От какъв материал са направени дъските? Материали за печатни платки. Проблеми на технологията на промишленото производство

Физични и механични свойстваматериалите трябва да отговарят на установените спецификации и да осигуряват висококачествено производство на печатни платки в съответствие със стандартните технически спецификации. За производството на платки се използват слоести пластмаси - фолийни диелектрици, покрити с електролитно медно фолио с дебелина 5, 20, 35, 50, 70 и 105 микрона с чистота на медта най-малко 99,5%, грапавост на повърхността най-малко 0,4 –0,5 микрона, които се доставят под формата на листове с размери 500×700 mm и дебелина 0,06–3 mm. Ламинираните пластмаси трябва да имат висока химическа и термична устойчивост, абсорбция на влага не повече от 0,2-0,8% и да издържат на термичен удар (260 ° C) за 5-20 s. Повърхностно съпротивление на диелектрици при 40°C и относителна влажност 93% в рамките на 4 дни. трябва да бъде поне 10 4 MOhm. Специфичното обемно съпротивление на диелектрика е не по-малко от 5·10 11 Ohm·cm. Силата на адхезия на фолиото към основата (3mm широка лента) е от 12 до 15 MPa. Използва се като основа в ламинирани пластмаси гетинакс , което представлява компресирани слоеве от електроизолационна хартия, импрегнирана с фенолна смола; ламинатите от фибростъкло са компресирани слоеве от фибростъкло, импрегнирани с епоксифенолна смола, и други материали (Таблица 2.1).

Таблица 2.1. Основни материали за изработка на платки.

Getinax, притежаващ задоволителни електроизолационни свойства при нормални климатични условия, добра технологичност и ниска цена, намери приложение в производството на битова електронна техника. За печатни платки, работещи в трудни климатични условия с широк диапазон от работни температури (–60...+180°C) като част от електронно-изчислително оборудване, комуникационно оборудване и измервателно оборудване, се използват по-скъпи стъклени текстолити. Отличават се с широк диапазон от работни температури, ниски (0,2 - 0,8 %) водопоглъщане, високи стойности на обемно и повърхностно съпротивление, устойчивост на деформация. Недостатъци - възможността за отлепване на фолиото поради термични удари, обгръщащи смолата при пробиване на отвори. Увеличаването на огнеустойчивостта на диелектриците (GPF, GPFV, SPNF, STNF), използвани в захранващите устройства, се постига чрез въвеждане на забавители на огъня в техния състав (например тетрабромодифенилпропан).

За производството на фолийни диелектрици се използват главно електролитни методи. Медно фолио, чиято една страна трябва да има гладка повърхност(не по-нисък от осми клас на чистота) за осигуряване на точно възпроизвеждане на печатната платка, а другата трябва да е грапава с височина на микронеравностите минимум 3 микрона за добро сцепление с диелектрика. За целта фолиото се подлага на електрохимично окисление в разтвор на натриев хидроксид. Фолирането на диелектрици се извършва чрез пресоване при температура 160–180 ° C и налягане 5–15 MPa.

Керамичните материали се характеризират с висока механична якост, която леко варира в температурния диапазон 20–700°C, стабилност на електрически и геометрични параметри, ниско (до 0,2%) водопоглъщане и отделяне на газ при нагряване във вакуум, но са крехки и имат висока цена.

Като метална основадъските използват стомана и алуминий. На стоманени основи изолацията на тоководещите зони се извършва с помощта на специални емайли, които включват оксиди на магнезий, калций, силиций, бор, алуминий или техни смеси, свързващо вещество (поливинилхлорид, поливинилацетат или метилметакрилат) и пластификатор. Фолиото се нанася върху основата чрез навиване между валяци, последвано от изгаряне. Чрез анодно оксидиране се получава изолационен слой с дебелина от няколко десетки до стотици микрометра с изолационно съпротивление 10 2 – 10 3 MOhm върху алуминиевата повърхност. Топлопроводимостта на анодизирания алуминий е 200 W/(m K), а тази на стоманата е 40 W/(m K). Неполярни (флуоропласт, полиетилен, полипропилен) и полярни (полистирол, полифенилен оксид) полимери се използват като основа за микровълнов PP. За производството на микроплатки и микровъзли в микровълновия диапазон се използват и керамични материали със стабилни свойства. Електрически характеристикии геометрични параметри.

Полиамидното фолио се използва за производството на гъвкави платки с висока якост на опън, химическа устойчивост и устойчивост на огън. Има най-висока температурна стабилност сред полимерите, тъй като не губи гъвкавост от температурите на течния азот до температурите на евтектично спояване на силиций със злато (400°C). В допълнение, той се характеризира с ниско отделяне на газ във вакуум, радиационна устойчивост и липса на обвиване по време на пробиване. Недостатъци - повишена водопоглъщаемост и висока цена.

Оформяне на чертеж на диаграма.

Изчертаването на шаблон или защитен релеф с необходимата конфигурация е необходимо при извършване на процеси на метализация и ецване. Чертежът трябва да има ясни граници с точно възпроизвеждане на фини линии, да е устойчив на ецващи разтвори, да не замърсява платки и електролити и да може лесно да се отстранява след изпълнение на функциите си. Прехвърляне на чертеж монтаж на печатна схемавърху диелектрик от фолио се извършва чрез методи на гридография, офсетов печат и фотопечат. Изборът на метод зависи от дизайна на платката, необходимата точност и плътност на монтажа и серийното производство.

Гридографски методчертането на диаграма е най-рентабилно за маса и мащабно производствоплатки с минимална ширина на проводниците и разстояние между тях > 0,5 mm, точност на възпроизвеждане на изображението ±0,1 mm. Идеята е върху плоскостта да се нанесе специална киселинноустойчива боя, като се притисне с гумена шпатула (ракел) през мрежест шаблон, в който се оформя необходимата шарка от отворени мрежести клетки (фиг. 2.4).

За да направите шаблон, използвайте метална мрежаот неръждаема стомана с дебелина на телта 30–50 микрона и честота на тъкане 60–160 нишки на 1 cm, метализирано найлоново влакно, което има по-добра еластичност, с дебелина на нишката 40 микрона и честота на тъкане до 200 нишки на 1 см, както и от полиестерни влакна и найлон

Един от недостатъците на мрежата е, че се разтяга при многократна употреба. Най-издръжливи са мрежите от неръждаема стомана (до 20 хиляди отпечатъка), метализирани пластмаси (12 хиляди), полиестерни влакна (до 10 хиляди), найлон (5 хиляди).

Ориз. 2.4. Принципът на ситопечат.

1 – чистачка; 2 – шаблон; 3 – боя; 4 – основа.

Изображението върху мрежата се получава чрез експониране на течен или сух (филм) фоторезист, след проявяване на който се образуват отворени (без шарки) клетки на мрежата. Шаблонът в рамката на мрежата се монтира на разстояние 0,5–2 mm от повърхността на дъската, така че контактът на мрежата с повърхността на дъската да е само в зоната, където мрежата се натиска с чистачка. Ракелът е правоъгълна заострена лента от гума, монтирана по отношение на основата под ъгъл 60–70°.

За получаване на PP модел се използват термореактивни бои ST 3.5;

ST 3.12, които се сушат или в нагревателен шкаф при температура 60°C за 40 минути, или на въздух за 6 часа, което удължава процеса на скринингография. По-технологични са фотополимерните състави EP-918 и FKP-TZ с ултравиолетово втвърдяване за 10–15 s, което е решаващ фактор за автоматизиране на процеса. При еднократно нанасяне зеленото покритие е с дебелина 15–25 микрона, възпроизвежда шарка с ширина на линията и празнини до 0,25 mm, издържа на потапяне в разтопен припой POS-61 при температура 260°C до 10 s, излагане на алкохолно-бензинова смес до 5 минути и термоциклиране в температурен диапазон от – 60 до +120 °C. След нанасяне на дизайна дъската се изсушава при температура 60 ° C за 5–8 минути, качеството се контролира и, ако е необходимо, се ретушира. Извършва се премахване на защитната маска след ецване или метализиране химичен методв 5% разтвор на натриев хидроксид за 10-20 s.

Таблица 2.2. Оборудване за ситопечат.

За ситопечат се използва полуавтоматично и автоматично оборудване, което се различава по формат на печат и производителност (Таблица 2.2). Автоматичните линии за ситопечат на Chemcut (САЩ), Resco (Италия) разполагат с автоматични системи за подаване и монтиране на дъски, движение на ракела и подаване на съпротивление. За сушене на резиста се използва инфрачервена пещ тип тунел.

Офсетов печатизползва се за широкомащабно производство на печатни платки с малък набор от схеми. Разделителната способност е 0,5–1 mm, точността на полученото изображение е ±0,2 mm. Същността на метода е, че боята се навива в клишето, което носи изображението на веригата (печатни проводници, контактни площадки). След това се отстранява с офсетов валяк с гумено покритие, пренася се върху изолираща основа и се изсушава. Клишето и основата на дъската са разположени една зад друга върху основата на офсетовата машина (фиг. 2.5)

Фиг.2.5. Схема за офсетов печат.

1 – офсетна ролка; 2 – клише; 3 – дъска;

4 – валяк за нанасяне на боя; 5 – притискаща ролка.

Точността на печат и остротата на контурите се определят от успоредността на ролката и основата, вида и консистенцията на боята. С едно клише можете да правите неограничен брой отпечатъци. Производителността на метода е ограничена от продължителността на осцилаторния цикъл (нанасяне на боя - трансфер) и не надвишава 200–300 отпечатъка на час. Недостатъци на метода: продължителността на процеса на производство на клишето, трудността при промяна на модела на веригата, трудността при получаване на непорести слоеве, високата цена на оборудването.

Фотографски методчертането на шаблон ви позволява да получите минимална ширина на проводниците и разстояния между тях от 0,1–0,15 mm с точност на възпроизвеждане до 0,01 mm. От икономическа гледна точка този метод е по-малко рентабилен, но позволява максимална разделителна способност на шаблона и следователно се използва в дребномащабно и масово производство при производството на високоплътни и прецизни плоскости. Методът се основава на използването на фоточувствителни състави, наречени фоторезисти , които трябва да притежават: висока чувствителност; с висока резолюция; хомогенен, непорест слой по цялата повърхност с висока адхезия към материала на плоскостта; устойчивост на химически влияния; лекота на приготвяне, надеждност и безопасност на употреба.

Фоторезистите се делят на негативни и позитивни. Негативни фоторезистипод въздействието на радиация образуват защитни релефни зони в резултат на фотополимеризация и втвърдяване. Осветените зони спират да се разтварят и остават на повърхността на субстрата. Позитивни фоторезистипредаване на изображението на фотомаската без промени. При лека обработка откритите участъци се разрушават и измиват.

За да се получи модел на верига, когато се използва отрицателен фоторезист, експозицията се прави през негатив, а положителният фоторезист се експонира през положителен. Положителните фоторезисти имат по-висока разделителна способност, което се обяснява с разликите в абсорбцията на радиация от фоточувствителния слой. Разделителната способност на слоя се влияе от дифракционното огъване на светлината по ръба на непрозрачния елемент на шаблона и отражението на светлината от субстрата (фиг. 2.6, А).

Фиг.2.6. Експониране на фоточувствителния слой:

а – експозиция; б – негативен фоторезист; в – положителен фоторезист;

1 – дифракция; 2 – разпръскване; 3 – отражение; 4 – шаблон; 5 – съпротивление; 6 – подложка.

В отрицателния фоторезист дифракцията не играе забележима роля, тъй като шаблонът е плътно притиснат към резиста, но в резултат на отражението се появява ореол около защитните зони, което намалява разделителната способност (фиг. 2.6, б).В положителния резист слой, под въздействието на дифракция, само горната част на резиста под непрозрачните зони на фотомаската ще бъде унищожена и измита по време на проявяването, което ще има малък ефект върху защитни свойстваслой. Светлината, отразена от субстрата, може да причини известно разрушаване на съседната зона, но проявителят не измива тази област, тъй като под въздействието на адхезивни сили слоят ще се премести надолу, образувайки отново ясен ръб на изображението без ореол (фиг. 2.6, V).

Понастоящем в промишлеността се използват течни и сухи (филмови) фоторезисти. Течни фоторезисти– колоидни разтвори на синтетични полимери, по-специално поливинилалкохол (PVA). Наличието на хидроксилната група ОН във всяка връзка на веригата определя високата хигроскопичност и полярност на поливиниловия алкохол. Когато амониев дихромат се добави към воден разтвор на PVA, последният се "сенсибилизира". Фоторезист на основата на PVA се нанася върху предварително подготвената повърхност на плочата чрез потапяне на детайла, изливане и след това центрофугиране. След това слоевете фоторезист се сушат в нагревателен шкаф с циркулация на въздуха при температура 40°C за 30–40 минути. След експониране фоторезистът се проявява в топла вода. За да се увеличи химическата устойчивост на фоторезист на основата на PVA, се използва химическо дъбене на PP модела в разтвор на хромов анхидрид и след това термично дъбене при температура 120 ° C за 45-50 минути. Дъбене (отстраняване) на фоторезиста се извършва за 3–6 s в разтвор следващ състав:

– 200–250 g/l оксалова киселина,

– 50–80 g/l натриев хлорид,

– до 1000 ml вода с температура 20 °C.

Предимствата на фоторезиста на основата на PVA са ниска токсичност и опасност от пожар, разработване с използване на вода. Неговите недостатъци включват ефекта на тъмно дъбене (следователно срокът на годност на заготовките с нанесен фоторезист не трябва да надвишава 3–6 часа), ниска киселинна и алкална устойчивост, трудността при автоматизиране на процеса на получаване на модел, сложността на подготовката на фоторезиста и ниска чувствителност.

Подобрени свойства на течните фоторезисти (елиминиране на тен, повишена киселинна устойчивост) се постигат във фоторезист на базата на цинамат. Фоточувствителният компонент на този тип фоторезист е поливинил цинамат (PVC), продукт от реакцията на поливинил алкохол и хлорид на канелената киселина. Разделителната му способност е приблизително 500 линии/mm, проявяването се извършва в органични разтворители - трихлоретан, толуен, хлоробензен. За интензифициране на процеса на проявяване и отстраняване на PVC фоторезист се използват ултразвукови вибрации. Дифузията в ултразвуково поле се ускорява значително поради акустичните микропотоци и получените кавитационни мехурчета, когато се свиват, откъсват части от фоторезиста от дъската. Времето за разработка е намалено до 10 s, т.е. 5–8 пъти в сравнение с конвенционалната технология. Недостатъците на PVC фоторезиста включват неговата висока цена, използването на токсични органични разтворители. Поради това PVC резистите не са намерили широко приложение в производството на печатни платки, а се използват главно в производството на ИС.

Фоторезистите на базата на диазо съединения се използват главно като положителни. Фоточувствителността на диазосъединенията се дължи на наличието в тях на групи, състоящи се от два азотни атома N2 (фиг. 2.7).

Фиг.2.7. Молекулни връзки в структурата на диазо съединения.

Сушенето на слоя фоторезист се извършва на два етапа:

– при температура 20°C за 15–20 минути, за да се изпарят летливите компоненти;

– в термостат с циркулация на въздуха при температура 80 ° C за 30–40 минути.

Проявителите са разтвори на тринатриев фосфат, сода и слаби основи. Фоторезистите FP-383, FN-11 на базата на диазо съединения имат разделителна способност 350–400 линии / mm, висока химическа устойчивост, но цената им е висока.

Сух филм фоторезистиМарките Riston са разработени за първи път през 1968 г. от Du Pont (САЩ) и имат дебелина 18 микрона (червено), 45 микрона (синьо) и 72 микрона (рубинено). Сух филм фоторезист SPF-2 се произвежда от 1975 г. в дебелини от 20, 40 и 60 микрона и е полимер на основата на полиметилметакрилат 2 (фиг. 2.8), разположен между полиетилен 3 и лавсан / филми с дебелина 25 микрона всеки.

Фиг.2.8. Структура на сух фоторезист.

Издадено в ОНД следните видовефоторезисти със сух филм:

– проявени в органични вещества – SPF-2, SPF-AS-1, SRF-P;

– водно-алкален – SPF-VShch2, TFPC;

– повишена надеждност – SPF-PNShch;

– защитни – SPF-Z-VЩ.

Преди търкаляне върху повърхността на PP основата защитно фолиоСухият фоторезист се отстранява от полиетилен и се нанася върху дъската с помощта на ролков метод (обшивка, ламиниране) при нагряване до 100°C със скорост до 1 m/min с помощта на специално устройство, наречено ламинатор. Сухият резист полимеризира под въздействието на ултравиолетово лъчение, максимумът на спектралната му чувствителност е в областта от 350 nm, поради което за експозиция се използват живачни лампи. Проявата се извършва в струйни машини в разтвори на метилхлорид и диметилформамид.

SPF-2 е фоторезист със сух филм, подобен по свойства на фоторезиста Riston, може да се обработва както в кисела, така и в алкална среда и се използва във всички методи за производство на DPP. При използването му е необходимо да запечатате проявителното оборудване. SPF-VShch има по-висока разделителна способност (100–150 линии/mm), устойчив е на кисела среда, обработени в алкални разтвори. Съставът на фоторезиста TFPC (в полимеризиращия състав) включва метакрилова киселина, която подобрява експлоатационни характеристики. Не изисква термична обработка на защитния релеф преди галванично покритие. SPF-AS-1 ви позволява да получите PP модел, като използвате както субтрактивни, така и адитивни технологии, тъй като е устойчив както в кисела, така и в алкална среда. За да се подобри адхезията на фоточувствителния слой към медния субстрат, в състава се въвежда бензотриазол.

Използването на сух фоторезист значително опростява процеса на производство на печатни платки и увеличава добива на подходящи продукти от 60 до 90%. при което:

– операциите по сушене, щавене и ретуширане, както и замърсяване и нестабилност на слоевете са изключени;

– осигурява се защита на метализирани отвори от изтичане на фоторезист;

- е постигнат висока автоматизацияи механизация на процеса на производство на печатни платки и контрол на изображението.

Инсталация за нанасяне на сух филм фоторезист - ламинатор (фиг. 2.9) се състои от ролки 2, такси за подаване 6 и притискане на фоторезиста към повърхността на детайлите, ролки 3 И 4 за премахване на защитното полиетиленово фолио, макара с фоторезист 5, нагревател 1 с термостат.

Фиг.2.9. Диаграма на ламинатора.

Скоростта на движение на заготовката на дъската достига 0,1 m/s, температурата на нагревателя е (105 ±5) °C. Конструкцията на инсталацията ARSM 3.289.006 NPO Raton (Беларус) осигурява постоянна сила на натиск, независимо от монтираната междина между нагревателните ролки. Максималната ширина на PP детайла е 560 mm. Характеристика на валцуването е опасността от попадане на прах под слоя фоторезист, така че инсталацията трябва да работи в херметична зона. Навитото фоторезистно фолио се съхранява най-малко 30 минути преди излагане на пълни процеси на свиване, което може да причини изкривяване на шаблона и да намали адхезията.

Развитието на модела се осъществява в резултат на химичното и механичното действие на метилхлороформа. Оптималното време за проявяване се приема като 1,5 пъти по-дълго от необходимото за пълно премахване на SPF без тен. Качеството на операцията по проявяване зависи от пет фактора: време за проявяване, температура на проявяване, налягане на проявителя в камерата, замърсяване на проявяващия гел и степен на окончателно изплакване. Тъй като разтвореният фоторезист се натрупва в проявителя, скоростта на проявяване се забавя. След проявяване платката трябва да се измие с вода до пълното отстраняване на всички остатъци от разтворителя. Продължителността на операцията по проявяване на SPF-2 при температура на проявителя 14–18 ° C, налягане на разтвора в камерите 0,15 MPa и скорост на конвейера 2,2 m/min е 40–42 s.

Отстраняването и проявяването на фоторезиста се извършва в мастилено-струйни машини (GGMZ.254.001, ARSMZ.249.000) в метиленхлорид. Това е силен разтворител, така че операцията по отстраняване на фоторезиста трябва да се извърши бързо (в рамките на 20–30 s). Инсталациите осигуряват затворен цикъл за използване на разтворители, като след напояване на плочите разтворителите влизат в дестилатора, след което чистите разтворители преминават към повторна употреба.

Излагането на фоторезист е предназначено да инициира фотохимични реакции в него и се извършва в инсталации, които имат източници на светлина (сканиращи или стационарни) и работят в ултравиолетовата област. За да се осигури плътно прилепване на фотомаските към заготовките на дъската, се използват рамки, където се създава вакуум. Експозиционната инсталация SKTSI.442152.0001 NPO "Raton" с работно поле от товарни рамки 600×600 mm осигурява производителност от 15 табла / час. Време на излагане на живачна лампа ДРШ-1000 1–5 минути. След излагането, за да завърши тъмната фотохимична реакция, е необходимо излагане на стайна температура за 30 минути, преди да се отстрани защитното фолио от Mylar.

Недостатъците на сухия фоторезист са необходимостта от прилагане на механична сила по време на валцуване, което е неприемливо за стъклокерамични субстрати, и проблемът с рециклирането на твърди и течни отпадъци. На всеки 1000 m 2 материал се генерират до 40 kg твърди и 21 kg течни отпадъци, чието обезвреждане е екологичен проблем.

За да се получи проводим модел върху изолационна основа, както чрез гридографски, така и чрез фотохимични методи, е необходимо да се използват фотомаски, които са графично изображение на модела в мащаб 1: 1 върху фотографски плаки или филм. Фотомаските се изработват в позитив при изграждане на проводими участъци върху лентите и в негатив при получаване на проводими участъци чрез ецване на мед от празнини.

Геометричната точност и качество на PP модела се осигуряват преди всичко от точността и качеството на фотомаската, която трябва да притежава:

– контрастно черно-бяло изображение на елементи с ясни и равномерни граници с оптична плътност на черните полета най-малко 2,5 единици, прозрачни области не повече от 0,2 единици, измерени на денситометър тип DFE-10;

– минимални дефекти на изображението (тъмни точки в бели полета, прозрачни точки в черни полета), които не надвишават 10–30 µm;

– точност на конструктивните елементи ±0,025 мм.

В по-голяма степен на изброените изисквания отговарят висококонтрастните фотоплаки и филми „Mikrat-N” (СССР), фотоплаки като FT-41P (СССР), RT-100 (Япония) и Agfalit (Германия).

Понастоящем се използват два основни метода за получаване на фотомаски: фотографирането им от фотографски оригинали и изчертаването им със светлинен лъч върху фотолента с помощта на програмно управлявани координатографи или лазерен лъч. При изработката на фотооригинали PP дизайнът се изработва в увеличен мащаб (10:1, 4:1, 2:1) върху материал с ниска свиваемост чрез рисуване, направа на апликации или изрязване на емайл. Методът на нанасяне включва залепване на предварително подготвени стандартни елементи върху прозрачна основа (лавсан, стъкло и др.). Първият метод се характеризира с ниска точност и висока трудоемкост, поради което се използва главно за прототипни платки.

Рязането на емайл се използва за PP с висока плътност на монтаж. За да направите това, полираното листово стъкло е покрито с непрозрачен слой емайл, а изрязването на дизайна на веригата се извършва с помощта на ръчно управляван координатограф. Точността на модела е 0,03–0,05 mm.

Изработеният фотооригинал се заснема с необходимото намаление върху висококонтрастна фотоплака с фоторепродукционни печатни камери РР-12, ЕМ-513, Klimsch (Германия) и се получават фотомаски, които могат да бъдат контролни и работни. За тиражиране и производство на работни, единични и групови фотомаски се използва методът на контактен печат от негативно копие на контролната фотомаска. Операцията се извършва на мултипликатор модел ARSM 3.843.000 с точност ±0.02 mm.

Недостатъците на този метод са високата трудоемкост на получаването на фотографски оригинал, което изисква висококвалифициран труд и трудността равномерно осветлениефото оригинали с голяма площ, което намалява качеството на фотомаските.

Нарастващата сложност и плътност на PP шаблоните и необходимостта от увеличаване на производителността на труда доведоха до разработването на метод за производство на фотомаски с помощта на сканиращ лъч директно върху фотографски филм. Разработени са координатни машини с програмно управление за производство на фотомаска с помощта на светлинен лъч. С преминаването към машинно проектиране на табла необходимостта от изготвяне на чертеж изчезва, тъй като перфорираната хартиена лента с координатите на проводниците, получени от компютъра, се въвежда в четящото устройство на координатографа, върху което автоматично се създава фотомаската.

Координатографът (фиг. 2.10) се състои от вакуумна маса 8, на който са монтирани филма, фото главите и блока за управление /. Масата се движи с висока точност в две взаимно перпендикулярни посоки с помощта на прецизни водещи винтове 9 и 3,които се задвижват от стъпкови двигатели 2 И 10. Фотоглавата включва осветителя 4, система за фокусиране 5, кръгла диафрагма 6 и фотозатвор 7. Диафрагмата има набор от отвори (25–70), образуващи определен елемент от PP модела, и е фиксирана върху вала на стъпковия двигател. В съответствие с работната програма сигналите от блока за управление се подават към стъпковите двигатели на задвижването на масата, диафрагмата и към осветителя. Съвременните координатографи (Таблица 5.4) са оборудвани със системи за автоматично поддържане на постоянен светлинен режим, извеждайки информация за фотомаски от компютъра върху филм в мащаб 1: 2; 1:1; 2:1; 4:1.

Ориз. 5.10. Координатографска диаграма.

Печатна електронна платка

Печатна платка с монтирани върху нея електронни компоненти.

Гъвкава печатна платка с монтирани обемни и повърхностни части за монтаж.

Чертеж на платка в CAD програма и готова платка

устройство

Също така основата на печатни платки може да бъде метална основа, покрити с диелектрик (например анодизиран алуминий), върху диелектрика се нанася медно фолио на релсите. Такива печатни платки се използват в силовата електроника за ефективно отвеждане на топлината от електронни компоненти. В този случай металната основа на платката е закрепена към радиатора.

Материалът, използван за печатни платки, работещи в микровълновия диапазон и при температури до 260 °C, е флуоропласт, подсилен с фибростъкло (например FAF-4D) и керамика.

• ГОСТ 2.123-93 една системапроектна документация. Пълнота на конструкторската документация за печатни платки в компютърно проектиране.
• GOST 2.417-91 Единна система за конструкторска документация. Печатни платки. Правила за изпълнение на чертежи.

Други стандарти за печатни платки:

• ГОСТ Р 53386-2009 Печатни платки. Термини и дефиниции.
• ГОСТ Р 53429-2009 Печатни платки. Основни конструктивни параметри. Този GOST определя класовете на точност на печатните платки и съответните геометрични параметри.

Типичен процес

Нека да разгледаме типичен процес за разработване на платка от готова електрическа схема:

• Превод на електрическа схема в CAD база данни за печатни платки. Предварително се определят чертежите на всеки компонент, местоположението и предназначението на щифтовете и т. н. Обикновено се използват готови библиотеки от компоненти, предоставени от разработчиците на CAD.
• Консултирайте се с бъдещия производител на печатната платка за нейните технологични възможности (налични материали, брой слоеве, клас на точност, допустими диаметри на отворите, възможност за покрития и др.).
• Определяне на дизайна на печатната платка (размери, точки на монтаж, допустими височини на компонентите).
  • Начертаване на размери (ръбове) на платката, изрези и отвори, зони, където е забранено поставянето на компоненти.
  • Разположение на структурно свързани части: конектори, индикатори, бутони и др.
  • Избор на материал на платката, брой слоеве метализация, дебелина на материала и дебелина на фолиото (най-често се използва фибростъкло с дебелина 1,5 мм с дебелина на фолиото 18 или 35 микрона).
• Извършете автоматично или ръчно поставяне на компоненти. Обикновено те се опитват да поставят компоненти от едната страна на платката, тъй като монтажните части от двете страни са значително по-скъпи за производство.
• Стартирайте инструмента за проследяване. Ако резултатът е незадоволителен, компонентите се препозиционират. Тези две стъпки често се изпълняват десетки или стотици пъти подред. В някои случаи проследяването на PCB (маршрутизиране писти) се произвежда изцяло или частично на ръка.
• Проверка на таблото за грешки ( DRC, Проверка на правилата за проектиране): проверка за пропуски, късо съединение, припокриващи се компоненти и др.
• Експортирайте файла във формат, приет от производителя на печатни платки, като Gerber.
• Изготвяне на придружаваща бележка, която като правило посочва вида на фолийния материал, диаметрите на пробиване на всички видове отвори, вида на отворите (затворени с лак или отворени, калайдисани), областите на галваничните покрития и техния тип, цвета на маската за запояване , необходимостта от маркиране, метод на разделяне на дъските (фрезоване или начертаване) и др.

производство

PP може да бъде произведен чрез адитивни или субтрактивни методи. При адитивния метод проводящ модел се формира върху материал без фолио чрез химическо медно покритие чрез защитна маска, предварително нанесена върху материала. При субтрактивния метод върху фолийния материал се формира проводящ модел чрез премахване на ненужните участъци от фолиото. В съвременната индустрия се използва изключително субтрактивният метод.

Целият процес на производство на печатни платки може да бъде разделен на четири етапа:

• Производство на заготовки (фолиен материал).
• Обработка на детайла за получаване на желания електрически и механичен вид.
• Монтаж на компоненти.
• Тестване.

Често производството на печатни платки се отнася само до обработката на детайла (фолиен материал). Типичен процес за обработка на фолиен материал се състои от няколко етапа: пробиване на отвори, получаване на модел на проводник чрез отстраняване на излишното медно фолио, покритие на отворите, нанасяне на защитни покрития и калайдисване и нанасяне на маркировки. За многослойни печатни платки се добавя пресоване на крайната платка от няколко заготовки.

Производство на фолиен материал

Фолиевият материал е плосък лист диелектрик със залепено към него медно фолио. Като правило като диелектрик се използва фибростъкло. В старо или много евтино оборудване текстолитът се използва на плат или хартиена основа, понякога наричан гетинакс. Микровълновите устройства използват флуорсъдържащи полимери (флуоропластмаси). Дебелината на диелектрика се определя от необходимата механична и електрическа якост, най-често срещаната дебелина е 1,5 mm.

Непрекъснат лист медно фолио е залепен върху диелектрика от едната или от двете страни. Дебелината на фолиото се определя от токовете, за които е предназначена платката. Най-разпространените фолиа са с дебелина 18 и 35 микрона. Тези стойности се основават на стандартни дебелини на мед във вносни материали, при които дебелината на слоя медно фолио се изчислява в унции (oz) на квадратен фут. 18 микрона съответстват на ½ oz, а 35 микрона съответстват на 1 oz.

Алуминиеви печатни платки

Отделна група материали се състои от алуминиеви метални печатни платки. Те могат да бъдат разделени на две групи.

Първата група са решения под формата на алуминиев лист с висококачествена оксидирана повърхност, върху който е залепено медно фолио. Такива дъски не могат да бъдат пробити, така че обикновено се правят само едностранно. Обработката на такива фолийни материали се извършва с помощта на традиционни химически технологии за печат.

Втората група включва създаване на проводим модел директно в алуминиевата основа. За целта алуминиевата ламарина се оксидира не само повърхностно, но и по цялата дълбочина на основата според зададената от фотомаската схема на проводими зони.

Обработка на детайла

Получаване на модел на тел

При производството на платки, химически, електролитни или механични методивъзпроизвеждане на необходимия проводящ модел, както и техните комбинации.

Химичен метод

Химическият метод за производство на печатни платки от готов фолиен материал се състои от два основни етапа: нанасяне на защитен слой върху фолиото и ецване на незащитени зони с помощта на химически методи.

В индустрията защитен слойнанесени чрез фотолитография с помощта на ултравиолетово чувствителен фоторезист, фотомаска и източник ултравиолетова светлина. Медното фолио е напълно покрито с фоторезист, след което моделът на следите от фотомаската се прехвърля върху фоторезиста чрез осветяване. Експонираният фоторезист се измива, излагайки медното фолио за ецване; неекспонираният фоторезист се фиксира върху фолиото, предпазвайки го от ецване.

Фоторезистът може да бъде течен или филмов. Течният фоторезист се прилага в индустриални условия, тъй като е чувствителен към неспазване на технологията на нанасяне. Филмовият фоторезист е популярен за ръчно изработени платки, но е по-скъп. Фотомаската е UV-прозрачен материал с отпечатан върху него шаблон. След експониране фоторезистът се проявява и фиксира, както при конвенционален фотохимичен процес.

В любителски условия защитен слой под формата на лак или боя може да се нанесе чрез ситопечат или ръчно. За да оформят маска за офорт върху фолио, радиолюбителите използват трансфер на тонер от изображение, отпечатано на лазерен принтер („технология за лазерно желязо“).

Ецването на фолио се отнася до химическия процес на превръщане на медта в разтворими съединения. Незащитеното фолио се ецва най-често в разтвор на железен хлорид или в разтвор на други химикали, като меден сулфат, амониев персулфат, амоняк-меден хлорид, амоняк-меден сулфат, на базата на хлорит, на базата на хромен анхидрид. Когато се използва железен хлорид, процесът на ецване на платката протича по следния начин: FeCl 3 +Cu → FeCl 2 +CuCl. Типичната концентрация на разтвора е 400 g/l, температура до 35°C. Когато се използва амониев персулфат, процесът на ецване на платката протича по следния начин: (NH 4) 2 S 2 O 8 +Cu → (NH 4) 2 SO 4 +CuSO 4.

След ецване, защитната рисунка се отмива от фолиото.

Механичен метод

Механичният метод на производство включва използването на фрезови и гравиращи машини или други инструменти за механично отстраняване на слой фолио от определени зони.

Лазерно гравиране

Доскоро лазерното гравиране на печатни платки не беше широко разпространено поради добрите отразяващи свойства на медта при дължината на вълната на най-разпространените мощни газови CO ​​лазери. Поради напредъка в областта на лазерната технология, индустриални инсталациилазерно базирано прототипиране.

Метализиране на отвори

Преходните и монтажните отвори могат да бъдат пробити, пробити механично (в меки материали като гетинакс) или лазер (много тънък отвори). Метализирането на отвори обикновено се извършва химически или механично.

Механичното метализиране на отворите се извършва със специални нитове, запоени проводници или чрез запълване на отвора с проводимо лепило. Механичният метод е скъп за производство и поради това се използва изключително рядко, обикновено при високонадеждни еднокомпонентни решения, специално силнотоково оборудване или любителски радио условия.

При химическата метализация първо се пробиват дупки в заготовка от фолио, след това се метализират и едва след това фолиото се ецва, за да се получи шаблон за печат. Химическа метализация на отвори - многоетапна труден процес, чувствителен към качеството на реагентите и спазването на технологията. Поради това практически не се използва в радиолюбителски условия. Опростено, то се състои от следните стъпки:

• Прилагане на стените на отвора на проводима подложка към диелектрика. Този субстрат е много тънък и крехък. Прилага се чрез химическо отлагане на метал от нестабилни съединения като паладиев хлорид.
• Върху получената основа се извършва електролитно или химическо отлагане на мед.
• В края на производствения цикъл се използва или горещо калайдисване, за да се защити доста разхлабената отложена мед, или отворът се защитава с лак (маска за запояване). Голите отвори с ниско качество са едни от най-често срещаните често срещани причиниповреда на електронно оборудване.

Пресоване на многослойни плоскости

Многослойните платки (с повече от 2 слоя метализация) се сглобяват от стек тънки дву- или еднослойни печатни платки, произведени по традиционния начин (с изключение на външните слоеве на опаковката - те все още остават с непокътнато фолио ). Сглобяват се в "сандвич" със специални уплътнения (препреги). След това се извършва пресоване в пещ, пробиване и метализиране на отвори. Накрая фолиото на външните слоеве се ецва.

В такива плоскости могат да се направят и отвори преди пресоване. Ако отворите са направени преди пресоване, тогава е възможно да се получат плоскости с така наречените глухи отвори (когато има дупка само в един слой на сандвича), което позволява уплътняване на оформлението.

Покритие

Възможните покрития включват:

• Защитни и декоративни лакови покрития („маска за запояване”). Обикновено има характерен зелен цвят.
• Калайдисване. Защитава медната повърхност, увеличава дебелината на проводника и улеснява монтажа на компонентите. Обикновено се извършва чрез потапяне във вана за спояване или вълна от спойка.
• Галванично покритие на фолио с инертни метали (златно покритие, паладизиране) и проводими лакове за подобряване на контактните свойства на конектори и мембранни клавиатури.
• Декоративни и информационни покрития (етикетиране). Обикновено се прилага с копринен ситопечат, по-рядко - мастиленоструен или лазерен.

Механична реставрация

Много отделни дъски често се поставят върху един лист детайл. Преминават през целия процес на обработка на фолиовата заготовка като една платка и едва накрая се подготвят за разделяне. Ако дъските са правоъгълни, тогава се фрезоват несквозни канали, които улесняват последващото счупване на дъските (писване, от английски. писарда се почеше). Ако дъските имат сложна форма, тогава се извършва фрезоване, оставяйки тесни мостове, така че дъските да не се разпадат. За дъски без метализация, вместо фрезоване, понякога се пробиват серия от отвори с малка стъпка. На този етап се извършва и пробиване на монтажни (неметализирани) отвори.

Вижте също: GOST 23665-79 Печатни платки. Контурна обработка. Изисквания към стандартните технологични процеси.

Съгласно стандартния технически процес, отделянето на дъските от детайла става след инсталирането на компонентите.

Монтаж на компоненти

Запояването е основният метод за сглобяване на компоненти върху печатни платки. Запояването може да се извърши както ръчно с поялник, така и чрез специално разработени специфични технологии.

Вълново запояване

Основният метод за автоматизирано групово запояване на оловни компоненти. С помощта на механични активатори се създава дълга вълна от разтопена спойка. Дъската се прекарва над вълната, така че вълната едва да докосва долната повърхност на дъската. В този случай проводниците на предварително инсталираните компоненти на проводника се намокрят от вълна и се запояват към платката. Флюсът се нанася върху дъската с помощта на гъбен печат.

Запояване в пещи

Основният метод за групово запояване на планарни компоненти. Специална спояваща паста (прах за спояване в пастообразен флюс) се нанася върху контактните площадки на печатната платка чрез шаблон. След това се монтират планарните компоненти. Платката с инсталираните компоненти след това се подава в специална пещ, където потокът от спояваща паста се активира и прахът от спойка се топи, запоявайки компонента.

Ако такава инсталация на компоненти се извършва от двете страни, тогава платката се подлага на тази процедура два пъти - отделно за всяка страна на инсталацията. Тежките равнинни компоненти са монтирани върху перли от лепило, които ги предпазват от падане от обърнатата платка по време на второто запояване. Леките компоненти се държат на дъската чрез повърхностното напрежение на спойката.

След запояване платката се третира с разтворители, за да се отстранят остатъците от флюс и други замърсители, или, когато се използва непочистена спояваща паста, платката веднага е готова за определени условия на работа.

Инсталиране на компоненти

Инсталирането на компоненти може да се извърши ръчно или с помощта на специални автоматични инсталатори. Автоматична инсталациянамалява вероятността от грешки и значително ускорява процеса (най-добрите машини инсталират няколко компонента в секунда).

Финишни покрития

След запояване печатната платка с компоненти е покрита със защитни съединения: водоотблъскващи средства, лакове, средства за защита на отворени контакти.

Подобни технологии

Субстратите на хибридния чип са нещо подобно на керамична печатна платка, но обикновено използват различни технически процеси:

• ситопечат на проводници с метализирана паста, последвано от синтероване на пастата в пещ. Технологията позволява многослойно окабеляване на проводници поради възможността за нанасяне на изолационен слой върху слой от проводници, като се използват същите методи за копринен печат.
• Отлагане на метал чрез шаблон.

Качеството на доставените материали отговаря на стандарта IPC4101B, а системата за управление на качеството на производителите е потвърдена от международни сертификати ISO 9001:2000.

FR4 – ламинатът от фибростъкло с клас на огнеустойчивост 94V-0 е най-разпространеният материал за производство на печатни платки. Фирмата ни доставя следните видове материали за производство на едно- и двустранни печатни платки:

• Ламинат от фибростъкло FR4 с температура на встъкляване 135ºС, 140ºС и 170ºС за производство на едностранни и двустранни печатни платки. Дебелина 0.5 - 3.0 мм с фолио 12, 18, 35, 70, 105 микрона.
• Основен FR4 за вътрешни слоеве от MPP с температури на встъкляване 135ºС, 140ºС и 170ºС
• FR4 препреги с температури на встъкляване 135ºС, 140ºС и 170ºС за пресоване на MPP
• Материали XPC, FR1, FR2, CEM-1, CEM-3, HA-50
• Материали за платки с контролирано топлоотдаване:
  • (алуминий, мед, неръждаема стомана) с диелектрик с топлопроводимост от 1 W/m*K до 3 W/m*K произведени от Totking и Zhejiang Huazheng New Material Co.
  • Материал HA-30 CEM-3 с топлопроводимост 1 W/m*K за производство на едно- и двустранни печатни платки.

За някои цели е необходим висококачествен нефолиен диелектрик, който има всички предимства на FR4 (добри диелектрични свойства, стабилност на характеристиките и размерите, висока устойчивост на неблагоприятни влияния). климатични условия). За тези приложения можем да предложим нефолио ламинат от фибростъкло FR4.

В много случаи, когато са необходими доста прости печатни платки (при производството на домакинско оборудване, различни сензори, някои компоненти за автомобили и т.н.), отличните свойства на фибростъклото са излишни и показателите за технологичност и цена излизат на преден план. Тук можем да предложим следните материали:

• XPC, FR1, FR2 - гетинакс от фолио (основа, изработена от целулозна хартия, импрегнирана с фенолна смола), широко използвана в производството на печатни платки за потребителска електроника, аудио и видео оборудване, в автомобилната индустрия (подредени във възходящ ред на свойствата, и съответно цена ). Отлично щамповане.
• CEM-1 - ламинат на базата на композиция от целулозна хартия и фибростъкло с епоксидна смола. Щампова красиво.

Нашият асортимент включва и електронанесено медно фолио за пресоване на MPP на Kingboard. Фолиото се доставя на ролки с различна ширина, дебелините на фолиото са 12, 18, 35, 70, 105 микрона, фолиото с дебелина 18 и 35 микрона почти винаги се предлага от нашия склад в Русия.

Всички материали са произведени в съответствие с директивата RoHS, съдържание вредни веществапотвърдено от съответните сертификати и протоколи от тестове на RoHS. Освен това всички материали, много артикули имат сертификати и др.

Печатна платка (на английски PCB - печатна платка)- плоча, изработена от диелектрик, върху която се оформя (обикновено по печатен метод) поне една електропроводима верига (електронна верига). Печатната платка е предназначена за електрическо и механично свързване на различни електронни компоненти или свързване на отделни електронни компоненти. Електронните компоненти на печатна платка са свързани в техните щифтове към елементи от проводящ модел, обикновено чрез запояване, или обвиване, или занитване, или пресоване, което води до сглобяване на електронен модул (или сглобена печатна платка).

Видове дъски

В зависимост от броя на слоевете с електропроводим модел, печатните платки се разделят на едностранни, двустранни и многослойни.
За разлика от стенен монтаж, върху печатната платка, електропроводимият модел е направен от фолио с помощта на адитивен или субтрактивен метод. При адитивния метод проводящ модел се формира върху нефолиен материал, обикновено чрез химическо медно покритие чрез защитна маска, предварително нанесена върху материала. При субтрактивния метод върху фолиевия материал се формира проводим модел чрез премахване на ненужните участъци от фолиото, обикновено чрез химическо ецване.

Печатната платка обикновено съдържа монтажни отвори и подложки, които могат да бъдат допълнително покрити защитно покритие: сплав от калай и олово, калай, злато, сребро, органично защитно покритие. В допълнение, печатните платки имат отвори за електрическо свързване на слоевете на платката, външно изолационно покритие („защитна маска“), което покрива повърхността на платката, която не се използва за контакт с изолационен слой, маркировките обикновено се нанасят с помощта на копринен ситопечат , по-рядко мастилено-струен или лазерен.

Видове печатни платки

По броя на слоевете проводящ материал:
-Едностранно
-Двустранен
-Многослоен (MPP)

По отношение на гъвкавостта:
-Твърд
-Гъвкав

Според технологията на монтаж:
-За монтаж в дупка
-Повърхностен монтаж

Всеки тип печатна платка може да има свои собствени характеристики, дължащи се на изискванията за специални условия на работа (например разширен температурен диапазон) или особености на приложение (например в устройства, работещи на високи честоти).

Материали

Основата на печатната платка е диелектрик, най-често използваните материали са текстолит, фибростъкло и гетинакс.
Също така, основата на печатни платки може да бъде метална основа, покрита с диелектрик (например анодизиран алуминий); върху диелектрика се нанася медно фолио на пистите. Такива печатни платки се използват в силовата електроника за ефективно отвеждане на топлината от електронни компоненти. В този случай металната основа на платката е закрепена към радиатора.
Материалът, използван за печатни платки, работещи в микровълновия диапазон и при температури до 260 °C, е флуоропласт, подсилен със стъклопакет (например FAF-4D) и керамика. Гъвкави дъскинаправени от полиимидни материали като Kapton.

FR-4

Семейство материали под общо наименование FR-4 според класификацията NEMA (Национална асоциация на производителите на електротехника, САЩ). Тези материали са най-често срещаните за производството на DPP, MPP и OPP с повишени изисквания за механична якост. FR-4 е материал на основата на фибростъкло с епоксидна смола като свързващо вещество (фибростъкло). Обикновено матово жълтеникав или прозрачен, познат зелен цвятто се придава от спояваща маска, нанесена върху повърхността на печатната платка. Клас на запалимост UL94-V0.
В зависимост от свойствата и приложението на FR-4
-стандартен, с температура на встъкляване Tg ~130°C, s UV блокиране(UV блокиране) или без него. Най-често срещаният и широко използван тип, той е и най-евтиният от FR-4;

С висока температура на встъкляване, Tg ~170°C-180°C;
-безхалогенни;
-със стандартизиран индекс за проследяване, CTI ≥400, ≥600;
-висока честота, ниска диелектрична константаε ≤3,9 и малък тангенс на диелектричните загуби df ≤0,02.

CEM-3

Семейство материали CEM-3 според класификацията на NEMA. Композитният материал от фибростъкло и епоксид обикновено е млечнобял или прозрачен. Състои се от два външни слоя от фибростъкло, между които е поставен нетъкан стъклен влакна (филц от фибростъкло). Широко използван в производството на метализирани фазерни плоскости. Свойствата му са много близки до FR-4 и се различава като цяло само с по-ниска механична якост. Това е отлична евтина алтернатива на FR-4 за по-голямата част от приложенията. Отлична механична обработка (фрезоване, щамповане). Клас на запалимост UL94-V0.
В зависимост от свойствата и обхвата на приложение CEM-3 се разделя на следните подкласове:
-стандартни, с или без UV блокиране;

CEM-1

Клас на материала CEM-1 по NEMA класификация. Тези композитни материалиса изработени на хартиена основа с два слоя фибростъкло от външната страна. Обикновено млечнобял, млечножълт или кафеникавокафяв. Несъвместими с процеса на метализация на дупки, поради което се използват само за производство на OPP. Диелектричните свойства са близки до FR-4, механичните свойства са малко по-лоши. CEM-1 е добра алтернатива на FR-4 при едностранно производство на печатни платки, където цената е определящ фактор. Отлична механична обработка (фрезоване, щамповане). Клас на запалимост UL94-V0.
Разделен на следните подкласове:
-стандартни;
-висока температура, съвместима с безоловни технологии за калайдисване и запояване;
-безхалогенни, без фосфор и антимон;
-със стандартизиран индекс за проследяване, CTI ≥600
-влагоустойчив, с повишена стабилност на размерите

FR-1/FR-2

Клас на материала FR-1 и FR-2 според класификацията на NEMA. Тези материали са направени на основата на фенолна хартия и се използват само за производството на OPP. FR-1 и FR-2 имат подобни характеристики, FR-2 се различава от FR-1 само в използването на модифицирана фенолна смола с по-висока температура на встъкляване като свързващо вещество. Поради сходните характеристики и приложения на FR-1 и FR-2, повечето производители на материали произвеждат само един от тези материали, обикновено FR-2. Отлична механична обработка (фрезоване, щамповане). Евтини. Клас на запалимост UL94-V0 или V1.
Разделен на следните подкласове:
-стандартни;
-безхалогенни, без фосфор и антимон, нетоксичен;
- влагоустойчив

PCB покрития

За да се поддържа способността за запояване на печатни платки след съхранение, да се осигури надеждна инсталация на електронни компоненти и да се запазят свойствата на запоени или заварени връзки по време на работа, е необходимо да се защити медната повърхност на контактните площадки на печатната платка със спояваща се повърхност покритие, така нареченото финишно покритие. Ние ви предлагаме широка гама от финишни покрития, което ви позволява оптимално да изберете едно или дори няколко от тях едновременно при производството на вашите печатни платки.

HAL или HASL (от англ. Hot Air Leveling или Hot Air Solder Leveling - изравняване с горещ въздух) с помощта на припои на базата на калаено-оловна сплав (Sn/Pb), например OS61, OS63, и изравняване с въздушен нож. Нанася се на последния етап от производството върху вече оформена печатна платка с маска за запояване, нанесена чрез потапяне във вана със стопилка и след това изравняване и отстраняване на излишната спойка с помощта на въздушен нож. Това покритие е този моментнай-често срещаният, е класическият, най-известният и се използва от дълго време. Осигурява отлична запояемост на печатни платки дори след дългосрочно съхранение. HAL покритието е технологично напреднало и евтино. Съвместим с всички известни методимонтаж и запояване - ръчно, вълново запояване, претопяване в пещ и др. Недостатъците на този тип финишно покритие включват наличието водя - един от най-токсичните метали, забранен за употреба в Европейския съюз от директивата RoHS (директиви за ограничаване на опасните вещества), както и фактът, че HAL покритието не отговаря на условията за плоскост на контактните площадки за монтаж на микросхеми с много висока степен на интеграция. Покритието не е подходящо за технологията на залепване на кристали върху платка (COB - Chip on board) и нанасяне върху крайни контакти (ламели).

HAL без олово - Възможност за покритие HAL, но с използване на безоловни припои, например Sn100, Sn96.5/Ag3/Cu0.5, SnCuNi, SnAgNi. Покритието отговаря напълно на изискванията на RoHS и има много добра безопасност и запояемост. Това завършващо покритиеприложен при повече висока температураотколкото PIC-базиран HAL, който налага повишени изисквания към основния материал на печатната платка и електронни компонентипо температура. Покритието е съвместимо с всички методи за монтаж и запояване, както с използване на безоловни припои (което е най-препоръчително), така и с използване на калаено-оловни припои, но изисква внимателно внимание към температурните условия на запояване. В сравнение с HAL на основата на Sn/Pb, това покритие е по-скъпо поради по-високата цена на безоловните спойки, а също и поради по-високата консумация на енергия.

Основният проблем с HAL покритието , е значителна неравномерност в дебелината на покритието. Проблемът е особено остър за компоненти с малка стъпка на щифтовете, като например QFP със стъпка от 0,5 mm или по-малко, BGA със стъпка от 0,8 mm или по-малко. Дебелината на покритието може да варира от 0,5 микрона до 40 микрона, в зависимост от геометричните размери на контактната площадка и неравномерното въздействие на въздушния нож. Също така, в резултат на термичен шок при прилагане на HASL е възможно изкривяване на печатната платка под формата на деформация/усукване. Това важи особено за дъски с дебелина<1,0 мм и для плат с несимметричным стеком слоев, несбалансированных по меди, имеющих несимметричные по слоям сплошные медные заливки, ряды металлизированных отверстий, а также для бессвинцового покрытия.

Имерсионно злато (ENIG - Electroless Nickel/Immersion Gold) - покритие от семейството Ni/Au. Дебелина на покритието: Ni 3-7 микрона, Au 0,05-0,1 микрона. Прилага се химически през прозорци в спояваща маска. Широко разпространено безоловно покритие, което осигурява плоски подложки, добра запояемост, висока повърхностна проводимост на подложките и дълъг срок на годност. Идеален за компоненти с фина стъпка и тестване във верига. Покритието отговаря напълно на изискванията на RoHS. Съвместим с всички методи за монтаж и запояване. По-скъпо в сравнение с HASL.

Има много производители на химикали за нанасяне на имерсионно злато и технологията за прилагането му варира от производител на химикал до производител. Крайният резултат също зависи от избора на химикали и процеса на нанасяне. Някои химикали може да не са съвместими с определен тип маска за запояване. Този тип покритие е склонно към образуване на два вида критични дефекти - „черна подложка“ (черна подложка, ненамокряне на повърхността на подложката с припой) и напукване при механични или термични натоварвания (напукване възниква между никела и меден слой, по продължение на интерметалния слой). Също така, когато се нанася покритие, количеството злато трябва да се контролира, за да се предотврати крехкостта на спойката. Точното спазване на технологията на нанасяне на иммерсионно злато и навременната подмяна на разтворите гарантират качеството на покритието и липсата на дефекти по черните подложки. За да се предотврати напукване при механични натоварвания, се препоръчва да се увеличи дебелината на печатната платка до 2,0 mm или повече, когато се използват BGA пакети, по-големи от 25x25 mm, или когато размерът на платката е повече от 250 mm. Увеличаването на дебелината на дъската намалява механичното напрежение върху компонентите, когато дъската се огъва.

Златни пръсти - покритие от семейството Ni/Au. Дебелина на покритието: Ni 3-5 микрона, Au 0,5-1,5 микрона. Прилага се чрез електрохимично отлагане (галванопластика). Използва се за нанасяне върху крайни контакти и ламели. Има висока механична якост, устойчивост на абразия и неблагоприятни влияния на околната среда. Незаменим, когато е важно да се осигури надежден и издръжлив електрически контакт.

Тенекия за потапяне - химическо покритие, което отговаря на изискванията на RoHS и осигурява висока плоскост на печатните платки. Технологично покритие, съвместимо с всички методи на запояване. Противно на популярното погрешно схващане, основано на опита от използването на остарели видове покрития, потапящият калай осигурява добра спойка след достатъчно дълъг период на съхранение - гарантиран срок на годност от 6 месеца. (способността за спояване на покритието продължава до една година или повече, ако се съхранява правилно). Такива дълги периоди на поддържане на добра запояемост се осигуряват чрез въвеждането на органометален подслой като бариера между медта на контактните площадки и самия калай. Бариерният подслой предотвратява взаимната дифузия на мед и калай, образуването на интерметални съединения и рекристализацията на калай. Крайното покритие с потопяем калай с органометален подслой, с дебелина около 1 микрон, има гладка, равна повърхност, запазва способността за запояване и възможността за многократно повторно запояване дори след доста дълъг период на съхранение.

OSP (от англ. Organic Solderability Preservatives) - група органични финишни покрития, нанасяни директно върху медни подложки и осигуряващи защита на медната повърхност от окисление по време на съхранение и запояване. Тъй като стъпките на компонентите намаляват, интересът към покрития, които осигуряват необходимата плоскост, и по-специално OSP, непрекъснато нараства. Напоследък OSP покритията бързо се развиват; появиха се разновидности на покрития, които осигуряват многоходово запояване без окисление на медта, дори при доста дълги интервали от време между преминаванията (дни). Прави се разлика между тънко покритие, около 0,01 микрона, и относително дебело покритие, 0,2 - 0,5 микрона или повече. За да осигурите дву- или многоходово запояване, изберете дебело покритие. OSP осигурява подложки с плоска повърхност, не съдържа олово и е съвместим с RoHS и, когато се съхранява и борави правилно, осигурява много надеждна спойка. Тънкото OSP покритие е по-евтино от HAL. Дебел - почти колкото HAL.

OSP обаче не гарантира, че краищата на медната подложка са покрити с припой по време на процеса на преформатиране. Потокът на припой върху повърхността е по-лош, отколкото при HASL покритие. Следователно, когато нанасяте пастата, дупките в шаблона трябва да бъдат направени със същия размер като контактната подложка. В противен случай не цялата повърхност на подложката ще бъде покрита с спойка (въпреки че този дефект е само козметичен, надеждността на връзката остава много добра). Медна повърхност, която не е покрита с спойка, ще се окисли с течение на времето, което може да повлияе негативно на ремонта. Съществува и проблемът с намокрянето на метализирани отвори при вълново запояване. Необходимо е да се нанесе достатъчно голямо количество флюс преди запояване, флюсът трябва да попадне в отворите, така че спойката да намокри дупката отвътре и да образува филе на гърба на платката. Недостатъците на това покритие също включват: кратко време за съхранение преди употреба, несъвместимост с терпенови разтворители, ограничения на възможността за тестване по време на вътресхемни и функционални тестове (което е частично разрешено чрез прилагане на паста за запояване върху тестовите точки). Ако сте избрали OSP, препоръчваме да използвате покрития ENTEK от Enthone (ENTEK PLUS, ENTEK PLUS HT), тъй като те осигуряват най-добрата комбинация от омокряемост, надеждност на връзката и многопроходност.

развитие

Нека да разгледаме типичен процес на разработка на 1-2 слойна дъска.
-Определяне на размерите (не е важно за breadboard).
-Избор на дебелина на материала на дъската от набор от стандартни:
-Най-често използваният материал е с дебелина 1,55 мм.
-Изчертаване на размерите (ръбовете) на дъската в CAD програма в слоя BOARD.
-Разположение на големи радиокомпоненти: конектори и т.н. Това обикновено се случва в горния слой (TOP):
-Предполага се, че чертежите на всеки компонент, местоположението и броя на щифтовете и т.н. вече са определени (или се използват готови библиотеки от компоненти).
„Разпръскване“ на останалите компоненти в горния слой или, по-рядко, в двата слоя за двустранни платки.
-Стартирайте трасера. Ако резултатът е незадоволителен, компонентите се препозиционират. Тези две стъпки често се изпълняват десетки или стотици пъти подред.
В някои случаи трасирането на печатни платки (изчертаване на пътеки) се извършва изцяло или частично ръчно.
-Проверка на платката за грешки (DRC, проверка на правилата за проектиране): проверка за пропуски, късо съединение, припокриващи се компоненти и др.
-Експортирайте файла във формат, приет от производителя на печатни платки, като Gerber.

производство

Производството на печатни платки обикновено се отнася до обработката на детайл (фолиен материал). Типичният процес се състои от няколко етапа: пробиване на отвори, получаване на модел на проводник чрез отстраняване на излишното медно фолио, покритие на отворите, нанасяне на защитни покрития и калайдисване и нанасяне на маркировки.

Получаване на модел на тел

При производството на печатни платки се използват химични, електролитни или механични методи за възпроизвеждане на необходимия проводящ модел, както и техните комбинации.

Химичен метод

Химическият метод за производство на печатни платки от готов фолиен материал се състои от два основни етапа: нанасяне на защитен слой върху фолиото и ецване на незащитени зони с помощта на химически методи.

В промишлеността защитният слой се прилага фотохимично с помощта на ултравиолетово чувствителен фоторезист, фотомаска и източник на ултравиолетова светлина. Фоторезистът може да бъде течен или филмов. Течният фоторезист се прилага в индустриални условия, тъй като е чувствителен към неспазване на технологията на нанасяне. Филмовият фоторезист е популярен за ръчно изработени платки. Фотомаската е UV-прозрачен материал с отпечатан върху него шаблон. След експониране фоторезистът се проявява и втвърдява, както при конвенционален фотографски процес.

Защитен слой под формата на лак или боя може да се нанесе чрез ситопечат или ръчно. За да оформят маска за офорт върху фолио, радиолюбителите използват трансфер на тонер от изображение, отпечатано на лазерен принтер („технология за лазерно желязо“).

След това незащитеното фолио се ецва в разтвор на железен хлорид или (много по-рядко) други химикали като меден сулфат. След ецване, защитната рисунка се отмива от фолиото.

Механичен метод

Механичният метод на производство включва използването на фрезови и гравиращи машини или други инструменти за механично отстраняване на слой фолио от определени зони.
-Метализиране на дупки
-Покритие

Възможните покрития включват:
-Защитни лакови покрития (“маска за запояване”).
- Калайдисване.
-Покритие на фолио с инертни метали (позлатяване, паладизиране) и проводими лакове за подобряване на контактните свойства.
-Декоративни и информационни покрития (етикетиране).

Многослойни печатни платки

Многослойните печатни платки (съкратено MPP [източник?], англ. многослойна печатна платка) се използват в случаите, когато окабеляването на връзките на двустранна платка става твърде сложно. Тъй като сложността на проектираните устройства и плътността на монтажа се увеличават, броят на слоевете на платките се увеличава.

В многослойните платки външните слоеве (както и отвори) се използват за монтиране на компоненти, а вътрешните слоеве съдържат връзки или твърди планове за захранване (полигони). Метализираните отвори се използват за свързване на проводници между слоевете. При производството на многослойни печатни платки първо се произвеждат вътрешните слоеве, които след това се залепват заедно чрез специални лепилни подложки (препреги). След това се извършва пресоване, пробиване и метализиране на проходните отвори.

Многослоен дизайн на печатни платки

Нека разгледаме типичен дизайн на многослойна платка (фиг. 1). В първия, най-често срещан вариант, вътрешните слоеве на дъската са оформени от двустранно медно ламинирано фибростъкло, което се нарича „ядро“. Външните слоеве са направени от медно фолио, пресовано с вътрешните слоеве с помощта на свързващо вещество - смолист материал, наречен "препрег". След пресоване при високи температури се образува "пай" от многослойна печатна платка, в която след това се пробиват отвори и се метализират. Вторият вариант е по-рядко срещан, когато външните слоеве са оформени от „ядра“, държани заедно с препрег. Това е опростено описание; има много други дизайни, базирани на тези опции. Основният принцип обаче е, че препрегът действа като свързващ материал между слоевете. Очевидно не може да има ситуация, при която две двустранни "ядра" са съседни без препрег дистанционер, но структурата фолио-препрег-фолио-препрег... и т.н. е възможна и често се използва в платки със сложни комбинации от слепи и скрити дупки.

Слепи и скрити отвори

Терминът " слепи дупки "означава преходи, които свързват външния слой с най-близките вътрешни слоеве и нямат достъп до втория външен слой. Произлиза от английската дума blind и е подобна на термина "слепи дупки". Скрити, или заровени (от английски buried), дупките се правят във вътрешните слоеве и нямат изход навън. Най-простите опции за слепи и скрити отвори са показани на фиг. 2. Използването им е оправдано в случай на много плътно окабеляване или за платки, силно наситени с планарни компоненти от двете страни. Наличието на тези дупки увеличава цената на платката от един и половина до няколко пъти, но в много случаи, особено при маршрутизиране на микросхеми в BGA пакет с малка стъпка, не можете без тях. Има различни начини за формиране на такива отвори, те са разгледани по-подробно в раздела Дъски със слепи и скрити отвори, но засега нека разгледаме по-отблизо материалите, от които е изградена многослойна дъска.

Основни диелектрици за печатни платки
Основните видове и параметри на материалите, използвани за производството на MPP, са дадени в таблица 1. Типичните дизайни на печатни платки се основават на използването на стандартен ламинат от фибростъкло тип FR4, с работна температура, обикновено от –50 до +110 ° C, температура на встъкляване (разрушаване) Tg около 135 °C. Неговата диелектрична константа Dk може да бъде от 3,8 до 4,5, в зависимост от доставчика и вида на материала. При повишени изисквания за топлоустойчивост или при монтиране на платки във фурна по безоловна технология (t до 260 °C) се използва високотемпературен FR4 High Tg или FR5. При изискване за постоянна работа при високи температури или внезапни температурни промени се използва полиимид. В допълнение, полиимидът се използва за производството на платки с висока надеждност, за военни приложения, а също и в случаите, когато се изисква повишена електрическа якост. За платки с микровълнови вериги (повече от 2 GHz) се използват отделни слоеве от микровълнов материал или цялата платка е изработена от микровълнов материал (фиг. 3). Най-известните доставчици на специални материали са Rogers, Arlon, Taconic и Dupont. Цената на тези материали е по-висока от FR4 и е грубо показана в последната колона на таблица 1 спрямо цената на FR4. Примери за платки с различни видове диелектрик са показани на фиг. 4, 5.

Дебелина на материала
Познаването на наличните дебелини на материала е важно за инженера не само за определяне на общата дебелина на плоскостта. При проектирането на MPP разработчиците са изправени пред следните задачи:
- изчисляване на вълновото съпротивление на проводниците на платката;
- изчисляване на стойността на междинната изолация за високо напрежение;
- избор на структура на глухи и скрити отвори.
Наличните опции и дебелини на различните материали са показани в таблици 2–6. Трябва да се има предвид, че толерансът на дебелината на материала обикновено е до ±10%, следователно толерансът на дебелината на готовата многослойна плоскост не може да бъде по-малък от ±10%.

Таблица 2. Двустранни FR4 „ядра“ за вътрешните слоеве на печатната платка Дебелина на диелектрика и дебелина на медта 5 µm 17 µm 35 µm 70 µm 105 µm
0,050 mm w/w
0,075 mm m z z
0,100 mm w/w
0,150 мм
0,200 mm m z z
0,250 мм
0,300 мм
0,350 mm m z z
0,400 mm w/w
0,450 мм
0,710 mm m z z
0,930 mm m z
1000 mm w
Повече от 1 мм

Обикновено в наличност;
h - При поискване (не винаги е наличен)
m - Може да се произвежда;
Забележка: за да се гарантира надеждността на готовите платки, е важно да се знае, че за чужди вътрешни слоеве предпочитаме да използваме сърцевини с фолио от 35 микрона, а не от 18 микрона (дори с проводник и ширина на междината от 0,1 mm). Това повишава надеждността на печатните платки.
Диелектричната константа на сърцевините FR4 може да варира от 3,8 до 4,4 в зависимост от марката.

PCB подложки покрития

Нека да разгледаме какви видове покрития има за медни подложки. Най-често сайтовете са покрити с калаено-оловна сплав или PIC. Методът за нанасяне и изравняване на повърхността на спойка се нарича HAL или HASL (от английски Hot Air Solder Leveling - изравняване на спойка с горещ въздух). Това покритие осигурява най-добра спояемост на подложките. Въпреки това, то се заменя с по-модерни покрития, обикновено съвместими с изискванията на международната директива RoHS. Тази директива изисква забрана за наличието на вредни вещества, включително олово, в продуктите. Засега RoHS не важи за територията на страната ни, но е полезно да си припомним съществуването му. Проблемите, свързани с RoHS, ще бъдат описани в един от следващите раздели, но засега нека да разгледаме възможните варианти за покриване на MPP сайтове. HASL се използва навсякъде, освен ако не се изисква друго. Потопяемото (химическо) златно покритие се използва за осигуряване на по-гладка повърхност на платката (това е особено важно за BGA подложките), но има малко по-ниска спойка. Запояването във фурната се извършва по приблизително същата технология като HASL, но ръчното запояване изисква използването на специални потоци. Органичното покритие или OSP предпазва медната повърхност от окисление. Недостатъкът му е краткият срок на годност на запояване (по-малко от 6 месеца). Потопяемият калай осигурява гладка повърхност и добра спойка, въпреки че има и ограничен живот на спойката. Безоловният HAL има същите свойства като съдържащия олово HAL, но съставът на спойката е приблизително 99,8% калай и 0,2% добавки. Контактите на ножовите конектори, които са подложени на триене по време на работа на платката, са галванично покрити с по-дебел и по-твърд слой злато. И при двата вида позлата се използва никелов подслой, за да се предотврати дифузията на златото.

Защитни и други видове покрития на печатни платки
За да завършим картината, нека разгледаме функционалното предназначение и материалите на покритията на печатни платки.
- Солдерна маска - нанася се върху повърхността на платката за защита на проводници от случайно късо съединение и замърсяване, както и за защита на ламинат от фибростъкло от термичен шок по време на запояване. Маската не носи друго функционално натоварване и не може да служи за защита от влага, мухъл, разрушаване и др. (освен когато се използват специални видове маски).
- Маркировка - нанася се върху платката с боя върху маската, за да се улесни идентифицирането на самата платка и компонентите, разположени върху нея.
- Отлепваща се маска - нанася се върху определени участъци от платката, които трябва да бъдат временно защитени, например от запояване. Лесно се отстранява в бъдеще, тъй като е подобна на гума смес и просто се отлепва.
- Карбоново контактно покритие - нанася се върху определени зони на дъската като контактни полета за клавиатури. Покритието има добра проводимост, не се окислява и е устойчиво на износване.
- Графитни резистивни елементи - могат да се нанасят върху повърхността на платката, за да изпълняват функцията на резистори. За съжаление, точността на номиналите е ниска - не по-точна от ±20% (с лазерна настройка - до 5%).
- Сребърни контактни джъмпери - могат да се прилагат като допълнителни проводници, създавайки друг проводящ слой, когато няма достатъчно място за прокарване. Използва се главно за еднослойни и двустранни печатни платки.

Заключение
Изборът на материали е голям, но, за съжаление, често при производството на малки и средни серии от печатни платки пречка се превръща в наличието на необходимите материали в склада на завода, който произвежда MPP. Ето защо, преди да проектирате MPP, особено ако говорим за създаване на нестандартен дизайн и използване на нестандартни материали, е необходимо да се споразумеете с производителя относно материалите и дебелината на слоя, използвани в MPP, и може би да поръчате тези материали предварително.

За направата на основата на печатна платка се използват фолийни и нефолийни диелектрици - гетинакс, фибростъкло, флуоропласт, полистирол, керамика и метал (с повърхностен изолационен слой) материали.

Фолиеви материали- Това са многослойни пресовани пластмаси от електроизолационна хартия или фибростъкло, импрегнирани с изкуствена смола. Покрити са едностранно или двустранно с електролитно фолио с дебелина 18; 35 и 50 микрона.

Фолиеният ламинат от фибростъкло клас SF се произвежда на листове с размери 400×600 mm и дебелина на листа до 1 mm и 600×700 mm с по-голяма дебелина на листа, препоръчва се за плоскости, които се експлоатират при температури до 120°C.

Ламинатите от стъклени влакна от класове SFPN имат по-високи физико-механични свойства и устойчивост на топлина.

Диелектричният слофодит има медно фолио с дебелина 5 микрона, което се получава чрез изпаряване на мед във вакуум.

За многослойни и гъвкави плоскости се използват топлоустойчиви ламинати от фибростъкло от марките STF и FTS; работят в температурен диапазон от минус 60 до плюс 150°C.

Нефолираният STEF диелектрик е метализиран със слой мед по време на производствения процес на печатна платка.

Фолиото е изработено от мед с висока чистота, съдържанието на примеси не надвишава 0,05%. Медта има висока електропроводимост и е относително устойчива на корозия, въпреки че изисква защитно покритие.

За печатно окабеляване се избира допустимата стойност на тока: за фолио 100–250 A/mm2, за галванична мед 60–100 A/mm2.

За производството на печатни кабели се използват подсилени флуоропластични фолиа.

Керамичните плоскости могат да работят в температурен диапазон от 20...700ºС. Те се произвеждат от минерални суровини (например кварцов пясък) чрез пресоване, леене под налягане или леене на филм.

Металните табла се използват в продукти с големи токови натоварвания.

Като основа се използва алуминий или сплави от желязо и никел. Чрез анодно оксидиране се получава изолационен слой върху повърхността на алуминия с дебелина от десетки до стотици микрометри и изолационно съпротивление 109–1010 ома.

Дебелината на проводника е 18; 35 и 50 микрона. Въз основа на плътността на проводящия модел, печатните платки се разделят на пет класа:

– първият клас се характеризира с най-ниска плътност на проводимия модел и ширина на проводника и интервали повече от 0,75 mm;

– петият клас има най-висока плътност на шарката и ширина на проводника и интервали в рамките на 0,1 mm.

Тъй като отпечатаният проводник има малка маса, силата на прилепването му към основата е достатъчна, за да издържи редуващи се механични претоварвания, действащи върху проводника до 40 рв честотния диапазон 4–200Hz.

Стандартите за материалите за печатни платки са представени по-долу в съответния раздел „Стандартизиране на производството на печатни платки“.