Файл: Учебник по Технологии.pdf

Рисунок схемы на наружных сторонах платы и межслойные соединения в виде металлизированных отверстий между ними выполняются позитивным комбинированным методом.

Метод позволяет изготовлять многослойные печатные платы с количеством слоев не более четырех. Достоинствами его являются высокая надежность и простота изготовления плат. Недостатком метода является малое число слоев.

На платах, изготовленных данным методом, могут устанавливаться навесные элементы как с пленарными выводами, располагаемыми на контактных площадках внахлест, так и с осевыми выводами, устанавливаемыми в металлизированные отверстия.

Схематически процесс изготовления многослойной печатной платы методом попарного прессования можно изобразить следующим образом (рис. 43).

Рис. 43. Печатная плата, изготовленная методом попарного прессования:

1 – двусторонние печатные платы; 2 – диэлектрическая склеивающая прокладка; 3 – межслойные соединения

При изготовлении МПП данным методом после прессования необходимо обеспечить заполнение смолой всех металлизированных отверстий, так как в противном случае при травлении фольги с пробельных мест в наружных слоях может произойти разрушение межслойных соединений.

Недостаток данного метода – низкая производительность, невозможность выполнения большого числа слоев и получения высокой плотности монтажа.

Метод попарного прессования заключается в прессовании двух предварительно изготовленных двусторонних печатных плат 1

215

(см. рис. 43), переложенных диэлектрическими склеивающими прокладками 2. Межслойные соединения 3 выполняются сначала на каждой из плат по отдельности, а потом – металлизацией сквозных отверстий в спрессованном пакете. Количество слоев в таких платах равно четырем. Метод очень технологичен и надежен, но платы имеют малое количество слоев.

Метод послойного наращивания

Метод послойного наращивания заключается в последова-

тельном нанесении диэлектрика 1 (рис. 44) и соединительных проводников 2. Межслойные соединения осуществляются путем непосредственного контакта соединительных проводников соседних слоев между собой. В качестве диэлектрика используют изоляционный лак или эпоксидную смолу. Метод обладает высокой надежностью и позволяет получить высокую плотность монтажа. Платы содержат до пяти слоев и могут использоваться только для установки поверхностно монтируемых компонентов. Недостатком этого метода является большая трудоемкость, связанная с необходимостью строго выдерживать последовательность операций.

2

1

Рис. 44. Печатная плата, изготовленная методом послойного наращивания:

1 – диэлектрик; 2 – соединительные проводники

Метод послойного наращивания заключается в последовательном наклеивании (напрессовании) диэлектрика и выполнении печатного монтажа, повторяющихся по количеству слоев МПП. Для этого на заготовку фольги напрессовывается слой тонкого диэлектрика, перфорированного в местах межслойных соединений. В перфорированные отверстия на поверхность фольги осаждается медь, заполняющая их на толщину диэлектрика. На диэлектрик

216

осаждается слой меди, на котором выполняется рисунок схемы. Напрессование повторяется по количеству слоев (рис. 45). На последний слой рисунка напрессовывается сплошной слой диэлектрика.

в)

Рис. 45. Метод послойного наращивания:

а– б – изготовление диэлектрика прессованием стеклоткани, нанесение клея на поверхность диэлектрика, перфорирование диэлектрика;

в– напрессование первого слоя перфорированного диэлектрика на фольгу; г– д – выполнение контактных переходов, химическое и гальваническое

меднение поверхности диэлектрика; е– з – получение многослойной структуры путем многократного последовательного повторения предыдущих операций

При этом методе связь между слоями осуществляется с помощью целиком выращенных контактных площадок (столбиков меди), в которых могут быть просверлены отверстия для пайки выводов ЭРЭ.

Метод обладает высокой надежностью и обеспечивает наиболее высокую разрешающую способность по сравнению с другими, но трудоемок и длителен из-за невозможности проведения параллельных операций по изготовлению слоев.

При изготовлении МПП методом открытых контактных площадок путем травления фольгированных диэлектриков создаются отдельные слои платы, в которых сверлят отверстия, обеспечивающие доступ к контактным площадкам нижних слоев. Внутренние

217

соединения в самой плате образуются при пайке выводов элементов к различным слоям платы по открытым частям контактных площадок. При необходимости устанавливают дополнительные перемычки. Для повышения надежности МПП диаметры отверстий в слоях платы должны быть меньше, чем диаметры контактных площадок, над которыми они будут просверлены.

Метод выступающих выводов заключается в прессовании заготовок с нанесенным рисунком и перфорированными окнами, в которых располагаются выводы в виде полосок медной фольги, отгибаемых на наружную сторону готовой платы (рис. 46).

Рис. 46. Метод выступающих выводов:

а – заготовки фольги и стеклоткани; б – заготовки фольги и перфорированной стеклоткани; в – подготовленный комплект заготовок; г – стадии формирования рисунка печатного слоя; д – заготовки после травления медного рисунка;

е – этап прессования слоев платы; ж – выводы, выступающие за пределы или в отверстия, отгибаются на колодки и распаиваются

Для изготовления печатных слоев на фольгу напрессовывается слой стеклоткани с перфорированными окнами, размер которых зависит от габаритов устанавливаемых на них элементов, после чего на фольге выполняется рисунок печатного слоя. Склеивание

218

(прессование) всех слоев платы ведется одновременно. Выводы, выступающие из всех слоев платы, отгибаются на колодки, расположенные на наружной стороне платы.

Межслойные соединения в этом методе отсутствуют, и выводы элементов подсоединяются непосредственно к выводам платы, расположенным на колодках.

Метод открытых контактных площадок заключается в прессовании предварительно просверленных и протравленных слоев фольгированного диэлектрика 1 (рис. 47), переложенных диэлектрическим скрепляющим материалом (обычно это тонкая стеклоткань, пропитанная недополимеризованной эпоксидной смолой). Отверстия просверлены таким образом, что открывают доступ к контактным площадкам 2, расположенным в различных слоях. К ним затем припаиваются выводы компонентов. Такие платы содержат до шести слоев. Технологический метод очень прост в исполнении, но установка компонентов затрудняется глубиной отверстий. Метод пригоден для установки поверхностно монтируемых компонентов.

2

1

Рис. 47. Печатная плата, изготовленная методом открытых контактных площадок:

1 – фольгированный диэлектрик; 2 – контактные площадки

Для производства МПП применяют четыре основных метода: субтрактивный, субтрактивный с применением сверхтонкой фольги, аддитивный и полуаддитивный. Наиболее надежным при формировании переходов со слоя на слой в МПП является метод с использованием пистонов, штырей и т.д. Однако трудоемкость изготовления велика за счет необходимости индивидуальной обработки каждого отверстия.

Методы химико-гальванической металлизации переходных отверстий находят все большее распространение, обеспечивают наибольшую производительность, малый диаметр отверстий.

Недостаточная надежность переходов из слоя в слой связана прежде всего со сложностью и, в известной мере, непроизводительностью процессов химической металлизации полимерных материа-

219

лов. Значительная разница в коэффициентах линейного расширения (ТКЛР) материалов подложек и слоя меди приводит при различных температурах обработки к растрескиванию слоев, прежде всего в местах переходных отверстий (рис. 48).

Рис. 48. Зависимость ТКЛР материалов ПП от температуры:

1 – медь + эпоксид; 2 – полиимид; 3 – медь

Надежность переходных отверстий уменьшается с увеличением толщины полимерной платы и с уменьшением диаметра переходного отверстия (заусенцы при сверлении). Метод попарного прессования обеспечивает некоторое увеличение надежности переходных отверстий за счет повышения трудоемкости изготовления и снижения плотности коммутации ввиду отсутствия прямой связи между отдельными слоями и увеличения размеров контактных площадок в местах переходных отверстий. Для увеличения плотности коммутации в субтрактивном методе все чаще используется «тонкая» и «сверхтонкая» (9 и 5 мкм) фольга. Это позволяет резко уменьшить боковое подтравливание линий, равное толщине слоя меди, и создавать ПП с линией 125–250 мкм. Однако производство тонкой фольги еще очень трудоемко и дорого. Поэтому для получения линий в 125–250 мкм используют аддитивные и полуаддитивные ТП. В полуаддитивном процессе слой меди толщиной 2–2,5 мкм осаждается на ничем не покрытую подложку с просверленными отверстиями, а гальваническое усиление ведется избирательно. В аддитивном процессе как предварительная, так и последующая металлизация проводится избирательно, что в принципе исключает подтравливание линий коммутации (хотя не исключает боковое «разрастание» линий, уменьшающее зазоры).

220

Из-за большой трудоемкости аддитивных ТП они применяются реже. Для избирательного создания рисунка на платах дополнительно наносится либо некаталитическая адгезионная пленка, либо окись титана, а затем – активатор (чаще на основе солей меди или палладия). Плотность коммутации в гораздо большей степени определяется диаметром переходных отверстий и контактных площадок. Необходимо указать, что минимальный диаметр переходных отверстий МПП, изготовленных субтрактивным и аддитивным методами, практически одинаков.

3.8. Перспективные и новые технологии производства печатных плат

3.8.1. Прямая металлизация

Рассмотрим более подробно перспективные и новые конст- руктивно-технологические направления развития производства ПП: прямую металлизацию, гибкие и гибко-жесткие ПП, а также ПП с микропереходами.

В настоящее время в мире менее 50 % ПП изготовлены с использованием стандартного химического меднения в технологии металлизации сквозных отверстий. Оставшаяся часть плат наиболее вероятно произведена с применением одной из следующих технологий:

1)металлизацией, которая устраняет медь химмеднения и использует только металлы электроосаждения (прямая метализация);

2)химическим меднением (полное формирование меди) в частично аддитивном процессе. Этот процесс разработан для удовлетворения растущего спроса на высокоплотные ПП, применяемые с поверхностным монтажом.

Технология металлизации сквозных отверстий, основанная на стандартном химическом меднении, была выбрана в начале 60-х гг. Метод химического меднения оценивается как наиболее надежный для изготовления ПП. Дополнительные новшества гарантируют, что химическое меднение еще долгое время будет основной технологией.

Бестоковая технология была внедрена, когда регулирующие стандарты, относящиеся к окружающей среде, были менее строги-

221

ми. В дальнейшем контакты рабочих с опасными веществами (типа формальдегида) были ограничены. Промышленность ищет решение проблем безопасности, поэтому альтернативные методы металлизации будут использоваться рядом производителей.

Прямая металлизация, которая имела умеренный успех в последние пять лет, помогает решить проблемы, свойственные основанным на химическом меднении процессам металлизации, устраняя медь химического меднения полностью. Для обеспечения электрической проводимости, необходимой для последующего электроосаждения на стенки отверстия, используется один из трех способов покрытия: технология, основанная на углероде; процессы, основанные на проводящих полимерах; коллоидные системы, содержащие драгоценный металл.

Каждым из перечисленных методов базисное электропроводное покрытие наносится прежде всего на смолу и стеклянные волокна подложек, но не на медь базового материала. Поскольку на наружных слоях медной фольги и на меди внутренних слоев никакого покрытия не остается, возможность разделения «медь к меди» или пузырения значительно уменьшена. Металлизированное соединение осаждается гальванически, без создания промежуточного тонкого медного слоя (отсюда термин – « прямая металлизация»).

Коллоидные системы, содержащие драгоценный металл, дают самый лучший вариант стандартной металлизации сквозных отверстий. Этот вариант приемлем при применении горизонтального оборудования для производства ПП. С высокой надежностью он может использоваться в стандартном процессе при наличии ресурсов автоматизации. Этот метод особенно привлекателен для производителей, которые хотят использовать прямую металлизацию для части изделий, сохраняя стандартное химическое меднение – для остальных.

3.8.2. Гибкие печатные платы

Гибкие печатные платы (ГПП) могут решать многие специфические проблемы конструирования электронной аппаратуры. Имеющиеся примеры эффективного применения ГПП в разных изделиях являются убедительным подтверждением перспективности реализации связей в электронных узлах с помощью ГПП.

Согласно стандарту ГОСТ 20406–75 « Печатные платы. Термины и определения» ГПП – это «печатная плата, имеющая гибкое

222