:
Иммерсионное золото поверх химического никеля
Иммерсионное серебро
Химический палладий
Иммерсионное олово
Иммерсионный палладий
Химическое золото поверх никеля


Иммерсионная металлизация — всегда себя ограничивает и обычно очень тонкая. Для изготовителя ванны иммерсионной металлизации обычно значительно легче чем ванны химической металлизации.

органические покрытия связанные с обработкой меди (составы часто основанные на бензимидазоле или имидазоле).

Благодаря физическим свойствам золота металлизация никель/золото стала очень полезной обработкой поверхности. В любой электрической схеме, где сопротивление коррозии или снашиванию вызывает беспокойство, обычно используется золото в качестве предпочтительного финишного покрытия. Обычный метод применения золота в печатных платах — электрометаллизация. Для того, чтобы осуществить электропокрытие металла все области, должны быть электрически связанными вместе (на одной шине или шунтированные), чтобы позволить ионам металла течь от анода к катоду. Золото в растворе электрически стимулируется анодом и осаждается на проводники печатной платы ( катод). Хотя никель расширяет долговечность золота, его первичная функция сформировать барьер между золотом и медью. Это предохраняет медь от миграции через пористый золотой слой покрытий на поверхности.

Иммерсионное золочение и химическое никелирование обеспечивают плоские контактные площадки для поверхностного монтажа и дает хорошую присущую золоту смачиваемость припоем.

Скорость осаждения никеля — 12,5-17,0 мк/час. Толщина слоя золота минимум 0,05мкм

Какое паяемое покрытие в настоящее время делают для печатных плат поверхностного монтажа? В 1993 году наиболее широко использовалась обработка припоем с выравниванием горячим воздухом — 24%, традиционное оплавление припоя −22%. Золото поверх никеля применялось у 17% изготовителей, а органические покрытия у 5% изготовителей. С точки зрения объема плат или квадратных дюймов производимых плат наиболее часто применяется лужение с выравниванием горячим воздухом — 69%, традиционное оплавление олово/свинца −26%.

Высокая надежность печатных плат может быть обеспечена путем: оптимизации конструкции; оптимизации процессов изготовления; жесткого контроля материалов и процессов; испытания тест-свидетелей (тест-плат, тест-купонов); достоверной корреляцией надежности плат и результатов испытаний тест-свидетелей.

Источник