Като основа се използват фолийни и нефолийни диелектрици (гетинакс, текстолит, фибростъкло, фибростъкло, лавсан, полиамид, флуоропласт и др.), керамични материали, метални пластини, изолационен омекотяващ материал (препрег).

Фолиевите диелектрици са електроизолационни основи, обикновено покрити с електролит Медно фолиос оксидиран галванично-устойчив слой, прилежащ към електроизолационната основа. В зависимост от предназначението фолийните диелектрици могат да бъдат едностранни и двустранни с дебелина от 0,06 до 3,0 mm.

Нефолийните диелектрици, предназначени за полу-адитивен и адитивен метод на производство на платки, имат специално нанесен адхезивен слой върху повърхността, който служи за по-добра адхезия на химически отложената мед към диелектрика.

Основите на печатни платки са направени от материал, който може да се прилепи добре към метала на проводниците; имат диелектрична константа не повече от 7 и малък тангенс на диелектричните загуби; имат достатъчно висока механична и електрическа якост; позволяват възможност за обработка чрез рязане, щамповане и пробиване без образуване на стружки, пукнатини и разслояване на диелектрика; запазват свойствата си при излагане на климатични фактори, са незапалими и пожароустойчиви; имат ниска водопоглъщаемост, нисък топлинен коефициент на линейно разширение, плоскост и устойчивост на агресивни среди по време на проектиране на веригата и запояване.

Основните материали са наслоени пресовани плочи, импрегнирани с изкуствена смола и евентуално облицовани от едната или от двете страни с медно електролитно фолио. Фолиевите диелектрици се използват в субтрактивни методи за производство на печатни платки, а нефолийните диелектрици се използват в адитивни и полу-адитивни. Дебелината на проводящия слой може да бъде 5, 9, 12, 18, 35, 50, 70 и 100 микрона.

В производството се използват материали, например за OPP и DPP - ламинат от фолио от фибростъкло класове SF-1-50 и SF-2-50 с дебелина на медното фолио 50 микрона и вътрешна дебелина от 0,5 до 3,0 mm; за MPP - ламинат от фибростъкло с фолио FTS-1-18A и FTS-2-18A с дебелина на медното фолио 18 микрона и собствена дебелина от 0,1 до 0,5 mm; за GPP и GPK - фолиран лавсан LF-1 с дебелина на медното фолио 35 или 50 микрона и собствена дебелина от 0,05 до 0,1 mm.

В сравнение с getinaks, ламинатите от фибростъкло имат по-добри механични и електрически характеристики, по-висока устойчивост на топлина и по-ниска абсорбция на влага. Те обаче имат редица недостатъци, например ниска устойчивост на топлина в сравнение с полиамидите, което допринася за замърсяване на краищата на вътрешните слоеве със смола при пробиване на отвори.

За производството на печатни платки, които осигуряват надеждно предаване на наносекундни импулси, е необходимо да се използват материали с подобрени диелектрични свойства, те включват печатни платки, направени от органични материали с относителна диелектрична константа под 3,5.

За производството на печатни платки, използвани в условия на повишена опасност от пожар, се използват огнеустойчиви материали, например ламинати от фибростъкло от марките SONF, STNF, SFVN, STF.

За производството на GPC, които могат да издържат на повтарящи се завои от 90 градуса в двете посоки от първоначалната позиция с радиус 3 mm, се използват лавсан с фолио и флуоропласт. Материалите с дебелина на фолиото от 5 микрона позволяват производството на печатни платки от 4-ти и 5-ти клас на точност.

За залепване на PP слоеве се използва изолационен амортизиращ материал. Изработени са от фибростъкло, импрегнирано с недостатъчно полимеризирана термореактивна епоксидна смола с нанесено залепващо покритие от двете страни.

За защита на повърхността на PP и GPC от външни влияния се използват полимерни защитни лакове и защитни покрития.

Керамичните материали се характеризират със стабилност на електрически и геометрични параметри; стабилна висока механична якост в широк температурен диапазон; висока топлопроводимост; ниска абсорбция на влага. Недостатъците са дълъг цикъл на производство, голямо свиване на материала, крехкост, висока цена и др.

Металните основи се използват в топлинно натоварени печатни платки за подобряване на отвеждането на топлината от IC и ERE в EA с големи токови натоварвания, работещи при високи температури, както и за увеличаване на твърдостта на печатни платки, направени върху тънки основи; изработени са от алуминий, титан, стомана и мед.

За печатни платки с висока плътност с микроотверстия се използват материали, подходящи за лазерна обработка. Тези материали могат да бъдат разделени на две групи:

1. Подсилени нетъкани стъклени материали и преприги ( композитен материална основата на тъкани, хартия, непрекъснати влакна, импрегнирани със смола в невтвърдено състояние) с дадена геометрия и разпределение на нишките; органични материали с неориентирано разположение на влакната Preprig за лазерна технология има по-малка дебелина на фибростъклото по оста Z в сравнение със стандартното фибростъкло.

2. Неусилени материали (покрито със смола медно фолио, полимеризирана смола), течни диелектрици и диелектрици със сух филм.

От другите материали, използвани в производството на печатни платки, най-широко използвани са никелът и среброто като метален резист за запояване и заваряване. Освен това се използват редица други метали и сплави (например калай - бисмут, калай - индий, калай - никел и др.), чиято цел е да осигурят селективна защита или ниско контактно съпротивление, да подобрят условията на запояване. Допълнителните покрития, които повишават електрическата проводимост на печатните проводници, в повечето случаи се извършват чрез галванично отлагане, по-рядко чрез вакуумна метализация и горещо калайдисване.

Доскоро фолийните диелектрици на базата на епоксидно-фенолни смоли, както и използваните в някои случаи диелектрици на базата на полиимидни смоли, отговаряха на основните изисквания на производителите на печатни платки. Необходимостта от подобряване на разсейването на топлината от интегралните схеми и LSI, изискванията за ниска диелектрична константа на материала на платката за високоскоростни вериги, значението на съвпадението на коефициентите на топлинно разширение на материала на платката, IC пакетите и кристалните носители, и широкото въвеждане на съвременни методи за монтаж доведе до необходимостта от разработване на нови материали. Широко използван в модерни дизайни технически средстваКомпютрите откриват MPP на керамична основа. Използването на керамични субстрати за производството на печатни платки се дължи предимно на използването на високотемпературни методи за създаване на проводим модел с минимална ширина на линията, но се използват и други предимства на керамиката (добра топлопроводимост, съвпадение на коеф. на топлинно разширение с IC пакети и медии и др.). При производството на керамични MPP най-широко се използва технологията с дебел филм.

В керамичните основи като изходни материали широко се използват алуминиеви и берилиеви оксиди, както и алуминиев нитрид и силициев карбид.

Основният недостатък на керамичните плоскости е техният ограничен размер (обикновено не повече от 150x150 mm), което се дължи главно на крехкостта на керамиката, както и на трудността за постигане на необходимото качество.

Образуването на проводим модел (проводници) се извършва чрез ситопечат. Пастите, състоящи се от метални прахове, органично свързващо вещество и стъкло, се използват като проводящи материали в керамичните субстратни плоскости. За проводникови пасти, които трябва да имат добра адхезия, способност да издържат на многократна топлинна обработка и ниско електрическо съпротивление, се използват прахове от благородни метали: платина, злато, сребро. Икономическите фактори също налагат използването на пасти на базата на композиции: паладий - злато, платина - сребро, паладий - сребро и др.

Изолационните пасти се произвеждат на базата на кристализиращи стъкла, стъклокристални цименти и стъклокерамика. Като проводникови материали в партидните керамични плоскости се използват пасти от прахове от огнеупорни метали: волфрам, молибден и др.. Като основа се използват ленти от керамични сирена на базата на алуминиев и берилиев оксид, силициев карбид и алуминиев нитрид. детайла и изолаторите.

Твърдите метални основи, покрити с диелектрик, се характеризират (подобно на керамичните) чрез високотемпературно изгаряне на дебелослойни пасти на основата на стъкла и емайли в субстрата. Характеристиките на дъските върху метална основа са повишена топлопроводимост, структурна якост и ограничения на скоростта поради силната връзка на проводниците с металната основа.

Широко използвани са плочи от стомана, мед, титан, покрити със смола или топимо стъкло. Въпреки това, най-модерният по отношение на набор от показания е анодизираният алуминий и неговите сплави с доста дебел оксиден слой. Анодизираният алуминий се използва и за тънкослойно многослойно оформление на печатни платки.

Обещаващо е използването на основи със сложна композитна структура, включително метални дистанционери, както и основи, изработени от термопласти, в печатни платки.

PTFE основи с фибростъкло се използват във високоскоростни вериги. Различни композитни основи от "кевлар и кварц", както и мед - инвар - мед се използват в случаите, когато е необходимо да има коефициент на топлинно разширение, близък до коефициента на разширение на алуминиевия оксид, например, в случай на монтаж на различни керамични кристални носители (микрокуфари) на платка. Сложните субстрати на базата на полиимид се използват предимно във високомощни вериги или високотемпературни PCB приложения.

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. Нашата компания доставя следните видовематериали 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 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, а показателите за технологичност и цена излизат на преден план. Тук можем да предложим следните материали:

• XPC, FR1, FR2 - фолио getinaks (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 е 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.

Сега мнозинството електронни схемиизвършва се с помощта на печатни платки. С помощта на технологиите за производство на печатни платки се произвеждат и готови компоненти за микроелектроника - хибридни модули, които съдържат компоненти с различно функционално предназначение и степен на интеграция. Многослойните печатни платки и електронните компоненти с висока степен на интеграция позволяват да се намалят характеристиките на теглото и размерите на електрониката и компютърните компоненти. Сега печатната платка е на повече от сто години.

Печатна електронна платка

Това (на английски PCB - печатна платка)- плоча, изработена от електроизолационен материал (гетинакс, текстолит, фибростъкло и други подобни диелектрици), върху чиято повърхност по някакъв начин са разположени тънки електропроводими ленти (печатни проводници) с контактни площадки за свързване на монтирани радио елементи, включително модули и интегрални схеми приложено. Тази формулировка е взета дословно от Политехническия речник.

Има по-универсална формула:

Печатната платка се отнася до дизайн на фиксирани електрически връзки върху изолираща основа.

Основните структурни елементи на печатната платка са диелектрична основа (твърда или гъвкава), върху чиято повърхност са разположени проводниците. Диелектричната основа и проводниците са необходими и достатъчни елементи, за да бъде печатна платка печатна платка. За да инсталирате компоненти и да ги свържете към проводници, използвайте допълнителни елементи: контактни площадки, преходни метализирани и монтажни отвори, съединителни ламели, зони за топлоотвеждане, екраниращи и тоководещи повърхности и др.

Преходът към печатни платки бележи качествен скок в областта на проектирането на електронно оборудване. Печатната платка съчетава функциите на носител на радиоелементи и електрическото свързване на такива елементи. Последната функция не може да бъде изпълнена, ако не е осигурено достатъчно ниво на изолационно съпротивление между проводниците и другите проводими елементи на печатната платка. Следователно субстратът на PCB трябва да действа като изолатор.

Историческа справка

През 20-те и 30-те години на миналия век са издадени много патенти за проекти на печатни платки и методи за тяхното производство. Първите методи за производство на печатни платки остават предимно адитивни (развитието на идеите на Томас Едисон). Но в съвременната си форма печатната платка се появи благодарение на използването на технологии, заимствани от печатарската индустрия. Печатната платка е директен превод от английския печатен термин printing plate („печатна плоча“ или „матрица“). Затова австрийският инженер Пол Айслер се смята за истинския „баща на печатните платки“. Той е първият, който заключава, че печатните (субтрактивни) технологии могат да се използват за масово производство на печатни платки. При субтрактивните технологии изображението се формира чрез премахване на ненужни фрагменти. Пол Айслер разработва технологията за галванично отлагане на медно фолио и ецването му с железен хлорид. Технологиите за масово производство на печатни платки са търсени още по време на Втората световна война. И от средата на 50-те години започва формирането на печатни платки като конструктивна основарадиооборудване не само за военни цели, но и за битови нужди.

PCB материали

Основни диелектрици за печатни платки

Познаването на параметрите на материалите за печатни платки, както еднослойни, така и многослойни, е важно за всеки, който се занимава с тяхното използване, особено за печатни платки за устройства с повишена скорост и микровълни. 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%.

Tg - температура на встъкляване (разрушаване на структурата)

Dk - диелектрична константа

Основни диелектрици за микровълнови печатни платки

Типичните дизайни на печатни платки се основават на използването на стандартен тип фибростъкло FR4, с работна температура от –50 до +110 °C и температура на встъкляване Tg (омекване) около 135 °C.
При повишени изисквания за топлоустойчивост или при монтиране на плоскости в безоловна технологична пещ (t до 260 °C), висока температура FR4 Висока Tgили FR5.
Ако има изисквания за продължителна работа при високи температури или при резки 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 дъски с Микровълнови вериги(над 2 GHz) се използват отделни слоеве микровълнов материал, или дъската е изцяло изработена от микровълнов материал. Най-известните доставчици на специални материали са Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Цената на тези материали е по-висока от FR4 и условно е показана в предпоследната колона на таблицата спрямо цената на FR4.

*Dk- диелектричната константа

Dk - диелектрична константа

PCB подложки покрития

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 се заменя с повече модерни покрития, като правило, 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.

Възможните опции за покриване на MPP сайтове са в таблица 7.

HASL се използва навсякъде, освен ако не се изисква друго.

Имерсионно (химическо) позлатяванеизползва се за осигуряване на по-равномерна повърхност на платката (това е особено важно за BGA подложките), но има малко по-ниска спойка. Запояването в пещ се извършва по приблизително същата технология като HASL, но ръчно запояванеизисква 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).

Тенекия за потапянеосигурява плоска повърхности добра запояемост, въпреки че има и ограничен срок на годност за запояване. Безоловният HAL има същите свойства като съдържащия олово HAL, но съставът на спойката е приблизително 99,8% калай и 0,2% добавки.

Контакти на съединителя на ножакоито 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.

Забележка: Всички покрития с изключение на HASL са съвместими с RoHS и са подходящи за безоловно запояване.

Защитни и други видове покрития на печатни платки

Защитните покрития се използват за изолиране на повърхности на проводници, които не са предназначени за запояване.

За да завършим картината, нека разгледаме функционалното предназначение и материалите на покритията на печатни платки.

1. маска за запояване - нанесен върху повърхността на платката за защита на проводниците от случайно късо съединение и замърсяване, както и за защита на ламинат от фибростъкло от термичен шок по време на запояване. Маската не носи никакво друго функционално натоварване и не може да служи като защита от влага, мухъл, повреда и др. (освен когато се използва специални видовемаски).
2. Маркировка - нанесен върху платката с боя върху маска, за да се опрости идентификацията на самата платка и компонентите, разположени върху нея.
3. Отлепваща се маска - прилага се върху определени области на 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.
4. Въглеродно контактно покритие - приложени към определени места на дъската като контактни полета за клавиатури. Покритието има добра проводимост, не се окислява и е устойчиво на износване.
5. 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%).
6. Сребърни контактни джъмпери - могат да се прилагат като допълнителни проводници, създавайки друг проводим слой, когато няма достатъчно място за маршрутизиране. Използва се главно за еднослойни и двустранни печатни платки.

Дизайн на печатни платки

Най-далечният предшественик на печатните платки е обикновеният проводник, най-често изолиран. Той имаше значителен недостатък. В условия на високи вибрации е необходимо използването на допълнителни механични елементи за фиксиране вътре в REA. За целта са използвани носачи, на които са монтирани радиоелементи, самите радиоелементи и конструктивни елементи за междинни връзки и фиксиращи проводници. Това е обемна инсталация.

Печатните платки нямат тези недостатъци. Техните проводници са фиксирани на повърхността, тяхното положение е фиксирано, което дава възможност да се изчислят техните взаимни връзки. По принцип печатните платки вече се доближават до плоските структури.

На начална фазаприложения, печатните платки имат едностранни или двустранни проводими пътеки.

Едностранна печатна платка- това е плоча, от едната страна на която има направени проводници в печатен вид. При двустранните печатни платки проводниците също заемат празната обратна страна на плочата. И беше предложено да ги свържем различни опции, сред които най-разпространени са метализираните преходни отвори. Фрагменти от дизайна на най-простите едностранни и двустранни печатни платки са показани на фиг. 1.

Двустранна печатна платка- използването им вместо едностранни беше първата стъпка към прехода от равнина към обем. Ако се абстрахираме (мислено изхвърлим подложката на двустранната печатна платка), получаваме триизмерна структура от проводници. Между другото, тази стъпка беше предприета доста бързо. Приложението на Алберт Хансън вече посочи възможността за поставяне на проводници от двете страни на субстрата и свързването им чрез проходни отвори.

Ориз. 1. Фрагменти от дизайна на печатни платки а) едностранни и 6) двустранни: 1 - монтажен отвор, 2 - контактна подложка, 3 - проводник, 4 - диелектрична подложка, 5 - преходен метализиран отвор

По-нататъшното развитие на електрониката - микроелектрониката доведе до използването на многощифтови компоненти (чиповете могат да имат повече от 200 пина), а броят на електронните компоненти се увеличи. От своя страна използването на цифрови микросхеми и увеличаването на тяхната производителност доведе до повишени изисквания за тяхното екраниране и разпределение на мощността към компонентите, за които бяха включени специални екраниращи проводими слоеве в многослойни платки на цифрови устройства (например компютри). Всичко това доведе до увеличаване на взаимовръзките и тяхната сложност, което доведе до увеличаване на броя на слоевете. В съвременните печатни платки може да бъде много повече от десет. В известен смисъл многослойната печатна платка придоби обем.

Многослоен дизайн на печатни платки

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.

Многослойните печатни платки сега представляват две трети от световното производство на печатни платки по отношение на цената, въпреки че в количествено отношение те са по-ниски от едностранните и двустранните платки.

Схематичен (опростен) фрагмент от дизайна на съвременна многослойна печатна платка е показан на фиг. 2. Проводниците в такива печатни платки се разполагат не само на повърхността, но и в обема на подложката. В същото време се запазва разположението на слоевете на проводниците един спрямо друг (последствие от използването на технологии за планарно печатане). Наслояването неминуемо присъства в наименованията на печатните платки и техните елементи – едностранни, двустранни, многослойни и т.н. Наслояването всъщност отразява дизайна и технологиите за производство на печатни платки, отговарящи на този дизайн.

Ориз. 2. Фрагмент от дизайна на многослойна печатна платка: 1 - през метализиран отвор, 2 - сляпа микровия, 3 - скрита микровия, 4 - слоеве, 5 - скрити междинни дупки, 6 - контактни площадки

В действителност дизайнът на многослойните печатни платки се различава от показания на фиг. 2.

По отношение на структурата си MPP са много по-сложни от двустранните плоскости, както и технологията на тяхното производство е много по-сложна. И самата им структура се различава значително от тази, показана на фиг. 2. Те включват допълнителни екраниращи слоеве (земя и захранване), както и няколко сигнални слоя.

В действителност те изглеждат така:

а) Схематично	За да се осигури превключване между MPP слоеве, се използват междинни отвори и микроотверстия (фиг. 3.а. Междуслойните преходи могат да бъдат направени под формата на проходни отвори, свързващи външните слоеве един с друг и с вътрешните слоеве. Използват се също слепи и скрити проходи. Щората е метализиран свързващ канал, видим само от горната или долната страна на платката. Скритите отвори се използват за свързване на вътрешните слоеве на платката един към друг. Използването им позволява значително да се опрости оформлението на платките; например 12-слоен MPP дизайн може да бъде намален до еквивалентен 8-слоен. превключване Microvias са разработени специално за повърхностен монтаж, свързващи контактни площадки и сигнални слоеве.
в) за яснота в 3D изглед	За производството на многослойни печатни платки няколко диелектрика, ламинирани с фолио, се свързват един към друг с помощта на лепилни уплътнения - препреги. На фигура 3.c препрегът е показан в бяло. Prepreg залепва слоевете на многослойна печатна платка заедно по време на термично пресоване. Общата дебелина на многослойните печатни платки расте непропорционално бързо с броя на сигналните слоеве. В тази връзка е необходимо да се вземе предвид голямото съотношение на дебелината на дъската към диаметъра на проходните отвори, което е много строг параметър за процеса на метализация на отворите. Въпреки това, дори като се имат предвид трудностите при покриване на малки проходни отвори, производителите на многослойни печатни платки предпочитат да постигнат висока плътностинсталация поради по-голям брой сравнително евтини слоеве, а не по-малък брой с висока плътност, но съответно по-скъпи слоеве.
с) рисуване 3	Фигура 3.c показва приблизителна структура на слоевете на многослойна печатна платка, като се посочва тяхната дебелина.

Владимир Уразаев [L.12]вярва, че развитието на дизайна и технологиите в микроелектрониката протича в съответствие с обективно съществуващия закон за развитие на техническите системи: проблемите, свързани с разположението или движението на обекти, се решават чрез преместване от точка към линия, от линия към равнина, от равнина до триизмерно пространство.

Мисля, че печатните платки ще трябва да се подчиняват на този закон. Съществува потенциална възможност за внедряване на такива многостепенни (безкрайно ниво) печатни платки. Това се доказва от богатия опит в използването на лазерни технологии в производството на печатни платки, също толкова богатия опит в използването на лазерна стереолитография за формиране на триизмерни обекти от полимери, тенденцията за увеличаване на термичната устойчивост на основните материали и т.н. , такива продукти ще трябва да се наричат ​​по друг начин. Тъй като терминът "печатна платка" вече няма да отразява нито вътрешното им съдържание, нито технологията на производство.

Може би това ще се случи.

Но ми се струва, че триизмерните дизайни в дизайна на печатни платки вече са известни - това са многослойни печатни платки. А обемната инсталация на електронни компоненти с местоположението на контактните площадки върху всички повърхности на радиокомпонентите намалява технологичността на тяхната инсталация, качеството на взаимовръзките и усложнява тяхното тестване и поддръжка.

Бъдещето ще покаже!

Гъвкави печатни платки

За повечето хора печатната платка е просто твърда плоча с електропроводими връзки.

Твърдите печатни платки са най-популярният продукт, използван в радиоелектрониката, за който почти всеки знае.

Но има и гъвкави печатни платки, които все повече разширяват обхвата си на приложение. Пример са така наречените гъвкави печатни кабели (примки). Такива печатни платки изпълняват ограничен набор от функции (функцията на субстрат за радиоелементи е изключена). Те служат за комбиниране на конвенционални печатни платки, заместващи снопове. Гъвкавите печатни платки придобиват еластичност поради факта, че техният полимерен „субстрат“ е във високо еластично състояние. Гъвкавите печатни платки имат две степени на свобода. Те дори могат да бъдат сгънати в лента на Мьобиус.

рисуване 4

Една или дори две степени на свобода, но много ограничена свобода, могат да бъдат дадени и на конвенционалните твърди печатни платки, в които полимерната матрица на субстрата е в твърдо, стъкловидно състояние. Това се постига чрез намаляване на дебелината на основата. Едно от предимствата на релефните печатни платки, направени от тънки диелектрици, е способността да им се придаде "закръгленост". Така става възможно да се координира тяхната форма и формата на обекти (ракети, космически обектии т.н.), в които могат да бъдат поставени. Резултатът е значително спестяване на вътрешния обем на продуктите.

Техният съществен недостатък е, че с увеличаването на броя на слоевете гъвкавостта на такива печатни платки намалява. А използването на конвенционални негъвкави компоненти създава необходимост от фиксиране на формата им. Тъй като огъването на такива печатни платки с негъвкави компоненти води до високо механично напрежение в точките, където те се свързват с гъвкавата печатна платка.

Междинна позиция между твърдите и гъвкавите печатни платки заемат "древните" печатни платки, състоящи се от твърди елементи, сгънати като акордеон. Такива „акордеони“ вероятно са довели до идеята за създаване на многослойни печатни платки. Съвременните твърдо-гъвкави печатни платки са изпълнени по различен начин. Говорим основно за многослойни печатни платки. Те могат да комбинират твърди и гъвкави слоеве. Ако гъвкавите слоеве се преместят отвъд твърдите, можете да получите печатна платка, състояща се от твърд и гъвкав фрагмент. Друга възможност е да свържете два твърди фрагмента с гъвкав.

Класификацията на дизайните на печатни платки въз основа на наслояването на техния проводящ модел обхваща повечето, но не всички дизайни на печатни платки. Например, за производството на тъкани платки или кабели, оборудването за тъкане, а не печатът, се оказа подходящо. Такива „печатни платки“ вече имат три степени на свобода. Също като обикновената материя, те могат да придобият най-причудливи форми и форми.

Печатни платки върху основа с висока топлопроводимост

IN напоследък, има увеличение на генерирането на топлина електронни устройствакоето е свързано с:

Повишена производителност на изчислителните системи,

Нужди от превключване с висока мощност,

Нарастващото използване на електронни компоненти с повишено генериране на топлина.

Последното се проявява най-ясно в технологията на LED осветлението, където рязко се увеличи интересът към създаването на източници на светлина на базата на мощни ултра-ярки светодиоди. Светлинната ефективност на полупроводниковите светодиоди вече е достигнала 100lm/W. Такива свръхярки светодиоди заменят конвенционалните лампи с нажежаема жичка и намират приложение в почти всички области на осветителната техника: улични лампи, автомобилно осветление, аварийно осветление, рекламни надписи, LED панели, мигачи, тикери, светофари и др. Тези светодиоди са станали незаменими в декоративното осветление и системите за динамично осветление поради своя монохромен цвят и скорост на превключване. Също така е полезно да се използват там, където е необходимо стриктно да се пести енергия, където честата поддръжка е скъпа и където изискванията за електрическа безопасност са високи.

Проучванията показват, че приблизително 65-85% от електричеството при работа на LED се преобразува в топлина. Въпреки това, при спазване на топлинните условия, препоръчани от производителя на LED, експлоатационният живот на LED може да достигне 10 години. Но ако топлинните условия са нарушени (обикновено това означава работа с температура на преход над 120...125°C), експлоатационният живот на светодиода може да падне 10 пъти! И ако препоръчителните топлинни условия са грубо нарушени, например, когато светодиодите от тип емитер са включени без радиатор за повече от 5-7 секунди, светодиодът може да се повреди при първото включване. Освен това повишаването на температурата на прехода води до намаляване на яркостта на сиянието и изместване на работната дължина на вълната. Ето защо е много важно правилно да се изчисли топлинният режим и, ако е възможно, да се разсее топлината, генерирана от светодиода, доколкото е възможно.

Големи производители мощни светодиоди, като Cree, Osram, Nichia, Luxeon, Seoul Semiconductor, Edison Opto и др., отдавна ги произвеждат под формата на LED модули или клъстери върху печатни платки с метална основа (в международната класификация IMPCB - Insulated Metal Printed Circuit Board, или AL PCB - печатни платки на алуминиева основа).

Фигура 5

Тези печатни платки на алуминиева основа имат ниско и фиксирано термично съпротивление, което прави възможно при инсталирането им на радиатор просто да се осигури отвеждане на топлината от p-n прехода на светодиода и да се гарантира неговата работа през целия му експлоатационен живот.

Като материали с висока топлопроводимост за основите на такива печатни платки се използват мед, алуминий и различни видове керамика.

Проблеми на технологията на промишленото производство

Историята на развитието на технологията за производство на печатни платки е история на подобряване на качеството и преодоляване на проблемите, които възникват по пътя.

Ето някои от подробностите за него.

Печатните платки, произведени чрез метализация на проходни отвори, въпреки широкото им разпространение, имат много сериозен недостатък. От гледна точка на дизайна, най-слабото звено на такива печатни платки е кръстовището на метализираните стълбове във отворите и проводимите слоеве (контактни подложки). Връзката между метализираната колона и проводящия слой се осъществява по края на контактната подложка. Дължината на връзката се определя от дебелината на медното фолио и обикновено е 35 микрона или по-малко. Галванична метализацияСтените на отворите се предшестват от етап на химическа метализация. Химическата мед, за разлика от галваничната мед, е по-ронлива. Следователно връзката на метализираната колона с крайната повърхност на контактната подложка се осъществява чрез междинен подслой от химическа мед, който е с по-слаби якостни характеристики. Коефициентът на топлинно разширение на ламината от фибростъкло е много по-голям от този на медта. При преминаване през температурата на встъкляване на епоксидната смола разликата се увеличава рязко. При термични удари, които една печатна платка изпитва по различни причини, връзката е подложена на много големи механични натоварвания и... се скъсва. В резултат на това се счупва електрическа веригаи производителността е нарушена електрическа схема.

Ориз. 6. Междинни флакони в многослойни печатни платки: а) без диелектрично подрязване, 6) с диелектрично подрязване 1 - диелектрик, 2 - контактна площадка на вътрешния слой, 3 - химическа мед, 4 - галванична мед

Ориз. 7. Фрагмент от дизайна на многослойна печатна платка, направена чрез послойно изграждане: 1 - междуслойно съединение, 2 - проводник на вътрешен слой, 3 - монтажна подложка, 4 - проводник на външен слой, 5 - диелектрични слоеве

В многослойните печатни платки повишаването на надеждността на вътрешните връзки може да се постигне чрез въвеждане на допълнителна операция - подрязване ( частично отстраняване) диелектрик във отвори преди метализация. В този случай свързването на метализирани стълбове с контактни площадки се извършва не само в края, но и частично по протежение на външните пръстеновидни зони на тези площадки (фиг. 6).

По-висока надеждност на метализираните отвори на многослойни печатни платки беше постигната с помощта на технологията за производство на многослойни печатни платки по метода на изграждане слой по слой (фиг. 7). Връзки между проводими елементи отпечатани слоевеПри този метод те се извършват чрез галванично израстване на мед в отворите на изолационния слой. За разлика от метода на метализиране на проходни отвори, в този случай отворите се запълват изцяло с мед. Зоната на свързване между проводимите слоеве става много по-голяма и геометрията е различна. Прекъсването на такива връзки не е толкова лесно. Все пак тази технология също е далеч от идеалната. Преходът „галванична мед - химическа мед - галванична мед“ все още остава.

Печатните платки, направени чрез метализиране на проходни отвори, трябва да издържат най-малко четири (многослойни най-малко три) презапояване. Релефните печатни платки позволяват много по-голям брой презапоявания (до 50). Според разработчиците метализираните отвори в релефните печатни платки не намаляват, а увеличават тяхната надеждност. Какво причини такъв рязък качествен скок? Отговорът е лесен. В технологията за производство на релефни печатни платки проводимите слоеве и свързващите ги метализирани колони се изпълняват в един технологичен цикъл (едновременно). Следователно няма преход „галванична мед - химическа мед - галванична мед“. Но такъв висок резултат беше получен в резултат на изоставянето на най-разпространената технология за производство на печатни платки, в резултат на прехода към различен дизайн. Не е препоръчително да се изоставя методът за метализиране на проходни отвори по много причини.

Как да бъдем?

Отговорността за образуването на бариерен слой на кръстовището на краищата на контактните подложки и метализираните бутала пада основно върху технолозите. Те успяха да решат този проблем. Революционни промени в технологията за производство на печатни платки са направени чрез методи за директна метализация на дупки, което елиминира етапа на химическа метализация, ограничавайки се само до предварително активиране на повърхността. Освен това процесите на директна метализация се изпълняват по такъв начин, че проводящ филм се появява само там, където е необходимо - на повърхността на диелектрика. В резултат на това бариерният слой в метализираните отвори на печатни платки, произведени чрез директна метализация на отвори, просто отсъства. Не е ли, красив начинразрешаване на техническо противоречие?

Също така беше възможно да се преодолее техническото противоречие, свързано с метализацията отвори. Покритите отвори могат да се превърнат в слабо звено в печатните платки по друга причина. Дебелината на покритието на стените на отворите в идеалния случай трябва да е еднаква по цялата им височина. В противен случай отново възникват проблеми с надеждността. Физическата химия на процесите на галванопластика противодейства на това. Идеалният и действителният профил на покритие в метализирани отвори са показани на фиг. 5. Дебелината на покритието в дълбочината на дупката обикновено е по-малка, отколкото на повърхността. Причините са много различни: неравномерна плътност на тока, катодна поляризация, недостатъчна скорост на обмен на електролита и т.н. В съвременните печатни платки диаметърът на преходните отвори, които трябва да се метализират, вече надвишава 100 микрона, а съотношението на височината към диаметъра на отвора в някои случаи достига до 20:1. Ситуацията се усложни изключително много. Физическите методи (използване на ултразвук, увеличаване на интензивността на обмена на течности в отворите на печатни платки и др.) вече са изчерпали възможностите си. Дори вискозитетът на електролита започва да играе значителна роля.

Ориз. 8. Напречно сечение на метализиран сквозен отвор в печатна платка. 1 - диелектрик, 2 - идеален профил на метализация на стените на отвора, 3 - реален профил на метализация на стените на отвора,
4 - съпротива

Традиционно този проблем се решава чрез използване на електролити с изравняващи добавки, които се адсорбират в области, където плътността на тока е по-висока. Сорбцията на такива добавки е пропорционална на плътността на тока. Добавките създават бариерен слой, за да противодействат на излишното покритие върху острите ръбове и съседните области (по-близо до повърхността на печатната платка).

Друго решение на този проблем е известно теоретично от дълго време, но на практика беше възможно да се приложи съвсем наскоро - след като промишленото производство на мощни импулсни захранвания беше усвоено. Този метод се основава на използването на импулсен (обратен) режим на захранване за галванични вани. През повечето време се доставя постоянен ток. В този случай се получава отлагане на покритие. Обратният ток се доставя през малка част от времето. В същото време отложеното покритие се разтваря. Неравномерната плътност на тока (повече при остри ъгли) в този случай носи само ползи. Поради тази причина разтварянето на покритието става първо и в по-голяма степен на повърхността на печатната платка. Това техническо решение използва цял "букет" от техники за разрешаване на технически противоречия: използвайте частично излишно действие, превръщайки вредата в полза, приложете преход от непрекъснат процес към импулсен, направете обратното и т.н. И резултатът получената съответства на този „букет“. С определена комбинация от продължителността на импулсите напред и назад е възможно дори да се получи дебелина на покритието в дълбочината на отвора, която е по-голяма от тази на повърхността на печатната платка. Ето защо тази технология се оказа незаменима за запълване на слепи отвори с метал (обща характеристика на съвременните печатни платки), поради което плътността на свързване в печатната платка е приблизително удвоена.

Проблемите, свързани с надеждността на метализираните отвори в печатните платки, са от локален характер. Следователно противоречията, които възникват в процеса на тяхното развитие по отношение на печатните платки като цяло, също не са универсални. Въпреки че такива печатни платки заемат лъвския дял от пазара за всички печатни платки.

Освен това в процеса на разработка се решават и други проблеми, пред които са изправени технолозите, но потребителите дори не се замислят за тях. Ние получаваме многослойни печатни платки за нашите нужди и ги използваме.

Микроминиатюризация

В началния етап на печатни платки са монтирани същите компоненти, които са използвани за обемен монтаж на електронни устройства, но с известна модификация на щифтовете за намаляване на размера им. Но най-често срещаните компоненти могат да бъдат инсталирани на печатни платки без модификация.

С появата на печатните платки стана възможно да се намали размерът на компонентите, използвани в печатните платки, което от своя страна доведе до намаляване на работните напрежения и токове, консумирани от тези елементи. От 1954 г. Министерството на електроцентралите и електрическата промишленост масово произвежда преносим радиоприемник с тръба Дорожни, който използва печатна платка.

С появата на миниатюрни полупроводникови усилвателни устройства - транзистори, печатните платки започнаха да доминират в домакинските уреди, а малко по-късно и в индустрията, а с появата на фрагменти от електронни схеми - функционални модули и микросхеми - комбинирани на един чип, техният дизайн вече е предвидено за инсталиране изключително на непечатни платки.

С непрекъснатото намаляване на размера на активните и пасивните компоненти се появи нова концепция - „Микроминиатюризация“.

В електронните компоненти това доведе до появата на LSI и VLSI, съдържащи много милиони транзистори. Появата им наложи увеличаване на броя на външните връзки (вижте контактната повърхност на графичния процесор на фигура 9.a), което от своя страна предизвика усложнение в оформлението на проводимите линии, което може да се види на фигура 9.b.

Такъв GPU панел и процесорсъщо - нищо повече от малка многослойна печатна платка, върху която са разположени самият процесорен чип, окабеляването на връзките между щифтовете на чипа и контактното поле и външни елементи (обикновено филтърни кондензатори на системата за разпределение на енергия).

Фигура 9

И нека не ви изглежда като шега, процесорът от 2010 г. на Intel или AMD също е печатна платка, при това многослойна.

Фигура 9а

Развитието на печатни платки, както и електронното оборудване като цяло, е линия на намаляване на неговите елементи; тяхното уплътняване върху отпечатаната повърхност, както и намаляването на електронни елементи. В този случай „елементи“ трябва да се разбират както като собствена собственост на печатни платки (проводници, отвори и т.н.), така и като елементи от суперсистемата (монтаж на печатни платки) - радиоелементи. Последните изпреварват печатните платки по скорост на микроминиатюризация.

Микроелектрониката участва в разработването на VLSI.

Увеличаването на плътността на елементната база изисква същото и от проводниците на печатната платка - носител на тази елементна база. В тази връзка възникват много проблеми, които изискват решения. Ще говорим по-подробно за два такива проблема и начините за тяхното решаване.

Първите методи за производство на печатни платки се основават на залепване на проводници от медно фолио към повърхността на диелектричен субстрат.

Предполага се, че ширината на проводниците и пролуките между проводниците се измерват в милиметри. В тази версия такава технология беше доста работеща. Последвалата миниатюризация на електронното оборудване изисква създаването на други методи за производство на печатни платки, чиито основни версии (субтрактивен, адитивен, полу-адитивен, комбиниран) се използват и до днес. Използването на такива технологии направи възможно реализирането на печатни платки с размери на елементите, измерени в десети от милиметъра.

Постигането на ниво на разделителна способност от приблизително 0,1 mm (100 µm) в печатни платки беше забележително събитие. От една страна, имаше преход „надолу“ с друг порядък. От друга страна, това е един вид качествен скок. Защо? Диелектричната подложка на повечето съвременни печатни платки е фибростъкло - слоеста пластмаса с полимерна матрица, подсилена с фибростъкло. Намаляването на празнините между проводниците на печатната платка доведе до факта, че те са станали съизмерими с дебелината на стъклените нишки или дебелината на тъканите на тези нишки във фибростъкло. И ситуацията, при която проводниците са „къси“ от такива възли, стана съвсем реална. В резултат на това образуването на своеобразни капиляри в ламината от фибростъкло, „подкрепящи“ тези проводници, стана реално. В условия висока влажносткапилярите в крайна сметка водят до влошаване на нивата на изолация между PCB проводниците. За да бъдем по-точни, това се случва дори при нормални условия на влажност. Кондензация на влага в капилярните структури на фибростъклото също се наблюдава при нормални условияВлагата винаги намалява нивото на изолационното съпротивление.

Тъй като такива печатни платки са станали обичайни в съвременното електронно оборудване, можем да заключим, че това е проблем за разработчиците основни материализа печатни платки все още беше възможно да се разреши с помощта на традиционни методи. Но ще се справят ли със следващото значимо събитие? Още един качествен скок вече се случи.

Съобщава се, че експертите SamsungУсвоена е технологията за производство на печатни платки с ширина на проводниците и разстояние между тях 8-10 микрона. Но това не е дебелината на стъклена нишка, а на фибростъкло!

Задачата за осигуряване на изолация в свръхмалките междини между проводниците на настоящите и особено на бъдещите печатни платки е сложна. С какви методи ще бъде решен - традиционен или нетрадиционен - ​​и дали ще бъде решен - времето ще покаже.

Ориз. 10. Гравиране на профили на медно фолио: а - идеален профил, б - реален профил; 1 - защитен слой, 2 - проводник, 3 - диелектрик

Имаше трудности при получаването на ултра-малки (ултра-тесни) проводници в печатни платки. Поради много причини субтрактивните методи са широко разпространени в технологиите за производство на печатни платки. При субтрактивните методи моделът на електрическата верига се формира чрез премахване на ненужните парчета фолио. По време на Втората световна война Пол Айслер разработва технологията за ецване на медно фолио с железен хлорид. Такава непретенциозна технология се използва и днес от радиолюбителите. Индустриална технологияНе е далеч от тази "кухненска" технология. Единствената разлика е, че съставът на разтворите за ецване се промени и се появиха елементи на автоматизация на процеса.

Основният недостатък на абсолютно всички технологии за ецване е, че ецването се извършва не само в желаната посока (към повърхността на диелектрика), но и в нежелана напречна посока. Страничното подрязване на проводниците е сравнимо с дебелината на медното фолио (около 70%). Обикновено вместо идеален профил на проводника се получава профил с форма на гъба (фиг. 10). Когато ширината на проводниците е голяма и в най-простите печатни платки се измерва дори в милиметри, хората просто си затварят очите за страничното подрязване на проводниците. Ако ширината на проводниците е съизмерима с тяхната височина или дори по-малка от нея (днешните реалности), тогава „страничните стремежи“ поставят под въпрос осъществимостта на използването на такива технологии.

На практика размерът на страничното подрязване на печатните проводници може да бъде намален до известна степен. Това се постига чрез увеличаване на скоростта на ецване; използване на струйно изливане (струите на ецващия препарат съвпадат с желаната посока - перпендикулярно на равнината на листа), както и други методи. Но когато ширината на проводника се доближи до неговата височина, ефективността на такива подобрения става очевидно недостатъчна.

Но напредъкът във фотолитографията, химията и технологиите сега прави възможно решаването на всички тези проблеми. Тези решения идват от микроелектронни технологии.

Радиолюбителски технологии за производство на печатни платки

Производството на печатни платки в радиолюбителски условия има свои собствени характеристики и развитието на технологиите все повече увеличава тези възможности. Но процесите продължават да бъдат тяхната основа

Въпросът как евтино да се произвеждат печатни платки у дома тревожи всички радиолюбители, вероятно от 60-те години на миналия век, когато печатните платки намериха широко приложение в домакинските уреди. И ако тогава изборът на технологии не беше толкова голям, днес благодарение на разв модерна технологияРадиолюбителите имат възможност бързо и качествено да произвеждат печатни платки без използването на скъпо оборудване. И тези възможности непрекъснато се разширяват, което позволява качеството на техните творения да става все по-близко до индустриалния дизайн.

Всъщност целият процес на производство на печатна платка може да бъде разделен на пет основни етапа:

• предварителна подготовка на детайла (почистване на повърхността, обезмасляване);
• нанасяне на защитно покритие по един или друг начин;
• отстраняване на излишната мед от повърхността на дъската (ецване);
• почистване на детайла от защитното покритие;
• пробиване на дупки, покритие на дъската с флюс, калайдисване.

Ние разглеждаме само най-често срещаната „класическа“ технология, при която излишната мед се отстранява от повърхността на дъската чрез химическо ецване. Освен това е възможно например да се отстрани мед чрез фрезоване или използване на електрическа искрова инсталация. Тези методи обаче не се използват широко нито в радиолюбителската среда, нито в индустрията (въпреки че производството на платки чрез смилане понякога се използва в случаите, когато е необходимо много бързо да се произвеждат прости печатни платки в единични количества).

И тук ще говорим за първите 4 точки от технологичния процес, тъй като пробиването се извършва от радиолюбител с помощта на инструмента, който има.

У дома е невъзможно да се направи многослойна печатна платка, която да може да се конкурира с промишлени дизайни, поради което обикновено в аматьорски радио условия се използват двустранни печатни платки, а в конструкциите на микровълнови устройства само двустранни.

Въпреки че трябва да се стремите, когато правите печатни платки у дома, трябва да се стремите, когато разработвате схема, да използвате възможно най-много компоненти за повърхностен монтаж, което в някои случаи прави възможно поставянето на почти цялата верига от едната страна на платката. Това се дължи на факта, че все още не е изобретена технология за метализиране на отвори, която да е реално осъществима у дома. Следователно, ако оформлението на платката не може да се направи от едната страна, оформлението трябва да се направи от втората страна, като се използват щифтовете на различни компоненти, инсталирани на платката като междинни отвори, които в този случай ще трябва да бъдат запоени от двете страни на дъска. Разбира се, има различни начини за замяна на метализацията на дупките (с помощта на тънък проводник, поставен в отвора и запоен към пистите от двете страни на платката; с помощта на специални бутала), но всички те имат значителни недостатъци и са неудобни за използване . В идеалния случай дъската трябва да бъде насочена само от едната страна, като се използват минимален брой джъмпери.

Нека сега разгледаме по-подробно всеки един от етапите на производство на печатна платка.

Предварителна подготовка на детайла

Този етап е начален и се състои в подготовка на повърхността на бъдещата печатна платка за нанасяне на защитно покритие върху нея. Като цяло технологията за почистване на повърхности не е претърпяла значителни промени за дълъг период от време. Целият процес се свежда до отстраняване на оксиди и замърсители от повърхността на дъската с помощта на различни абразиви и последващо обезмасляване.

За премахване на тежки замърсявания можете да използвате финозърнеста шкурка („нула“), фин абразивен прах или друг продукт, който не оставя дълбоки драскотини по повърхността на дъската. Понякога можете просто да измиете повърхността на печатната платка с твърда гъба за миене на съдове с препарат или прах (за тези цели е удобно да използвате абразивна гъба за миене на съдове, която прилича на филц с малки включвания на някакво вещество; често такава гъба е залепен към парче порест каучук) . Освен това, ако повърхността на печатната платка е достатъчно чиста, можете напълно да пропуснете етапа на абразивно третиране и да преминете направо към обезмасляване.

Ако върху печатната платка има само дебел оксиден филм, той може лесно да се отстрани чрез третиране на печатната платка за 3-5 секунди с разтвор на железен хлорид, последвано от изплакване в студена течаща вода. Трябва да се отбележи обаче, че е желателно или да се произвеждат тази операцияНепосредствено преди нанасяне на защитното покритие или след нанасянето му съхранявайте детайла на тъмно място, тъй като медта бързо се окислява на светлина.

Последният етап от подготовката на повърхността е обезмасляване. За да направите това, можете да използвате парче мека кърпа без влакна, навлажнена с алкохол, бензин или ацетон. Тук трябва да обърнете внимание на чистотата на повърхността на дъската след обезмасляване, тъй като напоследък започнаха да се появяват ацетон и алкохол със значително количество примеси, които оставят белезникави петна по дъската след изсъхване. Ако случаят е такъв, тогава трябва да потърсите друг обезмаслител. След обезмасляване дъската трябва да се измие под течаща вода студена вода. Качеството на почистването може да се контролира чрез наблюдение на степента на намокряне с вода на медната повърхност. Повърхност, напълно намокрена с вода, без образуване на капки или счупвания във водния филм, е индикатор за нормално ниво на почистване. Смущенията в този воден филм показват, че повърхността не е била достатъчно почистена.

Нанасяне на защитно покритие

Нанасянето на защитно покритие е най важен етапв процеса на производство на печатни платки, като именно те определят 90% от качеството на произведената платка. В момента три метода за нанасяне на защитно покритие са най-популярни в радиолюбителската общност. Ще ги разгледаме в реда на нарастване на качеството на получените при използването им дъски.

На първо място е необходимо да се изясни, че защитното покритие на повърхността на детайла трябва да образува хомогенна маса, без дефекти, с гладки, ясни граници и устойчива на въздействието на химическите компоненти на разтвора за офорт.

Ръчно приложениезащитно покритие

С този метод чертежът на печатната платка се прехвърля ръчно върху ламинат от фибростъкло с помощта на някакво устройство за писане. Напоследък на пазара се появиха много маркери, чиято боя не се отмива с вода и осигурява доста издръжлив защитен слой. В допълнение, за ръчно рисуване можете да използвате дъска за рисуване или друго устройство, напълнено с боя. Например, удобно е да се използва за изтегляне на спринцовка с тънка игла (инсулинови спринцовки с диаметър на иглата 0,3-0,6 mm), нарязани на дължина 5-8 mm, са най-подходящи за тези цели. В този случай пръчката не трябва да се вкарва в спринцовката - багрилото трябва да тече свободно под въздействието на капилярен ефект. Също така, вместо спринцовка, можете да използвате тънка стъклена или пластмасова тръба, протегната над огъня, за да постигнете желания диаметър. Особено внимание трябва да се обърне на качеството на обработка на ръба на тръбата или иглата: когато рисувате, те не трябва да надраскат дъската, в противен случай вече боядисаните зони могат да се повредят. Когато работите с такива устройства, можете да използвате битум или някакъв друг лак, разреден с разтворител, цапонлак или дори разтвор на колофон в алкохол като багрило. В този случай е необходимо да изберете консистенцията на багрилото, така че да тече свободно при рисуване, но в същото време да не изтича и да образува капки в края на иглата или тръбата. Струва си да се отбележи, че ръчният процес на нанасяне на защитно покритие е доста трудоемък и е подходящ само в случаите, когато е необходимо много бързо да се произведе малка платка. Минималната ширина на коловоза, която може да се постигне при ръчно рисуване е около 0,5 mm.

Използване на "технология за лазерен принтер и ютия"

Тази технология се появи сравнително наскоро, но веднага стана широко разпространена поради своята простота и Високо качествополучени плащания. Основата на технологията е прехвърлянето на тонер (прах, използван при печат в лазерни принтери) от всякакъв субстрат към печатна платка.

В този случай са възможни два варианта: или използваният субстрат се отделя от дъската преди ецване, или, ако се използва субстрат алуминиево фолио, то е гравирано заедно с мед .

Първият етап от използването на тази технология е отпечатване на огледален образ на модела на печатната платка върху субстрат. Настройките за печат на принтера трябва да бъдат зададени на максимално качество на печат (тъй като в този случай се прилага най-дебелият слой тонер). Като подложка можете да използвате тънка хартия с покритие (корици от различни списания), факс хартия, алуминиево фолио, фолио за лазерни принтери, подложка от самозалепващо фолио Oracal или други материали. Ако използвате хартия или фолио, които са твърде тънки, може да се наложи да ги залепите около периметъра върху парче дебела хартия. В идеалния случай принтерът трябва да има път на хартията без прегъвания, което предотвратява срутването на такъв сандвич в принтера. Това също е от голямо значение при печат върху фолио или филмова основа Oracal, тъй като тонерът прилепва много слабо към тях и ако хартията вътре в принтера е огъната, има голяма вероятност да прекарате няколко неприятни минути в почистване на фурната на принтера от полепнали остатъци от тонер. Най-добре е принтерът да може да пропуска хартия хоризонтално през себе си, докато печата от горната страна (като HP LJ2100, един от най-добрите принтери за производство на печатни платки). Бих искал веднага да предупредя собствениците на принтери като HP LJ 5L, 6L, 1100, за да не се опитват да печатат върху фолио или основа от Oracal - обикновено такива експерименти завършват с неуспех. Също така, в допълнение към принтера, можете да използвате и копирна машина, използването на която понякога дава дори по-добри резултати в сравнение с принтерите поради нанасянето на дебел слой тонер. Основното изискване към субстрата е той лесно да се отделя от тонера. Освен това, ако използвате хартия, тя не трябва да оставя мъх в тонера. В този случай са възможни два варианта: или субстратът просто се отстранява след прехвърляне на тонера върху платката (в случай на филм за лазерни принтери или основата от Oracal), или предварително се накисва във вода и след това постепенно се отделя (хартия с покритие).

Прехвърлянето на тонер върху платка включва нанасяне на субстрат с тонер върху предварително почистена платка и след това нагряване до температура малко над точката на топене на тонера. Има огромен брой опции как да направите това, но най-простият е да притиснете субстрата към дъската с гореща ютия. В същото време, за равномерно разпределяне на натиска на ютията върху субстрата, се препоръчва да поставите няколко слоя плътна хартия между тях. Много важен въпрос е температурата на ютията и времето на задържане. Тези параметри варират във всеки конкретен случай, така че може да се наложи да проведете повече от един експеримент, преди да получите добри резултати. Тук има само един критерий: тонерът трябва да има време да се разтопи достатъчно, за да залепне за повърхността на дъската, и в същото време не трябва да има време да достигне полутечно състояние, така че ръбовете на пистите да не се изравнявам. След „заваряване“ на тонера към платката е необходимо да се отдели субстрата (с изключение на случая на използване на алуминиево фолио като субстрат: не трябва да се отделя, тъй като се разтваря в почти всички разтвори за ецване). Лазерният филм и основата на Oracal просто се отлепват внимателно, докато обикновената хартия изисква предварително накисване в гореща вода.

Струва си да се отбележи, че поради характеристиките на печат на лазерните принтери, слоят тонер в средата на големи плътни полигони е доста малък, така че трябва да избягвате използването на такива области на дъската, когато е възможно, или ще трябва да ретуширате дъската ръчно след отстраняване на подложката. Като цяло, използването на тази технология, след известно обучение, ви позволява да постигнете ширина на пистите и празнините между тях до 0,3 mm.

Използвам тази технология от много години (откакто лазерният принтер стана достъпен за мен).

Приложение на фоторезисти

Фоторезистът е светлочувствително вещество (обикновено в близката ултравиолетова област), което променя свойствата си, когато е изложено на светлина.

Напоследък на руски пазарВ аерозолни опаковки се появиха няколко вида вносни фоторезисти, които са особено удобни за използване у дома. Същността на използването на фоторезист е следната: фотомаска () се нанася върху дъска с нанесен върху нея слой фоторезист и се осветява, след което осветените (или неекспонирани) участъци от фоторезиста се измиват със специален разтворител , което обикновено е сода каустик (NaOH). Всички фоторезисти са разделени на две категории: положителни и отрицателни. За положителните фоторезисти пистата на дъската съответства на черна зона на фотомаската, а за отрицателните, съответно, прозрачна зона.

Позитивните фоторезисти са най-разпространени, тъй като са най-удобни за използване.

Нека се спрем по-подробно на използването на положителни фоторезисти в аерозолни опаковки. Първата стъпка е подготовката на шаблон за снимка. У дома можете да го получите, като отпечатате дизайн на дъска на лазерен принтер върху филм. В този случай е необходимо да се обърне специално внимание на плътността на черния цвят върху фотомаската, за което трябва да деактивирате всички режими за пестене на тонер и подобряване на качеството на печат в настройките на принтера. Освен това някои компании предлагат изработка на фотомаска на фотоплотер - и вие гарантирате висококачествен резултат.

На втория етап върху предварително подготвената и почистена повърхност на дъската се нанася тънък слой фоторезист. Това става чрез пръскане от разстояние около 20 см. В този случай трябва да се стремим към максимална равномерност на полученото покритие. Освен това е много важно да се гарантира, че няма прах по време на процеса на разпръскване - всяка прашинка, която попадне във фоторезиста, неизбежно ще остави своя отпечатък върху дъската.

След нанасяне на слоя фоторезист е необходимо полученият филм да се изсуши. Препоръчително е да направите това при температура от 70-80 градуса, като първо трябва да изсушите повърхността при ниска температура и едва след това постепенно да увеличите температурата до желаната стойност. Времето за съхнене при посочената температура е около 20-30 минути. В краен случай подсушаване на дъската със стайна температураслед 24 часа. Плочите, покрити с фоторезист, трябва да се съхраняват на хладно и тъмно място.

След нанасянето на фоторезиста следващата стъпка е експонирането. В този случай върху дъската се нанася фотомаска (с отпечатаната страна към дъската, това помага да се увеличи яснотата по време на експозицията), която се притиска към тънко стъкло или. Ако размерът на дъските е достатъчно малък, можете да използвате фотографска плака, измита от емулсията за затягане. Тъй като зоната на максимална спектрална чувствителност на повечето съвременни фоторезисти е в ултравиолетовия диапазон, за осветяване е препоръчително да се използва лампа с голям дял UV радиация в спектъра (DRSh, DRT и др.). В краен случай можете да използвате мощна ксенонова лампа. Времето на експозиция зависи от много причини (вид и мощност на лампата, разстояние от лампата до платката, дебелина на слоя фоторезист и др.) и се избира експериментално. Като цяло обаче времето на излагане обикновено не надвишава 10 минути, дори когато е изложено на пряка слънчева светлина.

(Не препоръчвам да използвате пластмасови плочи, които са прозрачни на видима светлина за пресоване, тъй като те имат силна абсорбция на UV радиация)

Повечето фоторезисти се проявяват с разтвор на натриев хидроксид (NaOH) - 7 грама на литър вода. Най-добре е да използвате прясно приготвен разтвор при температура 20-25 градуса. Времето за проявяване зависи от дебелината на фоторезистния филм и варира от 30 секунди до 2 минути. След проявяване платката може да се ецва в обикновени разтвори, тъй като фоторезистът е устойчив на киселини. Когато използвате висококачествени фотомаски, използването на фоторезист ви позволява да получите следи с ширина до 0,15-0,2 mm.

Офорт

Има много известни съединения за химическо ецване на мед. Всички те се различават по скоростта на реакцията, състава на веществата, освободени в резултат на реакцията, както и наличието на химическите реагенти, необходими за приготвяне на разтвора. По-долу е дадена информация за най-популярните решения за гравиране.

Железен хлорид (FeCl)

Може би най-известният и популярен реагент. Сухият железен хлорид се разтваря във вода, докато се получи наситен разтвор със златистожълт цвят (това ще изисква около две супени лъжици на чаша вода). Процесът на ецване в този разтвор може да отнеме от 10 до 60 минути. Времето зависи от концентрацията на разтвора, температурата и разбъркването. Разбъркването значително ускорява реакцията. За тези цели е удобно да се използва аквариумен компресор, който осигурява смесване на разтвора с въздушни мехурчета. Реакцията се ускорява и при нагряване на разтвора. След приключване на ецването, дъската трябва да се измие обилно с вода, за предпочитане със сапун (за неутрализиране на остатъците от киселина). Недостатъците на това решение включват образуването на отпадъци по време на реакцията, които се утаяват върху дъската и пречат на нормалното протичане на процеса на ецване, както и относително ниската скорост на реакцията.

Амониев персулфат

Леко кристално вещество, което се разтваря във вода в съотношение 35 g вещество към 65 g вода. Процесът на ецване в този разтвор отнема около 10 минути и зависи от площта на медното покритие, което се ецва. За да се осигурят оптимални условия за реакцията, разтворът трябва да е с температура около 40 градуса и да се разбърква непрекъснато. След приключване на ецването дъската трябва да се измие в течаща вода. Недостатъците на това решение включват необходимостта от поддържане на необходимата температура и разбъркване.

Разтвор на солна киселина (HCl) и водороден пероксид (H 2 O 2)

- За да приготвите този разтвор, трябва да добавите 200 ml 35% солна киселина и 30 ml 30% водороден прекис към 770 ml вода. Приготвеният разтвор трябва да се съхранява в тъмна бутилка, не херметически затворена, тъй като при разлагането на водородния прекис се отделя газ. Внимание: когато използвате този разтвор, трябва да се вземат всички предпазни мерки при работа с каустик химикали. Всички работи трябва да се извършват само на чист въздух или под качулка. Ако разтворът попадне върху кожата ви, незабавно я изплакнете обилно с вода. Времето за ецване силно зависи от разбъркването и температурата на разтвора и е от порядъка на 5-10 минути за добре смесен пресен разтвор при стайна температура. Разтворът не трябва да се нагрява над 50 градуса. След ецване дъската трябва да се измие с течаща вода.

Този разтвор след ецване може да бъде възстановен чрез добавяне на H 2 O 2. Необходимото количество водороден прекис се оценява визуално: медна дъска, потопена в разтвора, трябва да бъде пребоядисана от червено до тъмно кафяво. Образуването на мехурчета в разтвора показва излишък на водороден пероксид, което води до забавяне на реакцията на ецване. Недостатъкът на това решение е необходимостта от стриктно спазване на всички предпазни мерки при работа с него.

Решение лимонена киселинаи водороден прекис от Radiokot

В 100 ml фармацевтичен 3% водороден прекис се разтварят 30 g лимонена киселина и 5 g трапезна сол.

Този разтвор трябва да е достатъчен за ецване на 100 cm2 мед с дебелина 35 µm.

Не е необходимо да пестите сол, когато приготвяте разтвора. Тъй като играе ролята на катализатор, той практически не се изразходва по време на процеса на ецване. Пероксид 3% не трябва да се разрежда допълнително, защото когато се добавят други съставки, концентрацията му намалява.

Колкото повече водороден прекис (хидроперит) се добави, толкова по-бързо ще протече процесът, но не прекалявайте - разтворът не се съхранява, т.е. не се използва повторно, което означава, че хидроперитът просто ще бъде преупотребен. Излишният пероксид може лесно да се определи от обилното "бълбукане" по време на ецване.

Въпреки това, добавянето на лимонена киселина и пероксид е напълно приемливо, но е по-рационално да се приготви пресен разтвор.

Почистване на детайла

След приключване на ецването и измиването на дъската е необходимо да се почисти повърхността й от защитното покритие. Това може да се направи с всеки органичен разтворител, например ацетон.

След това трябва да пробиете всички дупки. Това трябва да се направи с остро заточена бормашина максимална скоростелектрически мотор. Ако при нанасяне на защитното покритие не е останало празно пространство в центровете на контактните площадки, е необходимо първо да маркирате дупките (това може да се направи например със сърцевина). След това дефектите (ресни) на задната страна на платката се отстраняват чрез зенкеруване, а на двустранна печатна платка върху мед - със свредло с диаметър около 5 mm в ръчна скоба за едно завъртане на пробийте, без да прилагате сила.

Следващата стъпка е да покриете дъската с флюс, последвано от калайдисване. Могат да се използват специални потоци промишлено производство(най-добре се измива с вода или изобщо не изисква изплакване) или просто покрийте дъската със слаб разтвор на колофон в алкохол.

Калайдисването може да се извърши по два начина:

Потапяне в разтопена спойка

Използвайте поялник и метална плитка, импрегнирана с припой.

В първия случай е необходимо да се направи желязна вана и да се напълни с малко количество нискотопим припой - сплав Rose или Wood. Стопилката трябва да бъде напълно покрита със слой глицерин отгоре, за да се избегне окисляването на спойката. За да загреете ваната, можете да използвате обърната ютия или котлон. Платката се потапя в стопилката и след това се отстранява, като се отстранява излишната спойка с твърда гумена чистачка.

Заключение

Мисля, че този материал ще помогне на читателите да добият представа за дизайна и производството на печатни платки. А за тези, които започват да се занимават с електроника, вземете основните умения да ги правите у дома.За по-пълно запознаване с печатни платки препоръчвам да прочетете [L.2]. Може да се изтегли в интернет.

Литература

1. Политехнически речник. Редакционен екип: Инглинский А. Ю. и др. М.: Съветска енциклопедия. 1989 г.
2. Медведев А. М. Печатни платки. Дизайни и материали. М.: Техносфера. 2005 г.
3. От историята на технологиите за печатни платки // Електроника-НТБ. 2004. № 5.
4. Нови елементи в електронните технологии. Intel поставя началото на ерата на триизмерните транзистори. Алтернатива на традиционните планарни устройства // Electronics-NTB. 2002. № 6.
5. Наистина триизмерни микросхеми - първото приближение // Компоненти и технологии. 2004. № 4.
6. Мокеев М. Н., Лапин М. С. Технологични процеси и системи за производство на тъкани платки и кабели. Л.: LDNTP 1988.
7. Володарски О. Този компютър подхожда ли ми? Електрониката, вплетена в плат, става модерна // Electronics-NTB. 2003. № 8.
8. Медведев А. М. Технология за производство на печатни платки. М.: Техносфера. 2005 г.
9. Медведев А. М. Импулсна метализация на печатни платки // Технологии в електронната индустрия. 2005. № 4
10. Печатни платки - линии за разработка, Владимир Уразаев,

Ламинат FR4

Можете да намерите подробно описание на ламината.

Ламинати в склад на TePro

Микровълнов материал ROGERS

ЗАБЕЛЕЖКА: За да използвате материал ROGERS в производството на платки, моля, посочете това във формуляра за поръчка

Тъй като материалът на Роджърс е много по-скъп от стандартния FR4, ние сме принудени да въведем допълнителна надценка за платки, направени от материал на Роджърс. Работни полета на използвани детайли: 170 × 130; 270 × 180; 370 × 280; 570 × 380.

Ламинати на метална основа

Визуално представяне на материала

Алуминиев ламинат ACCL 1060-1 с диелектрична топлопроводимост 1 W/(m K)

Описание

Алуминиев ламинат CS-AL88-AD2(AD5) с диелектрична топлопроводимост 2(5) W/(m K)

Описание

Prepreg

В производството използваме препреги 2116, 7628 и 1080 клас А (най-висок) от ILM.

Можете да намерите подробно описание на препрегите.

Маска за спойка

Имоти

Можете да намерите подробно описание на маската за запояване.

Често задавани въпроси и отговори за ламинати и предварително импрегнирани материали

Какво е XPC?

Каква е разликата между FR1 и FR2?

Какво е FR2?

Какво е FR3?

Какво е FR4?

Какво е FR5?

Какво е CEM-1?

Какво е CEM-3?

Какво е G10?

Как могат да се сменят ламинатите?

Какво представляват "препрегите"?

Какво означава FR или CEM?

FR4 наистина ли е зелен?

Цветът на логото означава ли нещо?

Значи ли нещо ориентацията на логото?

Какво е UV блокиращ ламинат?

Какви ламинати са подходящи за обшивка през отвори?

Има ли алтернатива за обшивка през дупки?

Какво е "дебелина на материала"?

Какво е: PF-CP-Cu? IEC-249? GFN?

Какво е CTI?

Какво означава #7628? Какви други числа има?

Какво е 94V-0, 94V-1, 94-HB?

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. Произвеждат се от минерални суровини (напр. кварцов пясък) чрез пресоване, леене под налягане или леене на филм.

Метални дъскиизползвани в продукти с високо токово натоварване.

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“.