ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.05.2019
Просмотров: 647
Скачиваний: 2
Тема. Технология производства печатных плат
1 Технология изготовления рельефных печатных плат (РПП)
Конструкция и технология изготовления РПП существенно отличаются от традиционных
двухсторонних (ДПП) и многослойных (МПП) плат. Авторами большинства конструкций и
технологий РПП в нашей стране являются А.В. Богданов и Ю.А. Богданов.
РПП (рис.1) представляет собой диэлектрическое основание, в которое углублены медные
проводники, выполненные в виде металлизированных канавок, и сквозные металлизированные
отверстия, имеющие форму двух сходящихся конусов. Такие канавки и отверстия заполняются
припоем. Обычно РПП имеют два проводящих и один изоляционный слой.
Рисунок 1 – Рельефная ПП
Как видно из рис.2, элементы проводящего рисунка могут быть следующих видов:
прямолинейные проводники на первом и втором слоях;
переходные металлизированные отверстия (для электрического соединения элементов
рисунка на проводящих слоях);
сквозные монтажные металлизированные отверстия (для монтажа штыревых выводов
электронных компонентов;
металлизированные ламели (для монтажа планарных выводов электронных
компонентов;
глухие монтажные металлизированные отверстия (для монтажа планарных выводов
электронных компонентов, формованных для пайки встык).
Проводники прямолинейны и параллельны осям Х и У, что связано с особенностью
технологического оборудования изготовления канавок
Рисунок 2 – Элементы проводящего рисунка
Диаметр переходных металлизированных отверстий на поверхности диэлектрического
основания не превышает ширины проводника. При этом контактные площадки вокруг
переходных отверстий отсутствуют. Это обеспечивает возможность установки переходов в шаге
трассировки (в соседних дискретах трассировки) без всяких ограничений. Обычно трассировка
РПП проводится в строго ортогональной системе, что означает проведение горизонтальных
проводников на одном проводящем слое, а вертикальных проводников - на другом. Это
обеспечивает большие трассировочные возможности, чем при других системах, но при этом
появляется большое число переходов. Однако для РПП, в отличие от любых других, переходы
повышают, а не понижают надежность платы.
Основным параметром конструкции РПП, определяющим другие ее параметры, является
минимальный шаг трассировки minH. Здесь существенно использование переменного шага
трассировки.
На рис.3 приведены варианты используемых постоянных и переменных шагов трассировки
для РПП с микросхемами, имеющими следующие типы и шаги внешних выводов: штыревые -
2,5 мм, планарные - 1,25 мм и планарные - 1,0 мм.
Рисунок 3 – Варианты используемых постоянных и переменных шагов трассировки для РПП с
микросхемами
В таблице 1 приведены типовые значения конструктивных параметров РПП для min H рис
10.3. И таблицы видно, что особенностью РПП является их малая толщина по сравнению с ПП.
Это в сочетании с насыщенностью металлом диэлектрического основания обеспечивает
хорошую теплопроводность. Сечение меди в канавках обеспечивает погонное сопротивление 3-
3,5 Ом/м и предельный ток по проводнику 300-400 мА. Эти параметры следует принимать во
внимание при проектировании цепей питания, а так же сильноточных сигнальных цепей.
Таблица 1 – типовые значения конструктивных параметров РПП
min H, мм
L, мм
G, мм
D, мм
d, мм
M, мм
0,62
1,5
0,3
0,3
0,15
0,04
0,5
1,0
0,25
0,25
0,15
0,04
0,4
0,8
0,25
0,2
0,12
0,035
0,32
0,6
0,15
0,16
0,1
0,03
Малый шаг трассировки в сочетании с переходными отверстиями в шаге трассировки
обеспечивает высокие трассировочные возможности РПП.
Сравнение технологических и стоимостных характеристик рельефной и многослойной
печатной платы
Трассировочная способность
Плотность размещения элементов на РПП эквивалентна 6-8 слоям МПП. Например, между
выводами стандартного DIP корпуса можно проводить до 5 проводников. Высокая
трассировочная способность объясняется, в частности тем, что переходные отверстия могут
быть расположены в шаге проводников.
Электрические характеристики
Так как поперечное сечение проводника РПП имеет форму трапеции, то по постоянному
току его сопротивление в 1,5 раза меньше, чем у плоских проводников. Характеристики по
переменному току у РПП и МПП существенно не отличаются.
Механические характеристики
РПП - принципиально тонкая плата (0,8 мм). Поэтому для установки массивных элементов
или для плат большого размера требуется механическая арматура. Но, с другой стороны, РПП
очень устойчивы к изгибу. Для РПП не страшны прогибы до 40-50%.
РПП ничем не уступают по стойкости к воздействию внешних факторов традиционным
платам. Более того, металлизация РПП выполняется из химически однородной меди и для РПП
проблема контакта в области переходного отверстия отсутствует.
Изготовление РПП не предполагает какой-либо особенной подготовки производства
(фотошаблоны, матрицы). Время изготовления платы средней степени сложности составляет 48
часов. Стоимость РПП заметно ниже стоимости многослойных плат для малых серий до 100 -
1000 шт. Однако при увеличении количества стоимость снижается не столь существенно как для
многослойных или двусторонних плат. Поэтому изготовление партий РПП более 10000 должно
быть тщательно экономически обосновано.
Стоимостные характеристики
Изготовление рельефной заготовки методом фрезерования
Фрезерованем можно получить в заготовке канавки и ламели, а затем просверлить
переходные и монтажные отверстий. Эти операции можно проводить на двухкоординатном
фрезерно-сверлильном станке типа Bungard с использованием специальных резцов
Форма двух сходящихся конусов у переходных и монтажных отверстий получается после
сверления такими резцами в одной точке сначала с одной, а потом с другой стороны заготовки.
Весьма существенным является обеспечение минимальных биений специальных резцов при
фрезеровании и сверлении РЗ. Значительные биения приводят к искажению проводящего
рисунка и быстрой поломке резцов. Базирование заготовки на столе станка проводится по двум
базовым отверстиям и штифтам, жестко закрепленным на столе станка.
Один из наиболее распространенных методов изготовления РПП включает следующие
основные операции:
Очистка поверхности РП проводится для удаления «стружки» с фрезерованных и
сверленых участков и создания шероховатости пробельных участков РПП. Эта операция
обеспечивает равномерность последующей химической металлизации.
Химическое меднение обеспечивает покрытие всей заготовки (элементов рисунка и
пробельных мест) слоем меди толщиной 3-7 мкм. Гальваническое наращивание обеспечивает
увеличение толщины меди на заготовке до 25 - 40 мкм. При гальваническом наращивании
электрический потенциал должен подводиться ко всей поверхности. Это обеспечивается
предыдущей операцией химического меднения.
Нанесение защитного резиста – это покрытие всей поверхности металлизированной
заготовки жидкой спиртоканифольной смесью. Хорошая смачиваемость меди этой смесью
после испарения спирта создает равномерную канифольную пленку по всей поверхности
металлизированной РЗ, включая поверхности канавок и переходных отверстий.
Зернение обеспечивает удаление канифоли с пробельных мест будущей РП, причем
канифольная пленка остается во всех элементах проводящего рисунка. Операция зернения
обычно проводится в так называемых «зернильных установках» – вибрирующих бункерах, в
которые, кроме рельефной заготовки, помещены керамические шарики. Многочисленные удары
шариков по заготовке "оббивают" канифольную пленку с пробельных мест. Диаметр
керамических шариков выбирают таким, чтобы удары не могли "выбить" канифольную пленку
ни из одного элемента проводящего рисунка платы.
Последующее травление обеспечивает удаление медного покрытия с незащищенных
канифольной пленкой мест платы. Травление проводится в кислотных растворах, не
растворяющих канифоль.
Лужение проводящего рисунка проводят путем окунания заготовки в ванну с
расплавленным припоем. Поскольку стеклотекстолит (даже после зернения) не смачивается
припоем, а медный проводящий рисунок покрыт канифольной пленкой, являющейся флюсом
при пайке, то происходит выборочное покрытие припоем проводящего рисунка (аддитивная
составляющая процесса).
Модификация этого метода предусматривает предварительное меднение рельефной
заготовки и использование взамен канифольной пленки защитной краски. Краской покрывают
пробельные места, что позволяет осуществить локальное гальваническое наращивание меди
только в канавки и отверстия. После дополнительного гальванического осаждения
металлорезиста в рельеф, удаляют краску с пробельных мест и стравливаю медь с этих участков.
Монтаж элементов
Процесс монтажа элементов на РП существенно не отличается от стандартных процессов.
Возможен монтаж в отверстия и на поверхность с применением ручной пайки, пайки волной,
пайки в инфракрасных и конвекционных печах. Единственное, что нужно учесть при формовке
и установке элементов - это то, что монтажные ламели заглублены на 0,1 мм относительно
поверхности платы.
Компоненты с планарными выводами являются более компактными по габаритам, чем
со штыревыми выводами, расположенными по краям корпуса. Однако компоненты с
планарными выводами при типовой формовке выводов и установке на ПП требует значительных
площадей для расположения ламелей. Так, микросхема с 14-ю планарными выводами и
корпусом шириной 10мм (рис.4), имеет габарит установочного места 18 мм. Это объясняется
формовкой выводов, нижняя горизонтальная часть которых имеет длину 2,1 мм. Для рельефных
плат можно изменить формовку выводов таких микросхем так, как это показано на рисунке, и
проводить их установку в "глухие отверстия". "Глухие отверстия" имеют диаметр на
поверхности диэлектрика, равный ширине ламели. Такое конструктивное решение сокращает
площадь установочного места на 20-25%. Учитывая высокие трассировочные возможности РМ
это повышает степень интеграции компонентов на РП на 18-20%.
Рисунок 4 – Схема монтажа элементов
2 Механические операции при изготовлении ОПП, ДПП, МПП
Механическая обработка ПП включает раскрой листового материала на полосы,
получение из них заготовок, выполнение фиксирующих, технологических, переходных и
монтажных отверстий, получение чистового контура ПП. Размеры заготовок определяются
требованиями чертежа и наличием по всему периметру технологического поля, на котором
выполняются фиксирующие отверстия для базирования деталей в процессе изготовления и
тестовые элементы. При прессовании МПП на технологическом поле образуется зона
некачественной пропрессовки пакета, которая удаляется при обработке контура. Ширина
технологического поля не превышает 10 мм для ОПП и ДПП и 20-30 мм для МПП.
Малогабаритные платы размером до 100 мм размещают на групповой заготовке площадью не
менее 0,05 м
2
с расстоянием 5-10 мм между ними.
Выбор метода получения заготовок определяется типом производства. В
крупносерийном и массовом производстве раскрой листового материала осуществляют
штамповкой на кривошипных или эксцентриковых прессах с одновременной пробивкой фикси-
рующих отверстий на технологическом поле. Для уменьшения вероятности образования
трещин, сколов, расслоений и повышения точности обрабатываемый материал прижимают к
плоскости матрицы фольгированной стороной. Вырубку в штампах производят как в холодном,
так и в нагретом до 80-100 °С состоянии материала. Прогревают материал при получения
сложного контура ПП и его толщине свыше 2 мм.
Заготовки ПП в единичном и мелкосерийном производстве получают разрезкой на одно-
и многоножевых роликовых или гильотинных ножницах. Применяемые ножи должны быть
установлены параллельно друг другу с минимальным зазором 0,01-0,03 мм по всей длине реза.
Фиксирующие отверстия диаметром 4-6 мм выполняют штамповкой или сверлением с
высокой точностью (0,01-0,05 мм). Для сверления используют универсальные станки, в которых
точность достигается применением кондукторов, или специальное полуавтоматическое
оборудование, которое в одном цикле с обработкой пакета заготовок предусматривает
пневматическую установку штифтов, фиксирующих пакет. Сверление ведут спиральными
сверлами из быстрорежущей стали или твердых сплавов при скорости 30-50 м/мин и подаче
0,03-0,07 мм/об. Биение сверла при обработке не должно превышать 0,03 мм. Повышение
точности сверления фиксирующих отверстий достигается их развертыванием при скорости 10-
30 м/мин и ручной подаче инструмента.
Аналогичными методами выполняют и технологические отверстия, которые используют
для предотвращения смещения заготовок слоев МПП в процессе прессования, но к точности их
обработки не предъявляются такие жесткие требования, как к точности обработки
фиксирующих отверстий, по которым идет совмещение заготовок с фотошаблонами и
отдельных слоев в пакете.
Монтажные и переходные отверстия получают также штамповкой и сверлением.
Пробивку отверстий на универсальных или специальных штампах применяют в тех случаях,
когда отверстие в дальнейшем не подвергается металлизации и его диаметр не менее 1 мм.