Osnovni materijal – glavni nosač uređaja za montiranje i elektronskih kola štampane ploče. Osnovni materijal se isporučuje proizvođaču PCB-a u obliku "panela" i reže se na potrebnu veličinu za proizvodnju određene ploče. Postoji mnogo osnovnih materijala za štampane ploče različitih debljina i premaza, kao i različitih električnih i mehanička svojstva, koji utiču na funkcionalnost elektronskog kola. Vidi također PP materijali. Često je osnovni materijal fiberglas sa epoksidnom smolom (FR4), dostupan kao bakarna folija ili prepreg.

Getinax folija - komprimovani slojevi elektroizolacionog papira impregniranog fenolnom ili epoksifenolnom smolom kao vezivom, sa jedne ili obe strane obloženi bakarnom folijom.

Fleksibilnost izolacionog materijala – određuje se brojem ciklusa savijanja oko trna, čiji je promjer jednak nekoliko vrijednosti debljine fleksibilnog dijela.

Tvrda pozlata - Elektrolitičko tvrdo pozlaćenje je površina otporna na trenje koja se koristi za zlatne žice. Na bakarni trag galvaniziramo nikl. Zlato se zatim nanosi na nikl.

Valjana bakarna folija – ima relativno izduženje 5-6 puta veće od elektrolitičke folije, stoga ima veću fleksibilnost, sposobnost savijanja, a takođe i sposobnost mašinska obrada bez delaminacije. Je skupo. Koristi se u proizvodnji fleksibilnih štampanih ploča.

PCB osnovni materijal – materijal (dielektrik) na kojem je izrađen dizajn štampane ploče.

Neojačani osnovni materijali - bakarna folija presvučena smolom sa stanjem B - delimično polimerizovana smola ili sa stanjem C - potpuno polimerizovana smola, kao i tečni dielektrici i dielektrici presvučeni suvim filmom.

Dielektrici bez folije Postoje dvije vrste. 1. Sa slojem ljepila, koji se nanosi za povećanje čvrstoće prianjanja bakra nanesenog tokom procesa proizvodnje PP hemijski; 2. Sa katalizatorom uvedenim u zapreminu dielektrika, koji pospešuje taloženje hemijskog bakra.

PCB sa debelim bakrom - obično debela bakarna ploča je štampana ploča debljine bakra > 105µm. Takve ploče se koriste za visoke struje prekida u automobilskoj i industrijskoj elektronici i za specifične zahtjeve kupaca. Bakar nudi najveću toplotnu provodljivost nakon srebra.
Ploče sa debelim slojem bakra omogućavaju vam:
Visoke sklopne struje
Optimalan prijenos topline uz lokalno grijanje
Povećani vijek trajanja, pouzdanost i nivo integracije
Međutim, prilikom projektovanja ploče, moraju se preduzeti posebne mere predostrožnosti u vezi sa procesom jetkanja; prihvatljive su samo šire strukture provodnika.

Prepregs – izolacijski jastuk koji se koristi za lijepljenje slojeva MPP-a. Izrađeni su od stakloplastike impregniranog nedovoljno polimerizovanim termoreaktivnim epoksidom ili drugim smolama.

SAF (prepreg niskog viskoziteta, prepreg niskog protoka) - ljepljivi materijal s kontroliranom fluidnošću, koji se koristi u proizvodnji GZhP-a, ima prianjanje i na stakloplastike i na poliimid.

Zlatna veza - PCB površina Bond gold je zajednički naziv za površine koje se mogu spajati, obično zlatne površine. Za spajanje se koriste: potapajuće pozlaćenje preko podsloja nikla (ENIG) za spajanje aluminijumske žice(Al), galvanizirano meko zlato za lijepljenje zlatnih žica (Au) i ENEPIG (nikl-paladijeva imersiona pozlata), koje je pogodno za obje metode lijepljenja.
Debljina zlatnog sloja za hemijsku (imerzijsku) pozlatu je oko 0,3-0,6µm, za elektrolitsku (meku) pozlatu oko 1,0-2,0µm i oko 0,05-0,1µm zlata plus 0,05-0,15µm paladijum za ENEPIG. Slojevi zlata su zasnovani na približno 3,0-6,0 µm nikla.

Folija fiberglas laminat – komprimirani slojevi stakloplastike impregnirani epoksifenolom ili epoksidnom smolom. U poređenju sa getinaxom, ima bolja mehanička i električna svojstva, veću otpornost na toplotu i manju apsorpciju vlage.

Tehnološki (potrošni) materijali za proizvodnju PP – fotorezisti, specijalne boje za sito, zaštitne maske, elektroliti za bakrene ploče, jetkanje itd.

Ojačani osnovni materijali i prepregi – netkani stakleni materijali razvijeni posebno za lasersku tehnologiju sa datom geometrijom filamenta i zadatom distribucijom filamenta (ravna strana u smjeru Z-ose), organski materijali s neorijentiranim rasporedom vlakana (aramid), prepreg za lasersku tehnologiju , standardne strukture na bazi staklene tkanine itd.

Folijski dielektrici – sastoje se od fiberglasa od niti; smola koja se koristi za impregnaciju stakloplastike; folija koja se koristi kao metalni premaz za folijske materijale.

Folija i poliimid bez folije – koristi se u elektronskoj opremi odgovorno imenovanje, koji rade na visokim temperaturama, za proizvodnju fleksibilnih štampanih ploča, GPC-a, krutih fleksibilnih štampanih ploča, kao i višeslojnih štampanih ploča, traka za nosače integrisanih kola i velikih hibridnih integrisanih kola sa do 1000 pinova.

Elektrolitička bakrena folija - jeftino; koristi se u proizvodnji GPC-a s velikom gustinom uzoraka provodnika. Ima veću rezoluciju prilikom jetkanja bakra iz praznina u poređenju sa katanom.

CEM 1 je osnovni materijal za štampane ploče napravljene od višeslojnog papira. CEM 1 ima jezgro od papira impregniranog epoksidnom smolom i jedan vanjski sloj od stakloplastike. Zbog papirne podloge, ovaj materijal nije pogodan za oblaganje kroz rupe. Specifikacija materijala je sadržana u dokumentu IPC-4101.

IMDS – Međunarodni sistem podataka o materijalima . IMDS (www.mdsystem.com) su razvili proizvođači automobila kako bi se obuhvatio sastav materijala koji se koriste u automobilima, dijelovi, uređaji i sistemi za identifikaciju pojedinačnih komponenti materijala svakog vozila ili podgrupe (npr. motora).
Od stupanja na snagu Direktive o ELV (06/21/2003), dobavljači u automobilskoj industriji bili su u obavezi da dostave podatke o sastojcima svojih proizvoda kao dio IMDS-a kako bi se utvrdile dostupne stope oporavka.
Mora biti registrovan u IMDS:
Štampane ploče
Montirani PCB
Komponente
ZVEI i Automobilska industrija potpisali su dokument Montažni podaci o materijalu – Saradnja na deklaraciji podataka o materijalu:
Odjeljenje za elektronske komponente i sisteme i Odjel za štampane ploče elektronski sistemi ZVEI, njemačko udruženje proizvođača elektronike i elektronike, razvilo je efikasan koncept za deklarisanje podataka o materijalima elektronskih komponenti i štampanih ploča. Podatke o materijalima treba dobiti formiranjem međukorporativnih grupa proizvoda i standardnih vrijednosti. Ove tabele sa podacima o materijalu, nazvane "kišobran" specifikacije, uveliko pojednostavljuju deklaracije bez vidljivog gubitka tačnosti. Ovaj koncept se uspješno primjenjuje u automobilskoj industriji od 2004. godine.
Da bi primenio krovne specifikacije sa IMDS sistemom, IMDS je izdao Smernicu 019, Štampane ploče. Ove smjernice opisuju način unosa sadržaja materijala sklopljenih štampanih ploča.
Izvod iz tačke 5: Standardna pravila i smjernice za E/E (PCB komponenta) iz IMDS Preporuke 019: „Podaci PCB komponenti u IMDS, Umbrella Spec, IPC1752 ili sličnom formatu su prihvaćeni ako su dogovoreni između poslovnih partnera.“
Krovne specifikacije za IMDS koje je razvio ZVEI sa proizvođačima PCB-a.
Dinamički program olakšava prebrojavanje supstanci sadržanih u štampanoj ploči bilo koje veličine. Površina i broj slojeva su slobodni. Standardne tehnologije su pohranjene u bazi podataka.

RoHS - direktiva o zabrani štetnih supstanci. Ova odredba zakona Evropske unije navodi da elektronski uređaji ne smiju sadržavati olovo ili druge štetne tvari. Za štampane ploče, usklađenost sa RoHS-om kontrolišu dve komponente: osnovni materijal i površina.

Kvalitet isporučenih materijala je usklađen sa standardom IPC4101B, a sistem upravljanja kvalitetom proizvođača potvrđen je međunarodnim certifikatima ISO 9001:2000.

FR4 – laminat od stakloplastike klase otpornosti na vatru 94V-0 je najčešći materijal za proizvodnju štampanih ploča. Naša kompanija snabdeva sledeće vrste materijala za proizvodnju jednostranih i dvostranih štampanih ploča:

• Laminat od fiberglasa FR4 sa temperaturom prelaska stakla od 135ºS, 140ºS i 170ºS za proizvodnju jednostranih i dvostranih štampanih ploča. Debljina 0,5 - 3,0 mm sa folijom 12, 18, 35, 70, 105 mikrona.
• Osnovni FR4 za unutrašnje slojeve MPP sa temperaturama staklastog prelaza od 135ºS, 140ºS i 170ºS
• FR4 prepregovi sa temperaturama staklastog prelaza od 135ºS, 140ºS i 170ºS za presovanje MPP-a
• Materijali XPC, FR1, FR2, CEM-1, CEM-3, HA-50
• Materijali za ploče sa kontrolisanim odvođenjem toplote:
  • (aluminij, bakar, nehrđajući čelik) sa dielektrikom toplinske provodljivosti od 1 W/m*K do 3 W/m*K proizvođača Totking i Zhejiang Huazheng New Material Co.
  • Materijal HA-30 CEM-3 toplotne provodljivosti 1 W/m*K za proizvodnju jednostranih i dvostranih štampanih ploča.

Za neke namjene potreban je kvalitetan nefolijski dielektrik koji ima sve prednosti FR4 (dobra dielektrična svojstva, stabilnost karakteristika i dimenzija, visoka otpornost na nepovoljne klimatske uvjete). Za ove primjene možemo ponuditi FR4 laminat od stakloplastike bez folije.

U mnogim slučajevima gdje su potrebne prilično jednostavne tiskane ploče (u proizvodnji opreme za kućanstvo, raznih senzora, nekih komponenti za automobile itd.), odlična svojstva stakloplastike su suvišna, a pokazatelji proizvodnosti i cijene dolaze do izražaja. Ovdje možemo ponuditi sljedeće materijale:

• XPC, FR1, FR2 - folijski getinaks (baza od celuloznog papira impregniranog fenolnom smolom), široka primena u proizvodnji štampanih ploča za potrošačku elektroniku, audio i video opremu, u automobilskoj industriji (poređane po rastućem redosledu svojstava, i, shodno tome, cijena). Odlično štancanje.
• CEM-1 je laminat baziran na kompoziciji celuloznog papira i fiberglasa sa epoksidnom smolom. Štampice predivno.

U našem asortimanu se nalazi i elektrodeponovana bakarna folija za presovanje MPP proizvođača Kingboard. Folija se isporučuje u rolnama različitih širina, debljine folije su 12, 18, 35, 70, 105 mikrona, folije debljine 18 i 35 mikrona su gotovo uvek dostupne iz našeg skladišta u Rusiji.

Svi materijali su proizvedeni u skladu sa RoHS direktivom, sadržaj štetnih materija je potvrđen relevantnim sertifikatima i RoHS izveštajima o ispitivanju. Takođe, svi materijali, mnogi artikli imaju sertifikate itd.

Danas se većina elektronskih kola proizvodi pomoću štampanih ploča. Tehnologijama proizvodnje štampanih ploča proizvode se i prefabrikovane mikroelektroničke komponente - hibridni moduli koji sadrže komponente različite funkcionalne namene i stepena integracije. Višeslojne štampane ploče i elektronske komponente sa visokim stepenom integracije omogućavaju smanjenje težine i veličine karakteristika elektronike i računarskih komponenti. Sada je štampana ploča stara više od stotinu godina.

Štampana ploča

Ovo (na engleskom PCB - štampana ploča)- ploča od elektroizolacionog materijala (getinaks, tekstolit, fiberglas i drugi slični dielektrici), na čijoj se površini nekako nalaze tanke električno vodljive trake (tiskani provodnici) sa kontaktnim jastučićima za povezivanje montiranih radio elemenata, uključujući module i integrirana kola primijenjeno. Ova formulacija je doslovno preuzeta iz Politehničkog rječnika.

Postoji univerzalnija formulacija:

Štampana ploča se odnosi na dizajn fiksnih električnih interkonekcija na izolacionoj osnovi.

Glavni strukturni elementi štampane ploče su dielektrična baza (kruta ili fleksibilna) na čijoj površini se nalaze provodnici. Dielektrična baza i provodnici su elementi neophodni i dovoljni da štampana ploča bude štampana. Za ugradnju komponenti i njihovo spajanje na provodnike koriste se dodatni elementi: kontaktne pločice, prijelazne ploče i montažne rupe, lamele konektora, površine za odvođenje topline, zaštitne i strujne površine itd.

Prelazak na štampane ploče označio je kvalitativni iskorak u oblasti projektovanja elektronske opreme. Štampana ploča kombinira funkcije nosača radioelemenata i električnog povezivanja takvih elemenata. Posljednja funkcija se ne može izvršiti ako nije osiguran dovoljan nivo izolacijskog otpora između vodiča i drugih vodljivih elemenata tiskane ploče. Stoga, PCB podloga mora djelovati kao izolator.

Istorijska referenca

Tokom 1920-ih i 1930-ih izdani su mnogi patenti za dizajn štampanih ploča i metode za njihovu izradu. Prve metode proizvodnje štampanih ploča ostale su pretežno aditivne (razvoj ideja Thomasa Edisona). Ali u svom modernom obliku, štampana ploča se pojavila zahvaljujući upotrebi tehnologija posuđenih iz štamparske industrije. Štampana ploča je direktan prijevod sa engleskog printing termina printing plate (“printing plate” ili “matrix”). Stoga se austrijski inženjer Paul Eisler smatra pravim „ocem štampanih ploča“. On je prvi zaključio da se štamparske (subtraktivne) tehnologije mogu koristiti za masovnu proizvodnju štampanih ploča. U subtraktivnim tehnologijama, slika se formira uklanjanjem nepotrebnih fragmenata. Paul Eisler je razvio tehnologiju galvanskog taloženja bakarne folije i njenog jetkanja željeznim hloridom. Tehnologije za masovnu proizvodnju štampanih ploča bile su tražene već tokom Drugog svetskog rata. A od sredine 1950-ih počelo je formiranje štampanih ploča kao konstruktivnu osnovu radio oprema ne samo za vojne svrhe, već i za kućnu upotrebu.

PCB materijali

Osnovni dielektrici za štampane ploče

Poznavanje parametara materijala za štampane ploče, kako jednoslojne tako i višeslojne, važno je za sve koji se bave njihovom upotrebom, posebno za štampane ploče za uređaje sa povećanom brzinom i mikrotalasne pećnice. Prilikom dizajniranja MPP-a, programeri se suočavaju sa sljedećim zadacima:
- proračun valnog otpora provodnika na ploči;
- proračun vrijednosti međuslojne visokonaponske izolacije;
- izbor strukture slijepih i skrivenih rupa.
Dostupne opcije i debljine razni materijali date su u tabelama 2–6. Treba uzeti u obzir da je tolerancija na debljinu materijala najčešće do ±10%, pa stoga tolerancija na debljinu gotove višeslojne ploče ne može biti manja od ±10%.

Tg - temperatura prelaska stakla (razaranje strukture)

Dk - dielektrična konstanta

Osnovni dielektrici za mikrotalasne štampane ploče

Tipični dizajn štampanih ploča zasnovan je na upotrebi standardnog tipa fiberglasa FR4, sa radnom temperaturom od –50 do +110 °C, i temperaturom staklastog prelaza Tg (omekšavanje) od oko 135 °C.
Ako postoje povećani zahtjevi za otpornost na toplinu ili kada se ploče postavljaju u pećnicu bez olova (t do 260 °C), visokotemperaturna FR4 Visoka Tg ili FR5.
Kada je potrebno za kontinuirani rad na visokim temperaturama ili naglim promjenama temperature, koristi se poliimid. Osim toga, poliimid se koristi za proizvodnju visokopouzdanih ploča, za vojnu primjenu, kao i u slučajevima kada je potrebna povećana električna snaga.
Za ploče sa Mikrotalasna kola(preko 2 GHz) koriste se odvojeni slojevi mikrotalasni materijal, ili je ploča u potpunosti napravljena od mikrovalnog materijala. Najpoznatiji dobavljači specijalnih materijala su Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Cijena ovih materijala veća je od FR4 i uvjetno je prikazana u pretposljednjoj koloni tabele u odnosu na cijenu FR4.

* Dk - dielektrična konstanta

Dk - dielektrična konstanta

PCB obloge

Najčešće su lokacije premazane legurom kalaja i olova ili PIC-om. Metoda nanošenja i izravnavanja površine lema naziva se HAL ili HASL (od engleskog Hot Air Solder Leveling - izravnavanje lema vrućim zrakom). Ovaj premaz pruža najbolju lemljivost jastučića. Međutim, zamjenjuju ga moderniji premazi, obično kompatibilni sa zahtjevima međunarodne RoHS direktive.

Ova direktiva zahtijeva zabranu prisustva štetnih tvari, uključujući olovo, u proizvodima. Do sada se RoHS ne odnosi na teritoriju naše zemlje, ali je korisno zapamtiti njegovo postojanje.

Moguće opcije za pokrivanje MPP lokacija su u tabeli 7.

HASL se koristi svuda osim ako nije drugačije potrebno.

Potapanje (hemijska) pozlata koristi se za pružanje ravnomjernije površine ploče (ovo je posebno važno za BGA jastučiće), ali ima nešto manju sposobnost lemljenja. Lemljenje u peći izvodi se približno istom tehnologijom kao HASL, ali ručno lemljenje zahtijeva upotrebu posebnih fluksa. Organski premaz, ili OSP, štiti površinu bakra od oksidacije. Njegov nedostatak je kratak rok trajanja lemljenja (manje od 6 mjeseci).

Potapajući lim pruža ravna povrsina i dobru lemljivost, iako ima i ograničen rok trajanja za lemljenje. HAL bez olova ima ista svojstva kao HAL koji sadrži olovo, ali sastav lema je otprilike 99,8% kalaja i 0,2% aditiva.

Kontakti lopatice konektora koji su podložni trenju tokom rada ploče galvanizovani su debljim i čvršćim slojem zlata. Za obje vrste pozlaćenja koristi se donji sloj nikla kako bi se spriječilo širenje zlata.

Napomena: Svi premazi osim HASL-a su usklađeni sa RoHS i pogodni za lemljenje bez olova.

Zaštitne i druge vrste premaza za štampane ploče

Zaštitni premazi se koriste za izolaciju površina vodiča koji nisu namijenjeni za lemljenje.

Da biste upotpunili sliku, razmislite funkcionalna namjena i PCB materijali za oblaganje.

1. Maska za lemljenje - nanosi se na površinu ploče za zaštitu vodiča od slučajnih kratkih spojeva i prljavštine, kao i za zaštitu laminata od fiberglasa od termičkog udara tokom lemljenja. Maska ne nosi nikakvo drugo funkcionalno opterećenje i ne može služiti kao zaštita od vlage, plijesni, kvara itd. (osim kada se koristi posebne vrste maske).
2. Označavanje - nanesena na ploču bojom preko maske kako bi se pojednostavila identifikacija same ploče i komponenti koje se nalaze na njoj.
3. Maska za skidanje - primjenjuje se na određene dijelove ploče koje je potrebno privremeno zaštititi, na primjer, od lemljenja. Lako se uklanja u budućnosti, jer je smjesa nalik gumi i jednostavno se ljušti.
4. Ugljični kontaktni premaz - primijenjena na određena mjesta na ploči kao kontaktna polja za tastature. Premaz ima dobru provodljivost, ne oksidira i otporan je na habanje.
5. Grafitni otporni elementi - može se nanijeti na površinu ploče za obavljanje funkcije otpornika. Nažalost, tačnost apoena je niska - ne tačnija od ±20% (sa laserskim podešavanjem - do 5%).
6. Srebrni kontakt džemperi - mogu se primijeniti kao dodatni provodnici, stvarajući još jedan provodljivi sloj kada nema dovoljno prostora za usmjeravanje. Uglavnom se koristi za jednoslojne i dvostrane štampane ploče.

PCB dizajn

Najdalji prethodnik štampanih ploča je obična žica, najčešće izolirana. Imao je značajnu manu. U uslovima visokih vibracija, zahtevala je upotrebu dodatnih mehaničkih elemenata za fiksiranje unutar REA. U tu svrhu korišteni su nosači na koje su ugrađeni radioelementi, sami radioelementi i konstrukcijski elementi za međuveze i pričvrsne žice. Ovo je volumetrijska instalacija.

Štampane ploče nemaju ovih nedostataka. Njihovi provodnici su fiksirani na površini, njihov položaj je fiksiran, što omogućava izračunavanje njihovih međusobnih veza. U principu, štampane ploče se sada približavaju ravnim strukturama.

On početna faza aplikacijama, štampane ploče su imale jednostrane ili dvostrane provodljive staze.

Single Sided PCB- ovo je ploča na jednoj strani od koje su napravljeni provodnici u štampanom obliku. U dvostranim štampanim pločama provodnici su također zauzimali praznu poleđinu ploče. I bilo je predloženo da ih poveže razne opcije, među kojima su najraširenije metalizirane prijelazne rupe. Fragmenti dizajna najjednostavnijih jednostranih i dvostranih štampanih ploča prikazani su na sl. 1.

Dvostrani PCB- njihova upotreba umjesto jednostranih bila je prvi korak ka prelasku sa ravni na volumen. Ako se apstrahujemo (mentalno odbacimo podlogu dvostrane štampane ploče), dobijamo trodimenzionalnu strukturu provodnika. Inače, ovaj korak je učinjen prilično brzo. Prijava Alberta Hansona je već ukazivala na mogućnost postavljanja provodnika na obje strane podloge i njihovog povezivanja kroz rupe.

Rice. 1. Fragmenti dizajna štampanih ploča a) jednostrani i 6) dvostrani: 1 - montažna rupa, 2 - kontaktna podloga, 3 - provodnik, 4 - dielektrična podloga, 5 - prelazna metalizirana rupa

Dalji razvoj elektronike - mikroelektronike doveo je do upotrebe višepinskih komponenti (čipovi mogu imati više od 200 pinova), a povećao se i broj elektronskih komponenti. Zauzvrat, upotreba digitalnih mikro krugova i povećanje njihovih performansi doveli su do povećanih zahtjeva za njihovim zaštitom i distribucijom energije na komponente, za koje su posebni zaštitni vodljivi slojevi uključeni u višeslojne ploče digitalnih uređaja (na primjer, računala). Sve je to dovelo do povećanja međupovezanosti i njihove složenosti, što je rezultiralo povećanjem broja slojeva. U modernim štampanim pločama može biti mnogo više od deset. U određenom smislu, višeslojni PCB je dobio volumen.

Višeslojni PCB dizajn

U prvoj, najčešći, opciji, unutrašnji slojevi ploče su formirani od dvostranog bakreno laminiranog fiberglasa, koji se naziva "jezgro". Spoljni slojevi su izrađeni od bakarne folije, presovane sa unutrašnjim slojevima pomoću veziva - smolastog materijala koji se zove "prepreg". Nakon presovanja na visokim temperaturama, formira se „tora“ višeslojne štampane ploče u kojoj se zatim buše rupe i metaliziraju. Druga opcija je manje uobičajena, kada se vanjski slojevi formiraju od "jezgri" spojenih prepregom. Ovo je pojednostavljen opis; postoje mnogi drugi dizajni zasnovani na ovim opcijama. Međutim, osnovni princip je da prepreg djeluje kao vezivni materijal između slojeva. Očigledno ne može postojati situacija da su dvije dvostrane "jezgre" susjedne bez prepreg odstojnika, ali je moguća struktura folija-prepreg-folija-prepreg... itd., koja se često koristi u pločama sa složenim kombinacijama slijepe i skrivene rupe.

Višeslojne štampane ploče sada čine dvije trećine globalne proizvodnje štampanih ploča u smislu cijene, iako su u kvantitativnom smislu inferiorne u odnosu na jednostrane i dvostrane ploče.

Šematski (pojednostavljeni) fragment dizajna moderne višeslojne štampane ploče prikazan je na Sl. 2. Provodnici u takvim štampanim pločama se postavljaju ne samo na površinu, već iu zapreminu podloge. Istovremeno je očuvan slojeviti raspored provodnika jedan u odnosu na drugi (posledica upotrebe tehnologija planarne štampe). Slojevitost je neizostavno prisutna u nazivima štampanih ploča i njihovih elemenata - jednostranih, dvostranih, višeslojnih itd. Slojevitost zapravo odražava dizajn i tehnologije izrade štampanih ploča koje odgovaraju ovom dizajnu.

Rice. 2. Fragment dizajna višeslojne štampane ploče: 1 - kroz metalizirani otvor, 2 - slijepi mikroprozor, 3 - skriveni mikroprozor, 4 - slojevi, 5 - skrivene međuslojne rupe, 6 - kontaktne pločice

U stvarnosti, dizajn višeslojnih štampanih ploča razlikuje se od onih prikazanih na Sl. 2.

Po svojoj strukturi, MPP-ovi su mnogo složeniji od dvostranih ploča, kao što je njihova tehnologija proizvodnje mnogo složenija. I sama njihova struktura značajno se razlikuje od one prikazane na sl. 2. Oni uključuju dodatne slojeve štita (uzemljenje i napajanje), kao i nekoliko slojeva signala.

U stvarnosti izgledaju ovako:

a) Šematski	Kako bi se osiguralo prebacivanje između MPP slojeva, koriste se međuslojni i mikroprelazni spojevi (Sl. 3.a. Međuslojni prijelazi mogu se napraviti u obliku prolaznih rupa koje povezuju vanjske slojeve jedni s drugima i sa unutrašnjim slojevima. Koriste se i slijepi i skriveni prolazi. Slijepi prolaz je metalizirani spojni kanal vidljiv samo s gornje ili donje strane ploče. Skriveni spojevi se koriste za povezivanje unutrašnjih slojeva ploče jedan s drugim. Njihova upotreba omogućava značajno pojednostavljenje rasporeda ploča; na primjer, 12-slojni MPP dizajn može se svesti na ekvivalentan 8-slojni. prebacivanje Microvias su razvijeni posebno za površinsku montažu, povezivanje kontaktnih pločica i signalnih slojeva.
c) radi jasnoće u 3D prikazu	Za proizvodnju višeslojnih tiskanih ploča, nekoliko dielektrika laminiranih folijom međusobno se povezuje pomoću ljepljivih brtvi - preprega. Na slici 3.c prepreg je prikazan bijelom bojom. Prepreg spaja slojeve višeslojne štampane ploče tokom termičkog presovanja. Ukupna debljina višeslojnih štampanih ploča raste neproporcionalno brzo sa brojem slojeva signala. S tim u vezi, potrebno je voditi računa o velikom omjeru debljine ploče i prečnika prolaznih rupa, što je vrlo strog parametar za proces prolazne metalizacije rupa. Međutim, čak i uzimajući u obzir poteškoće s metalizacijom prolaznih rupa mali prečnik, višeslojni PCB proizvođači radije postižu velika gustoća ugradnja zbog većeg broja relativno jeftinih slojeva, a ne manjeg broja slojeva visoke gustine, ali shodno tome i skupljih slojeva.
sa) Crtanje 3	Slika 3.c prikazuje približnu strukturu slojeva višeslojne štampane ploče, navodeći njihove debljine.

Vladimir Urazaev [L.12] smatra da se razvoj dizajna i tehnologija u mikroelektronici odvija u skladu s objektivno postojećim zakonom razvoja tehničkih sistema: problemi povezani sa postavljanjem ili kretanjem objekata rješavaju se pomicanjem od tačke do prave, od linije do linije. ravan, iz ravni u trodimenzionalni prostor.

Mislim da će štampane ploče morati da poštuju ovaj zakon. Postoji potencijalna mogućnost implementacije ovakvih višeslojnih (beskonačno nivoa) štampanih ploča. O tome svedoči bogato iskustvo korišćenja laserskih tehnologija u proizvodnji štampanih ploča, jednako bogato iskustvo korišćenja laserske stereolitografije za formiranje trodimenzionalnih objekata od polimera, tendencija povećanja termičke otpornosti osnovnih materijala, itd. , takvi proizvodi će se morati zvati drugačije. Budući da izraz "štampana ploča" više neće odražavati njihov interni sadržaj niti tehnologiju proizvodnje.

Možda će se ovo dogoditi.

Ali čini mi se da su trodimenzionalni dizajni u dizajnu štampanih ploča već poznati - to su višeslojne štampane ploče. A volumetrijska instalacija elektroničkih komponenti s postavljanjem kontaktnih pločica na sve površine radio komponenti smanjuje obradivost njihove ugradnje, kvalitetu interkonekcija i otežava njihovo testiranje i održavanje.

Budućnost će pokazati!

Fleksibilne štampane ploče

Za većinu ljudi, štampana ploča je jednostavno kruta ploča sa električno vodljivim međuvezama.

Krute štampane ploče su najpopularniji proizvod koji se koristi u radio elektronici, za koju gotovo svi znaju.

Ali postoje i fleksibilne štampane ploče, koje sve više proširuju svoju primjenu. Primjer su takozvani fleksibilni štampani kablovi (petlje). Takve štampane ploče obavljaju ograničen raspon funkcija (isključena je funkcija supstrata za radioelemente). Služe za kombinovanje konvencionalnih štampanih ploča, zamjenjujući svežanj. Fleksibilne štampane ploče dobijaju elastičnost zbog činjenice da je njihova polimerna „podloga“ u visoko elastičnom stanju. Fleksibilne štampane ploče imaju dva stepena slobode. Mogu se čak i saviti u Mobius traku.

Crtanje 4

Jedan ili čak dva stepena slobode, ali vrlo ograničena sloboda, mogu se dati i konvencionalnim krutim štampanim pločama, u kojima je polimerna matrica supstrata u krutom, staklastom stanju. To se postiže smanjenjem debljine podloge. Jedna od prednosti reljefnih štampanih ploča napravljenih od tankih dielektrika je mogućnost da im se da „zaobljenost“. Tako postaje moguće uskladiti njihov oblik i oblik objekata (rakete, svemirski objekti, itd.) u koje se mogu postaviti. Rezultat je značajna ušteda u internoj količini proizvoda.

Njihova značajna mana je da kako se broj slojeva povećava, fleksibilnost takvih štampanih ploča opada. A upotreba konvencionalnih nefleksibilnih komponenti stvara potrebu da se popravi njihov oblik. Zato što savijanje takvih PCB-a sa nesavitljivim komponentama dovodi do visokog mehaničkog naprezanja na mjestima gdje se spajaju na fleksibilni PCB.

Srednju poziciju između krutih i fleksibilnih štampanih ploča zauzimaju "stare" štampane ploče, koje se sastoje od krutih elemenata presavijenih poput harmonike. Takve "harmonike" su vjerovatno potakle ideju o stvaranju višeslojnih štampanih ploča. Moderne rigid-flex štampane ploče implementirane su na drugačiji način. Uglavnom govorimo o višeslojnim štampanim pločama. Mogu kombinovati krute i fleksibilne slojeve. Ako se fleksibilni slojevi pomaknu dalje od krutih, možete dobiti tiskanu ploču koja se sastoji od krutog i fleksibilnog fragmenta. Druga mogućnost je povezivanje dva kruta fragmenta sa fleksibilnim.

Klasifikacija dizajna štampanih ploča na osnovu slojevitosti njihovog provodljivog uzorka pokriva većinu, ali ne sve, dizajne štampanih ploča. Na primjer, za proizvodnju tkanih ploča ili kablova, pokazala se prikladna oprema za tkanje, a ne oprema za štampanje. Takve "štampane ploče" već imaju tri stepena slobode. Kao i obična tkanina, mogu poprimiti najbizarnije oblike i oblike.

Štampane ploče na bazi visoke toplotne provodljivosti

IN U poslednje vreme, dolazi do povećanja proizvodnje topline iz elektronskih uređaja, što je povezano sa:

Povećana produktivnost računarskih sistema,

Potrebe za prebacivanje velike snage,

Sve veća upotreba elektronskih komponenti sa povećanom proizvodnjom toplote.

Potonje se najjasnije očituje u tehnologiji LED rasvjete, gdje se naglo povećao interes za stvaranje izvora svjetlosti na bazi moćnih ultra-sjajnih LED dioda. Svjetlosna efikasnost poluvodičkih LED dioda je već dostigla 100lm/W. Ovakve ultra-sjajne LED diode zamjenjuju konvencionalne žarulje sa žarnom niti i nalaze svoju primjenu u gotovo svim područjima tehnologije rasvjete: svjetiljke za uličnu rasvjetu, automobilsku rasvjetu, rasvjeta za hitne slučajeve, reklamni znakovi, LED paneli, indikatori, oznake, semafori itd. Ove LED diode postale su nezamjenjive u dekorativnoj rasvjeti i dinamičkim rasvjetnim sistemima zbog svoje jednobojne boje i brzine prebacivanja. Također ih je korisno koristiti tamo gdje je potrebno strogo štedjeti energiju, gdje je često održavanje skupo i gdje su zahtjevi za električnom sigurnošću visoki.

Studije pokazuju da se otprilike 65-85% električne energije prilikom rada LED-a pretvara u toplinu. Međutim, pod uslovom da se poštuju termički uslovi koje preporučuje proizvođač LED-a, životni vek LED-a može dostići 10 godina. Ali, ako su termički uvjeti narušeni (obično to znači rad s prijelaznom temperaturom većom od 120...125°C), vijek trajanja LED-a može pasti 10 puta! A ako su preporučeni termički uvjeti grubo narušeni, na primjer, kada se LED diode tipa emitera uključe bez radijatora duže od 5-7 sekundi, LED može otkazati prilikom prvog uključivanja. Povećanje temperature prijelaza, osim toga, dovodi do smanjenja svjetline sjaja i pomaka radne valne dužine. Stoga je vrlo važno pravilno izračunati toplinski režim i, ako je moguće, što je više moguće raspršiti toplinu koju stvara LED.

Veliki proizvođači LED dioda velike snage, kao što su Cree, Osram, Nichia, Luxeon, Seoul Semiconductor, Edison Opto, itd., već dugo ih proizvode u obliku LED modula ili klastera na štampanim pločama kako bi pojednostavili uključivanje i proširili primjene LED dioda, metalne baze (u međunarodnoj klasifikaciji IMPCB - Insulated Metal Printed Circuit Board, ili AL PCB - štampane ploče na aluminijumskoj bazi).

Slika 5

Ove štampane ploče na aluminijumskoj bazi imaju nizak i fiksni toplotni otpor, što omogućava da se prilikom ugradnje na radijator jednostavno obezbedi odvođenje toplote sa p-n spoja LED-a i obezbedi njegov rad tokom celog radnog veka.

Bakar, aluminijum i razne vrste keramike koriste se kao materijali visoke toplotne provodljivosti za osnove takvih štampanih ploča.

Problemi tehnologije industrijske proizvodnje

Istorija razvoja tehnologije proizvodnje štampanih ploča je istorija unapređenja kvaliteta i prevazilaženja problema koji se na tom putu javljaju.

Evo nekih njegovih detalja.

Štampane ploče proizvedene metalizacijom prolaznih rupa, uprkos širokoj upotrebi, imaju vrlo ozbiljan nedostatak. Sa dizajnerske tačke gledišta, najslabija karika ovakvih štampanih ploča je spoj metaliziranih stubova u vias i provodnih slojeva (kontaktnih pločica). Veza između metaliziranog stupa i provodnog sloja se javlja duž kraja kontaktne ploče. Dužina veze je određena debljinom bakarne folije i obično je 35 mikrona ili manje. Galvanskoj metalizaciji zidova otvora prethodi faza hemijske metalizacije. Hemijski bakar, za razliku od galvanskog bakra, je trošniji. Zbog toga se veza metaliziranog stupa sa krajnjom površinom kontaktne jastučiće odvija preko srednjeg podsloja hemijskog bakra koji je slabiji po karakteristikama čvrstoće. Koeficijent toplinske ekspanzije laminata od stakloplastike je mnogo veći od bakra. Prilikom prolaska kroz temperaturu staklastog prijelaza epoksidne smole, razlika se naglo povećava. Tokom termičkih udara, koje štampana ploča doživljava iz raznih razloga, veza je izložena vrlo velikim mehaničkim opterećenjima i... lomovima. Kao rezultat toga, električni krug je prekinut i performanse su smanjene. električni dijagram.

Rice. 6. Međuslojne bočice u višeslojnim štampanim pločama: a) bez dielektričnog podrezivanja, 6) sa dielektričnim podrezom 1 - dielektrik, 2 - kontaktna podloga unutrašnjeg sloja, 3 - hemijski bakar, 4 - galvanski bakar

Rice. 7. Fragment dizajna višeslojne štampane ploče izrađene po slojevima: 1 - međuslojni spoj, 2 - provodnik unutrašnjeg sloja, 3 - montažna podloga, 4 - provodnik spoljašnjeg sloja, 5 - dielektrični slojevi

U višeslojnim štampanim pločama, povećanje pouzdanosti internih otvora može se postići uvođenjem dodatne operacije - podrezivanja (djelimično uklanjanje) dielektrika u spojevima prije metalizacije. U ovom slučaju, spajanje metaliziranih stupova s ​​kontaktnim jastučićima se vrši ne samo na kraju, već i djelomično duž vanjskih prstenastih zona ovih jastučića (slika 6).

Veća pouzdanost metaliziranih spojeva višeslojnih štampanih ploča postignuta je tehnologijom izrade višeslojnih štampanih ploča metodom gradnje sloj po sloj (slika 7). Veze između provodnih elemenata štampanih slojeva u ovoj metodi se izvode galvanskim urastanjem bakra u rupe izolacionog sloja. Za razliku od metode metalizacije prolaznih rupa, u ovom slučaju su otvore u potpunosti ispunjene bakrom. Područje veze između provodnih slojeva postaje mnogo veće, a geometrija je drugačija. Prekid takvih veza nije tako lak. Ipak, i ova tehnologija je daleko od idealne. Tranzicija “galvanski bakar - hemijski bakar - galvanski bakar” i dalje ostaje.

Štampane ploče izrađene metalizacijom prolaznih rupa moraju izdržati najmanje četiri (višeslojna najmanje tri) prelemljenja. Reljefne štampane ploče omogućavaju mnogo veći broj prelemljenja (do 50). Prema riječima programera, metalizirani spojevi u reljefnim tiskanim pločama ne smanjuju, već povećavaju njihovu pouzdanost. Šta je izazvalo tako oštar kvalitativni skok? Odgovor je jednostavan. U tehnologiji proizvodnje reljefnih štampanih ploča, provodljivi slojevi i metalizirani stupovi koji ih povezuju implementirani su u jednom tehnološkom ciklusu (istovremeno). Dakle, ne postoji prelaz „galvanski bakar - hemijski bakar - galvanski bakar". Ali tako visok rezultat dobiven je kao rezultat napuštanja najraširenije tehnologije za proizvodnju tiskanih ploča, kao rezultat prelaska na drugačiji dizajn. Nije preporučljivo napustiti metodu metalizacije prolaznih rupa iz više razloga.

Kako biti?

Odgovornost za formiranje sloja barijere na spoju krajeva kontaktnih pločica i metaliziranih klipova uglavnom pada na tehnologe. Oni su uspjeli riješiti ovaj problem. Revolucionarne promjene u tehnologiji proizvodnje tiskanih ploča napravljene su metodama direktne metalizacije rupa, čime se eliminira faza kemijske metalizacije, ograničavajući se samo na prethodno aktiviranje površine. Štoviše, direktni procesi metalizacije provode se na način da se provodljivi film pojavljuje samo tamo gdje je potreban - na površini dielektrika. Kao posljedica toga, sloj barijere u metaliziranim spojevima tiskanih ploča proizvedenih direktnom metalizacijom rupa jednostavno odsutan. Nije li to lijep način da se riješi tehnička kontradikcija?

Također je bilo moguće prevladati tehničku kontradikciju u vezi sa metalizacijom otvora. Platirane rupe mogu postati slaba karika u štampanim pločama iz drugog razloga. Debljina premaza na zidovima otvora bi idealno trebala biti ujednačena po cijeloj njihovoj visini. U suprotnom, opet nastaju problemi s pouzdanošću. Fizička hemija procesa galvanizacije tome se suprotstavlja. Idealni i stvarni profil premaza u metaliziranim spojevima prikazan je na Sl. 5. Debljina premaza na dubini rupe je obično manja nego na površini. Razlozi su veoma različiti: neujednačena gustina struje, katodna polarizacija, nedovoljna razmena elektrolita itd. U savremenim štampanim pločama prečnik prelaznih rupa koje se metaliziraju već premašuje 100 mikrona, a odnos visine i prečnika rupe kod nekih slučajeva dostiže 20:1. Situacija se izuzetno zakomplikovala. Fizičke metode (upotreba ultrazvuka, povećanje intenziteta razmene fluida u rupama štampanih ploča i sl.) su već iscrpile svoje mogućnosti. Čak i viskoznost elektrolita počinje igrati značajnu ulogu.

Rice. 8. Poprečni presjek metalizirane rupe na štampanoj ploči. 1 - dielektrik, 2 - idealan profil metalizacije zidova rupa, 3 - pravi profil metalizacije zidova rupa,
4 - otpor

Tradicionalno, ovaj problem je riješen korištenjem elektrolita sa nivelirajućim aditivima koji se adsorbiraju u područjima gdje je gustoća struje veća. Sorpcija takvih aditiva je proporcionalna gustoći struje. Aditivi stvaraju sloj barijere kako bi se suprotstavili suvišnom sloju na oštrim rubovima i susjednim područjima (bliže površini tiskane ploče).

Drugo rješenje ovog problema je teoretski poznato već duže vrijeme, ali u praksi ga je bilo moguće implementirati sasvim nedavno - nakon što je savladana industrijska proizvodnja sklopnih napajanja velike snage. Ova metoda se temelji na korištenju impulsnog (reverznog) načina napajanja za galvanske kupke. Većinu vremena se isporučuje jednosmjerna struja. U tom slučaju dolazi do taloženja premaza. Reverzna struja se napaja u manjini vremena. Istovremeno, naneseni premaz se otapa. Neujednačena gustina struje (više na oštrim uglovima) u ovom slučaju donosi samo prednosti. Zbog toga se otapanje premaza prvo i u većoj mjeri događa na površini tiskane ploče. U tome tehničko rješenje koristi se čitav "buket" tehnika za rješavanje tehničkih kontradikcija: koristiti djelomično redundantnu akciju, pretvarajući štetu u korist, primijeniti prijelaz s kontinuiranog procesa na pulsni, učiniti suprotno, itd. I dobiveni rezultat odgovara ovome “buket”. Određenom kombinacijom trajanja impulsa naprijed i nazad moguće je čak dobiti debljinu premaza u dubini rupe koja je veća nego na površini tiskane ploče. Zbog toga se ova tehnologija pokazala kao nezamjenjiva za punjenje slijepih spojeva metalom (zajednička karakteristika modernih štampanih ploča), zbog čega se gustina međuspoja u PCB-u približno udvostručuje.

Problemi povezani sa pouzdanošću metaliziranih spojeva u štampanim pločama su lokalne prirode. Shodno tome, kontradikcije koje nastaju u procesu njihovog razvoja u odnosu na tiskane ploče u cjelini također nisu univerzalne. Iako takve štampane ploče zauzimaju lavovski deo tržišta svih štampanih ploča.

Također, u procesu razvoja rješavaju se i drugi problemi sa kojima se tehnolozi susreću, ali potrošači o njima i ne razmišljaju. Nabavljamo višeslojne štampane ploče za naše potrebe i koristimo ih.

Mikrominijaturizacija

U početnoj fazi, iste komponente su ugrađene na štampane ploče koje su korištene za volumetrijsku instalaciju elektroničkih uređaja, ali uz određene modifikacije pinova kako bi se smanjila njihova veličina. Ali najčešće komponente mogu se instalirati na štampane ploče bez modifikacija.

Pojavom štampanih ploča postalo je moguće smanjiti veličinu komponenti koje se koriste na štampanim pločama, što je zauzvrat dovelo do smanjenja radnih napona i struja koje troše ovi elementi. Od 1954. Ministarstvo za elektrane i elektroindustriju masovno proizvodi prijenosni radio prijemnik Dorozhny, koji koristi štampanu ploču.

Pojavom minijaturnih poluvodičkih pojačala - tranzistora, tiskane ploče počele su dominirati u kućanskim aparatima, a nešto kasnije i u industriji, a s pojavom fragmenata elektroničkih kola - funkcionalnih modula i mikro krugova - kombiniranih na jednom čipu, njihov dizajn već predviđena za ugradnju isključivo neštampanih ploča.

Uz kontinuirano smanjenje veličine aktivnih i pasivnih komponenti, pojavio se novi koncept - "mikrominijaturizacija".

U elektronskim komponentama, to je rezultiralo pojavom LSI i VLSI koji sadrže mnogo miliona tranzistora. Njihova pojava izazvala je povećanje broja eksternih priključaka (vidi kontaktnu površinu grafičkog procesora na slici 9.a), što je zauzvrat izazvalo komplikaciju u rasporedu provodnih vodova, što se može vidjeti na slici 9.b.

Takav GPU panel, i CPU također - ništa više od male višeslojne tiskane ploče na kojoj se nalazi sam čip procesora, ožičenje veza između pinova čipa i kontaktnog polja, te vanjski elementi (obično filter kondenzatori sistema za distribuciju energije).

Slika 9

I ne dozvolite da vam to izgleda kao šala, Intel-ov ili AMD-ov CPU za 2010. je također štampana ploča, i to višeslojna.

Slika 9a

Razvoj štampanih ploča, kao i elektronske opreme uopšte, je linija redukcije njenih elemenata; njihovo zbijanje na štampanoj površini, kao i smanjenje elektronskih elemenata. U ovom slučaju, pod „elementima“ treba shvatiti i vlastitu svojinu štampanih ploča (provodnici, vias, itd.), i elemente iz supersistema (sklop štampanih kola) - radioelemente. Potonje su ispred štampanih ploča po brzini mikrominijaturizacije.

Mikroelektronika je uključena u razvoj VLSI.

Povećanje gustine elementarne baze zahteva isto i od provodnika štampane ploče - nosača ove elementne baze. U tom smislu se javljaju brojni problemi koji zahtijevaju rješenja. Govorit ćemo detaljnije o dva takva problema i načinima njihovog rješavanja.

Prve metode proizvodnje tiskanih ploča bile su bazirane na lijepljenju vodiča od bakarne folije na površinu dielektrične podloge.

Pretpostavljalo se da se širina provodnika i razmaci između provodnika mjere u milimetrima. U ovoj verziji takva tehnologija je bila prilično izvodljiva. Naknadna minijaturizacija elektroničke opreme zahtijevala je stvaranje drugih metoda za proizvodnju tiskanih ploča, čije se glavne verzije (subtractive, aditive, poluaditivne, kombinirane) koriste i danas. Upotreba takvih tehnologija omogućila je implementaciju štampanih ploča s veličinama elemenata mjerenim u desetinkama milimetra.

Postizanje nivoa rezolucije od približno 0,1 mm (100 µm) u štampanim pločama bio je značajan događaj. S jedne strane, došlo je do prijelaza „naniže“ za još jedan red veličine. S druge strane, to je svojevrsni kvalitativni skok. Zašto? Dielektrični supstrat većine modernih štampanih ploča je fiberglas - slojevita plastika sa polimernom matricom ojačanom fiberglasom. Smanjenje razmaka između vodiča tiskane ploče dovelo je do toga da su postali srazmjerni debljini staklenih niti ili debljini tkanja ovih niti u fiberglasu. A situacija u kojoj su provodnici "kratki" takvim čvorovima postala je sasvim realna. Kao rezultat toga, formiranje neobičnih kapilara u laminatu od stakloplastike, koje "podižu" ove provodnike, postalo je stvarno. U uslovima visoka vlažnost kapilare na kraju dovode do pogoršanja nivoa izolacije između PCB provodnika. Tačnije, to se dešava čak iu normalnim uslovima vlažnosti. Kondenzacija vlage u kapilarnim strukturama fiberglasa takođe se primećuje u normalnim uslovima.Vlaga uvek smanjuje nivo otpornosti izolacije.

Kako su takve štampane ploče postale uobičajena pojava u modernoj elektronskoj opremi, možemo zaključiti da su dizajneri osnovnih materijala za štampane ploče uspeli da reše ovaj problem tradicionalnim metodama. Ali hoće li se izboriti sa sljedećim značajnim događajem? Već se dogodio još jedan kvalitativni skok.

Navodi se da su stručnjaci kompanije Samsung savladali tehnologiju proizvodnje štampanih ploča sa širinom provodnika i razmakom između njih od 8-10 mikrona. Ali ovo nije debljina staklene niti, već stakloplastike!

Zadatak obezbjeđivanja izolacije u ultramalim prazninama između provodnika sadašnjih, a posebno budućih štampanih ploča je složen. Kojim metodama će se to riješiti - tradicionalnim ili netradicionalnim - i hoće li biti riješeno - vrijeme će pokazati.

Rice. 10. Profili za nagrizanje bakarne folije: a - idealan profil, b - pravi profil; 1 - zaštitni sloj, 2 - provodnik, 3 - dielektrik

Postojale su poteškoće u dobijanju ultra-sitnih (ultra uskih) provodnika u štampanim pločama. Iz mnogo razloga, metode subtriranja postale su široko rasprostranjene u tehnologijama proizvodnje štampanih ploča. U subtraktivnim metodama, uzorak električnog kola se formira uklanjanjem nepotrebnih komada folije. Još tokom Drugog svjetskog rata, Paul Eisler je razvio tehnologiju jetkanja bakarne folije željeznim hloridom. Takvu nepretencioznu tehnologiju i danas koriste radio-amateri. Industrijske tehnologije nisu daleko od ove „kuhinjske“ tehnologije. Jedina razlika je u tome što se promijenio sastav rješenja za jetkanje i pojavili su se elementi automatizacije procesa.

Osnovni nedostatak apsolutno svih tehnologija jetkanja je taj što se jetkanje događa ne samo u željenom smjeru (prema dielektričnoj površini), već i u neželjenom poprečnom smjeru. Bočno podrezivanje provodnika je uporedivo sa debljinom bakarne folije (oko 70%). Obično se umjesto idealnog profila provodnika dobije profil u obliku pečurke (slika 10). Kada je širina provodnika velika, a u najjednostavnijim štampanim pločama se mjeri čak i u milimetrima, ljudi jednostavno zažmire na bočno podrezivanje vodiča. Ako je širina provodnika srazmjerna njihovoj visini ili čak manja od nje (stvarnosti današnjice), tada "lateralne težnje" dovode u pitanje izvodljivost korištenja takvih tehnologija.

U praksi se količina bočnog podrezivanja štampanih provodnika može donekle smanjiti. Ovo se postiže povećanjem brzine jetkanja; korištenjem mlaznog izlijevanja (mlaznice za nagrizanje poklapaju se sa željenim smjerom - okomito na ravninu lima), kao i drugim metodama. Ali kada se širina provodnika približi njegovoj visini, efikasnost takvih poboljšanja postaje očigledno nedovoljna.

Ali napredak u fotolitografiji, hemiji i tehnologiji sada omogućava rješavanje svih ovih problema. Ova rješenja dolaze iz mikroelektronskih tehnologija.

Radioamaterske tehnologije za proizvodnju štampanih ploča

Proizvodnja štampanih ploča u radioamaterskim uslovima ima svoje karakteristike, a razvoj tehnologije sve više povećava ove mogućnosti. Ali procesi su i dalje njihova osnova

Pitanje kako jeftino proizvesti štampane ploče kod kuće zabrinjava sve radio-amatere, verovatno od 60-ih godina prošlog veka, kada su štampane ploče našle široku upotrebu u kućanskim aparatima. I ako tada izbor tehnologija nije bio tako velik, danas zahvaljujući razvoju moderna tehnologija Radio amateri imaju priliku da brzo i efikasno proizvedu štampane ploče bez upotrebe skupe opreme. I te se mogućnosti neprestano šire, omogućavajući kvalitetu njihovih kreacija da se sve više približava industrijskom dizajnu.

Zapravo, cijeli proces proizvodnje tiskane ploče može se podijeliti u pet glavnih faza:

• preliminarna priprema izratka (čišćenje površine, odmašćivanje);
• nanošenje zaštitnog premaza na ovaj ili onaj način;
• uklanjanje viška bakra sa površine ploče (jetkanje);
• čišćenje radnog komada od zaštitnog premaza;
• bušenje rupa, premazivanje ploče fluksom, kalajisanje.

Razmatramo samo najčešću "klasičnu" tehnologiju, u kojoj se višak bakra uklanja s površine ploče kemijskim jetkanjem. Osim toga, moguće je, na primjer, ukloniti bakar glodanjem ili korištenjem električne instalacije. Međutim, ove metode nemaju široku primjenu ni u radioamaterskom okruženju ni u industriji (iako se proizvodnja ploča glodanjem ponekad koristi u slučajevima kada je potrebno vrlo brzo proizvesti jednostavne tiskane ploče u pojedinačnim količinama).

A ovdje ćemo govoriti o prve 4 točke tehnološkog procesa, budući da bušenje izvodi radio-amater koristeći alat koji ima.

Kod kuće je nemoguće napraviti višeslojnu tiskanu ploču koja može konkurirati industrijskim dizajnom, stoga se obično u radioamaterskim uvjetima koriste dvostrane tiskane ploče, au dizajnu mikrovalnih uređaja samo dvostrane.

Iako treba težiti kod izrade štampanih ploča kod kuće, pri razvoju kola treba težiti da se koristi što više komponenti za površinsku montažu, što u nekim slučajevima omogućava da se skoro celo kolo postavi na jednu stranu ploče. To je zbog činjenice da još nije izumljena tehnologija za metaliziranje spojeva koja bi bila izvodljiva kod kuće. Stoga, ako se raspored ploče ne može izvršiti na jednoj strani, raspored treba uraditi na drugoj strani koristeći pinove raznih komponenti instaliranih na ploči kao međuslojne otvore, koji će u ovom slučaju morati biti zalemljeni na obje strane board. Naravno, postoje različiti načini za zamjenu metalizacije rupa (pomoću tankog vodiča umetnutog u rupu i zalemljenog na šine s obje strane ploče; korištenjem posebnih klipova), ali svi oni imaju značajne nedostatke i nezgodni su za upotrebu. U idealnom slučaju, ploča bi trebala biti postavljena samo s jedne strane koristeći minimalni broj kratkospojnika.

Pogledajmo sada pobliže svaku od faza proizvodnje štampane ploče.

Preliminarna priprema radnog komada

Ova faza je početna i sastoji se od pripreme površine buduće tiskane ploče za nanošenje zaštitnog premaza na nju. Općenito, tehnologija čišćenja površina nije pretrpjela značajne promjene tokom dužeg vremenskog perioda. Cijeli proces se svodi na uklanjanje oksida i onečišćenja s površine ploče korištenjem raznih abraziva i naknadnog odmašćivanja.

Za uklanjanje teške prljavštine možete koristiti fino zrnati brusni papir („nula“), fini abrazivni prah ili bilo koji drugi proizvod koji ne ostavlja duboke ogrebotine na površini ploče. Ponekad možete jednostavno oprati površinu tiskane ploče tvrdom spužvom za pranje posuđa s deterdžentom ili prahom (u ove svrhe je zgodno koristiti abrazivnu spužvu za pranje posuđa, koja izgleda kao filc s malim uključcima neke tvari; često takva spužva je zalijepljen na komad pjenaste gume) . Osim toga, ako je površina štampane ploče dovoljno čista, možete potpuno preskočiti korak obrade abrazivom i prijeći direktno na odmašćivanje.

Ako na štampanoj ploči postoji samo debeo oksidni film, može se lako ukloniti tretiranjem štampane ploče u trajanju od 3-5 sekundi rastvorom željeznog hlorida, nakon čega sledi ispiranje u hladnoj tekućoj vodi. Treba napomenuti, međutim, da je poželjno ili proizvoditi ovu operaciju Neposredno prije nanošenja zaštitnog premaza ili nakon nanošenja, radni predmet čuvajte na tamnom mjestu, jer bakar brzo oksidira na svjetlu.

Završna faza Priprema površine sastoji se od odmašćivanja. Da biste to učinili, možete koristiti komad meke tkanine bez vlakana navlaženu alkoholom, benzinom ili acetonom. Ovdje treba obratiti pažnju na čistoću površine ploče nakon odmašćivanja, jer su se nedavno počeli pojavljivati ​​aceton i alkohol sa značajnom količinom nečistoća, koji nakon sušenja ostavljaju bjelkaste mrlje na ploči. Ako je to slučaj, onda biste trebali potražiti drugi odmašćivač. Nakon odmašćivanja, ploču treba oprati u tekućoj vodi hladnom vodom. Kvaliteta čišćenja može se kontrolisati praćenjem stepena vlaženja površine bakra vodom. Površina potpuno natopljena vodom, bez stvaranja kapi ili puknuća vodenog filma, pokazatelj je normalnog nivoa čišćenja. Poremećaji u ovom filmu vode ukazuju na to da površina nije dovoljno očišćena.

Nanošenje zaštitnog premaza

Nanošenje zaštitnog premaza je najvažnija faza u procesu proizvodnje štampanih ploča, a ona određuje 90% kvaliteta proizvedene ploče. Trenutno su u radioamaterskoj zajednici najpopularnije tri metode nanošenja zaštitnog premaza. Razmotrićemo ih u cilju povećanja kvaliteta ploča koje se dobijaju prilikom njihovog korišćenja.

Prije svega, potrebno je pojasniti da zaštitni premaz na površini obratka mora formirati homogenu masu, bez nedostataka, s glatkim, jasnim granicama i otpornim na djelovanje kemijskih komponenti otopine za jetkanje.

Ručno nanošenje zaštitnog premaza

Ovom metodom, crtež štampane ploče se ručno prenosi na laminat od stakloplastike pomoću neke vrste uređaja za pisanje. Nedavno su se na tržištu pojavili mnogi markeri, čija se boja ne ispire vodom i pruža prilično izdržljiv zaštitni sloj. Osim toga, za ručno crtanje možete koristiti dasku za crtanje ili neki drugi uređaj napunjen bojom. Na primjer, pogodno je koristiti za crtanje šprica s tankom iglom (inzulinske šprice s promjerom igle 0,3-0,6 mm) izrezane na dužinu od 5-8 mm su najprikladnije za ove svrhe. U tom slučaju, štap se ne smije umetati u špric - boja treba slobodno teći pod utjecajem kapilarnog efekta. Također, umjesto šprica možete koristiti tanku staklenu ili plastičnu cijev navučenu preko vatre kako biste postigli željeni prečnik. Posebnu pažnju treba obratiti na kvalitetu obrade ruba cijevi ili igle: prilikom crtanja ne smiju ogrebati ploču, inače se već obojena područja mogu oštetiti. Pri radu s takvim uređajima možete koristiti bitumen ili neki drugi lak razrijeđen otapalom, tsaponlakom ili čak otopinom kolofonija u alkoholu kao boju. U tom slučaju potrebno je odabrati konzistenciju boje tako da slobodno teče prilikom crtanja, ali istovremeno ne istječe i ne formira kapljice na kraju igle ili cijevi. Vrijedi napomenuti da je ručni postupak nanošenja zaštitnog premaza prilično radno intenzivan i prikladan je samo u slučajevima kada je potrebno vrlo brzo proizvesti malu ploču. Minimalna širina kolosijeka koja se može postići ručnim crtanjem je oko 0,5 mm.

Koristeći "tehnologiju laserskog štampača i gvožđa"

Ova se tehnologija pojavila relativno nedavno, ali je odmah postala široko rasprostranjena zbog svoje jednostavnosti i visoke kvalitete dobivenih ploča. Osnova tehnologije je prijenos tonera (praška koji se koristi za štampanje u laserskim štampačima) sa bilo koje podloge na štampanu ploču.

U ovom slučaju, moguće su dvije opcije: ili se korišćena podloga odvoji od ploče prije jetkanja, ili, ako se koristi supstrat aluminijska folija, urezana je zajedno sa bakrom .

Prva faza upotrebe ove tehnologije je štampanje zrcalnu sliku uzorak štampane ploče na podlozi. Postavke štampanja treba postaviti na maksimalan kvalitet štampe (pošto se u ovom slučaju nanosi najdeblji sloj tonera). Kao podlogu možete koristiti tanki premazani papir (korice iz raznih časopisa), faks papir, aluminijsku foliju, film za laserske štampače, podlogu od Oracal samoljepljive folije ili neke druge materijale. Ako koristite pretanak papir ili foliju, možda ćete morati da ih zalijepite po obodu na komad debelog papira. U idealnom slučaju, štampač treba da ima putanju papira bez pregiba, što sprečava da se takav sendvič sruši unutar štampača. Ovo je od velike važnosti i kod štampe na foliji ili Oracal filmskoj podlozi, jer toner jako slabo prijanja na njih, a ako je papir unutar štampača savijen, velika je vjerovatnoća da ćete morati provesti nekoliko neugodnih minuta na čišćenju pećnica za štampač od naljepljenih ostataka tonera. Najbolje je da štampač može da provlači papir horizontalno kroz sebe dok štampa na gornjoj strani (kao HP LJ2100, jedan od najboljih štampača za proizvodnju PCB-a). Želio bih odmah upozoriti vlasnike štampača kao što su HP LJ 5L, 6L, 1100 da ne pokušavaju da štampaju na foliji ili podlozi od Oracal - obično takvi eksperimenti završavaju neuspehom. Takođe, osim štampača, možete koristiti i kopir mašinu, čija upotreba ponekad daje čak i bolje rezultate u odnosu na štampače zbog nanošenja debelog sloja tonera. Glavni zahtjev za podlogu je da se može lako odvojiti od tonera. Takođe, ako koristite papir, ne bi trebalo da ostavlja bilo kakve mrlje u toneru. U ovom slučaju su moguće dvije opcije: ili se supstrat jednostavno ukloni nakon prenošenja tonera na ploču (u slučaju filma za laserske štampače ili podloge iz Oracal-a), ili se prethodno namoči u vodi i zatim postepeno odvaja (premazani papir).

Prenošenje tonera na ploču uključuje nanošenje podloge sa tonerom na prethodno očišćenu ploču, a zatim je zagrijavanje na temperaturu malo iznad tačke topljenja tonera. Postoji ogroman broj opcija kako to učiniti, ali najjednostavnije je pritisnuti podlogu na ploču vrućim željezom. Istovremeno, kako bi se ravnomjerno rasporedio pritisak željeza na podlogu, preporučuje se da se između njih položi nekoliko slojeva debelog papira. Vrlo važno pitanje je temperatura pegle i vrijeme držanja. Ovi parametri variraju u svakoj od njih konkretan slučaj, tako da ćete možda morati izvesti više od jednog eksperimenta prije nego što dobijete dobre rezultate. Ovdje postoji samo jedan kriterij: toner mora imati vremena da se otopi dovoljno da se zalijepi za površinu ploče, a u isto vrijeme ne smije imati vremena da dostigne polutečno stanje kako rubovi tragova ne bi bili izravnati. Nakon “zavarivanja” tonera na ploču, potrebno je odvojiti podlogu (osim kada se koristi kao podloga aluminijska folija: ne treba ga odvajati, jer se rastvara u skoro svim rastvorima za jetkanje). Oracalov laserski film i podloga jednostavno se pažljivo odlijepe, dok je običan papir potrebno prethodno namočiti u vrućoj vodi.

Vrijedi napomenuti da je zbog mogućnosti štampanja laserskih štampača sloj tonera u sredini velikih čvrstih poligona prilično mali, tako da biste trebali izbjegavati korištenje takvih područja na ploči kad god je to moguće, ili ćete morati ručno retuširati ploču. nakon uklanjanja podloge. Općenito, upotreba ove tehnologije, nakon izvjesnog treninga, omogućava postizanje širine staza i razmaka između njih do 0,3 mm.

Koristim ovu tehnologiju dugi niz godina (od kada mi je postao dostupan laserski štampač).

Primjena fotorezista

Fotorezist je supstanca osjetljiva na svjetlost (obično u bliskom ultraljubičastom području) koja mijenja svoja svojstva kada je izložena svjetlosti.

Nedavno se na ruskom tržištu pojavilo nekoliko vrsta uvezenih fotorezista u aerosolnoj ambalaži, koji su posebno pogodni za upotrebu kod kuće. Suština upotrebe fotorezista je sljedeća: fotomaska ​​() se nanosi na ploču na koju se nanosi sloj fotorezista i osvjetljava se, nakon čega se osvijetljena (ili neeksponirana) područja fotorezista ispiru posebnim otapalom. , što je obično kaustična soda (NaOH). Svi fotorezisti su podijeljeni u dvije kategorije: pozitivne i negativne. Za pozitivne fotoreziste, trag na ploči odgovara crnoj površini na fotomaski, a za negativne, shodno tome, prozirnom području.

Pozitivni fotorezisti su najrašireniji jer su najpogodniji za upotrebu.

Zaustavimo se detaljnije na upotrebi pozitivnih fotorezista u aerosolnoj ambalaži. Prvi korak je priprema foto šablona. Kod kuće ga možete dobiti tako što ćete ispisati dizajn ploče na laserskom štampaču na filmu. U ovom slučaju, potrebno je obratiti posebnu pažnju na gustinu crne boje na fotomaski, za što je potrebno isključiti sve načine štednje tonera i poboljšanja kvalitete ispisa u postavkama štampača. Osim toga, neke kompanije nude izlaz fotomaske na fotoploteru - i zajamčen vam je rezultat visokog kvaliteta.

U drugoj fazi, na prethodno pripremljenu i očišćenu površinu ploče nanosi se tanak film fotorezista. To se radi prskanjem sa udaljenosti od oko 20 cm.U tom slučaju treba težiti maksimalnoj ujednačenosti rezultirajućeg premaza. Osim toga, veoma je važno osigurati da nema prašine tokom procesa prskanja - svaka zrnca prašine koja uđe u fotorezist neminovno će ostaviti trag na ploči.

Nakon nanošenja sloja fotorezista potrebno je osušiti nastali film. Preporučljivo je to učiniti na temperaturi od 70-80 stepeni, a prvo je potrebno osušiti površinu na niskoj temperaturi i tek onda postepeno povećavati temperaturu do željene vrijednosti. Vrijeme sušenja na navedenoj temperaturi je oko 20-30 minuta. IN kao poslednje sredstvo Dozvoljeno je sušenje ploče na sobnoj temperaturi 24 sata. Ploče premazane fotorezistom treba čuvati na hladnom i tamnom mjestu.

Nakon nanošenja fotorezista, sljedeći korak je ekspozicija. U ovom slučaju se na ploču nanosi fotomaska ​​(sa odštampanom stranom okrenutom prema ploči, što pomaže da se poveća jasnoća tokom ekspozicije), koja se pritisne na tanko staklo ili. Ako je veličina ploča dovoljno mala, za stezanje možete koristiti fotografsku ploču ispranu od emulzije. Budući da je područje maksimalne spektralne osjetljivosti većine modernih fotorezista u ultraljubičastom području, za osvjetljenje je preporučljivo koristiti lampu s velikim udjelom UV zračenja u spektru (DRSh, DRT, itd.). U krajnjem slučaju, možete koristiti moćnu ksenonsku lampu. Vrijeme ekspozicije ovisi o više razloga (vrsta i snaga lampe, udaljenost od lampe do ploče, debljina sloja fotorezista itd.) i odabire se eksperimentalno. Međutim, općenito, vrijeme izlaganja obično nije duže od 10 minuta, čak i kada je izloženo direktnom suncu.

(Ne preporučujem korištenje plastičnih ploča koje su prozirne na vidljivom svjetlu za presovanje, jer imaju jaku apsorpciju UV zračenja)

Većina fotorezista se razvija sa rastvorom natrijum hidroksida (NaOH) - 7 grama po litru vode. Najbolje je koristiti svježe pripremljeni rastvor na temperaturi od 20-25 stepeni. Vrijeme razvoja ovisi o debljini fotootpornog filma i kreće se od 30 sekundi do 2 minute. Nakon razvoja, ploča se može jetkati u običnim otopinama, jer je fotorezist otporan na kiseline. Kada koristite visokokvalitetne fotomaske, upotreba fotorezista omogućava vam da dobijete tragove širine do 0,15-0,2 mm.

Etching

Postoji mnogo poznatih jedinjenja za hemijsko jetkanje bakra. Svi se razlikuju po brzini reakcije, sastavu tvari koje se oslobađaju kao rezultat reakcije, kao i dostupnosti kemijskih reagensa potrebnih za pripremu otopine. Ispod su informacije o najpopularnijim rješenjima za graviranje.

feri hlorid (FeCl)

Možda najpoznatiji i najpopularniji reagens. Suhi željezni hlorid se otapa u vodi dok se ne dobije zasićeni rastvor zlatno žute boje (za to će biti potrebno oko dve supene kašike po čaši vode). Proces nagrizanja u ovom rastvoru može trajati od 10 do 60 minuta. Vrijeme ovisi o koncentraciji otopine, temperaturi i miješanju. Mešanje značajno ubrzava reakciju. U ove svrhe, prikladno je koristiti akvarijski kompresor, koji omogućava miješanje otopine s mjehurićima zraka. Reakcija se također ubrzava kada se otopina zagrije. Nakon što je graviranje završeno, ploča se mora oprati veliki iznos vode, po mogućnosti sapunom (za neutralizaciju kiselih ostataka). Nedostaci ovog rješenja uključuju stvaranje otpada tokom reakcije, koji se taloži na ploči i ometa normalan tok procesa jetkanja, kao i relativno nisku brzinu reakcije.

Amonijum persulfat

Lagana kristalna supstanca koja se otapa u vodi na osnovu omjera 35 g tvari prema 65 g vode. Proces jetkanja u ovom rastvoru traje oko 10 minuta i zavisi od površine bakrenog premaza koji se gravira. Da obezbedi optimalni uslovi Da bi se reakcija odvijala, rastvor mora da ima temperaturu od oko 40 stepeni i da se stalno meša. Nakon što je nagrizanje završeno, ploča se mora oprati tekućom vodom. Nedostaci ovog rješenja uključuju potrebu održavanja potrebnog temperaturni režim i mešanje.

Otopina hlorovodonične kiseline (HCl) i vodikovog peroksida (H 2 O 2)

- Za pripremu ovog rastvora potrebno je dodati 200 ml 35% hlorovodonične kiseline i 30 ml 30% vodikovog peroksida u 770 ml vode. Pripremljeni rastvor treba čuvati u tamnoj boci, ne hermetički zatvorenoj, jer se razgradnjom vodikovog peroksida oslobađa gas. Pažnja: kada koristite ovu otopinu, moraju se poduzeti sve mjere opreza pri radu sa kaustičnim kemikalijama. Svi radovi se moraju obavljati samo na svježem zraku ili ispod haube. Ako rastvor dospe na kožu, odmah je isperite sa dosta vode. Vrijeme jetkanja u velikoj mjeri ovisi o miješanju i temperaturi otopine i iznosi 5-10 minuta za dobro izmiješani svježi rastvor na sobnoj temperaturi. Rastvor se ne smije zagrijati iznad 50 stepeni. Nakon jetkanja, ploča se mora oprati tekućom vodom.

Ova otopina nakon jetkanja može se obnoviti dodavanjem H2O2. Procjena potrebne količine vodikovog peroksida vrši se vizualno: uronjen u otopinu bakarna ploča treba prefarbati iz crvene u tamno smeđu. Formiranje mjehurića u otopini ukazuje na višak vodikovog peroksida, što dovodi do usporavanja reakcije jetkanja. Nedostatak ovog rješenja je potreba da se striktno pridržavaju svih mjera opreza pri radu s njim.

Otopina limunske kiseline i vodikovog peroksida iz Radiokota

U 100 ml farmaceutskog 3% vodikovog peroksida otopi se 30 g limunske kiseline i 5 g kuhinjske soli.

Ova otopina bi trebala biti dovoljna za nagrizanje 100 cm2 bakra, debljine 35 µm.

Nema potrebe štedjeti na soli prilikom pripreme otopine. Pošto ima ulogu katalizatora, praktično se ne troši tokom procesa jetkanja. Peroksid 3% ne treba dalje razrjeđivati ​​jer kada se dodaju drugi sastojci, njegova koncentracija se smanjuje.

Što se više vodikovog peroksida (hidroperita) doda, proces će ići brže, ali nemojte pretjerivati ​​- otopina se ne skladišti, tj. se ne koristi ponovo, što znači da će se hidroperit jednostavno previše koristiti. Višak peroksida može se lako odrediti po obilnom "mjehuriću" tokom jetkanja.

Međutim, dodavanje limunske kiseline i peroksida je sasvim prihvatljivo, ali je racionalnije pripremiti svježu otopinu.

Čišćenje radnog komada

Nakon što je jetkanje i pranje ploče završeno, potrebno je očistiti njenu površinu od zaštitnog premaza. To se može učiniti bilo kojim organskim rastvaračem, na primjer, acetonom.

Zatim morate izbušiti sve rupe. To se mora učiniti oštro naoštrenom bušilicom pri maksimalnoj brzini motora. Ako prilikom nanošenja zaštitnog premaza nije ostao prazan prostor u središtima kontaktnih jastučića, potrebno je prvo označiti rupe (to se može učiniti, na primjer, jezgrom). Nakon toga se defekti (rese) na zadnjoj strani ploče uklanjaju upuštanjem, a na dvostranoj štampanoj ploči na bakru - bušilicom prečnika oko 5 mm u ručnoj stezaljci za jedan okret bušiti bez primjene sile.

Sljedeći korak je premazivanje ploče fluksom, nakon čega slijedi kalajisanje. Mogu se koristiti posebni tokovi industrijska proizvodnja(najbolje isprati vodom ili uopće ne zahtijeva ispiranje) ili jednostavno prekrijte dasku slabom otopinom kolofonija u alkoholu.

Limiranje se može obaviti na dva načina:

Potapanje u rastopljeni lem

Koristite lemilicu i metalnu pletenicu impregniranu lemom.

U prvom slučaju, potrebno je napraviti željeznu kupku i napuniti je malom količinom nisko topivog lema - Rose ili Wood legure. Talina mora biti potpuno prekrivena slojem glicerina na vrhu kako bi se izbjegla oksidacija lema. Za zagrijavanje kupke možete koristiti obrnutu peglu ili ploču za kuhanje. Ploča se uroni u rastopljenu masu, a zatim se ukloni uz uklanjanje viška lema čvrstim gumenim brisačem.

Zaključak

Mislim da će ovaj materijal pomoći čitateljima da steknu ideju o dizajnu i proizvodnji tiskanih ploča. A za one koji se počinju baviti elektronikom, steknite osnovne vještine izrade istih kod kuće.Za potpunije upoznavanje sa štampanim pločama preporučujem čitanje [L.2]. Može se preuzeti na Internetu.

Književnost

1. Politehnički rječnik. Urednički tim: Inglinski A. Yu et al. M.: Sovjetska enciklopedija. 1989.
2. Medvedev A.M. Štampane ploče. Dizajni i materijali. M.: Tehnosfera. 2005.
3. Iz povijesti tehnologije tiskanih ploča // Electronics-NTB. 2004. br. 5.
4. Nove stavke u elektronskoj tehnologiji. Intel uvodi eru trodimenzionalnih tranzistora. Alternativa tradicionalnim planarnim uređajima // Electronics-NTB. 2002. br. 6.
5. Istinski trodimenzionalni mikro krugovi - prva aproksimacija // Komponente i tehnologije. 2004. br. 4.
6. Mokeev M. N., Lapin M. S. Tehnološki procesi i sistemi za proizvodnju tkanih ploča i kablova. L.: LDNTP 1988.
7. Volodarsky O. Da li mi ovaj kompjuter odgovara? Elektronika utkana u tkaninu postaje moderna // Electronics-NTB. 2003. br. 8.
8. Medvedev A. M. Tehnologija proizvodnje štampanih ploča. M.: Tehnosfera. 2005.
9. Medvedev A. M. Impulsna metalizacija tiskanih ploča // Tehnologije u elektroničkoj industriji. 2005. br. 4
10. Štampane ploče - razvojne linije, Vladimir Urazaev,

Elektronska štampana ploča (ruska skraćenica - PP, engleska - PCB) je pločasta ploča koja sadrži međusobno povezane mikroelektronske komponente. Štampane ploče se koriste kao dio različite elektronske opreme, počevši od jednostavnih zvona na vratima, kućnih radija, studijskih radija do složenih radarskih i kompjuterskih sistema. Tehnološki, proizvodnja elektronskih štampanih ploča uključuje stvaranje veza sa provodljivim "filmskim" materijalom. Takav materijal se nanosi („štampa”) na izolacionu ploču, koja se naziva podloga.

Elektronske štampane ploče označile su početak formiranja i razvoja sistema električni priključci, razvijen sredinom 19. vijeka.

Metalne trake (šipke) u početku su se koristile kao glomazne električne komponente, postavljen na drvenu podlogu.

Postupno su metalne trake zamijenile provodnike s vijčanim terminalima. Drvena baza također moderniziran, dajući prednost metalu.

Ovako je izgledao prototip moderna proizvodnja PP. Slična dizajnerska rješenja korištena su sredinom 19. stoljeća

Praksa korištenja kompaktnih elektronskih dijelova malih dimenzija zahtijevala je jedinstveno rješenje na osnovnoj osnovi. I tako je 1925. izvjesni Charles Ducasse (SAD) pronašao takvo rješenje.

Američki inženjer je predložio jedinstven način organiziranja električnih priključaka na izoliranoj ploči. Koristio je električno provodljivo mastilo i matricu za prijenos shematski dijagram na tanjir.

Nešto kasnije, 1943. godine, Englez Paul Eisler patentirao je i izum za urezivanje provodnih kola na bakrenoj foliji. Inženjer je koristio izolacionu ploču laminiranu folijskim materijalom.

Međutim, aktivna upotreba Eislerove tehnologije zabilježena je tek u periodu 1950-60, kada su izumili i savladali proizvodnju mikroelektronskih komponenti - tranzistora.

Tehnologiju proizvodnje kroz rupe na višeslojnim štampanim pločama patentirao je Hazeltyne (SAD) 1961. godine.

Tako je, zahvaljujući povećanju gustine elektronskih delova i bliskom rasporedu međusobnih vodova, otvorena nova era dizajna štampanih ploča.

Elektronska štampana ploča - proizvodnja

Generalizirana vizija procesa: pojedinačni elektronski dijelovi su raspoređeni po cijeloj površini izolacijske podloge. Instalirane komponente se zatim spajaju lemljenjem na strujne krugove.

Takozvani kontaktni „prsti“ (pinovi) nalaze se duž ekstremnih područja podloge i djeluju kao sistemski konektori.

Kontaktnim „prstima“ se organizuje komunikacija sa perifernim štampanim pločama ili povezivanje eksternih upravljačkih kola. Elektronska štampana ploča je dizajnirana za ožičenje kola koje podržava jednu ili više funkcija istovremeno.

Proizvode se tri vrste elektronskih štampanih ploča:

1. Jednostrano.
2. Dvostrano.
3. Višeslojni.

Jednostrane štampane ploče odlikuju se postavljanjem delova isključivo na jednoj strani. Ako se kompletni dijelovi kola ne uklapaju jednostrana tabla, koristi se dvostrana opcija.

Materijal podloge

Podloga koja se tradicionalno koristi u štampanim materijalima elektronske ploče, obično napravljen od stakloplastike u kombinaciji sa epoksidnom smolom. Podloga je sa jedne ili dvije strane prekrivena bakarnom folijom.

Elektroničke štampane ploče napravljene od papira od fenolne smole, takođe presvučene bakrenim filmom, smatraju se isplativim za proizvodnju. Stoga se češće od drugih varijacija koriste za opremanje elektroničke opreme za kućanstvo.

Veze se izvode premazivanjem ili jetkanjem bakrene površine podloge. Bakarne staze su presvučene kalaj-olovnom kompozicijom za zaštitu od korozije. Kontaktne igle na štampanim pločama premazane su slojem kalaja, zatim nikla i na kraju zlata.

Izvođenje operacija vezivanja

Tehnologija površinske montaže uključuje korištenje ravnih (u obliku slova J) ili ugaonih (u obliku slova L) grana. Zbog takvih grananja svaki elektronski dio je direktno povezan sa štampanim kolom.

Upotrebom složene paste (ljepilo + fluks + lem), elektronski dijelovi se privremeno drže na mjestu kontakta. Zadržavanje se nastavlja sve dok se štampana ploča ne ubaci u pećnicu. Tamo se lem topi i povezuje dijelove strujnog kola.

Uprkos izazovima postavljanja komponenti, tehnologija površinske montaže ima još jednu važnu prednost.

Ova tehnika eliminiše dugotrajan proces bušenja i umetanja zaptivki za vezivanje, kao što se praktikuje kod zastarele metode kroz rupe. Međutim, obje tehnologije i dalje se aktivno koriste.

Dizajn elektronskih štampanih ploča

Svaka pojedinačna elektronska štampana ploča (serija ploča) dizajnirana je za jedinstvenu funkcionalnost. Dizajneri elektronskih štampanih ploča okreću se dizajnu sistema i specijalizovanog "softvera" za postavljanje kola na štampanu ploču.

Razmak između provodnih staza obično se mjeri u vrijednostima ne većim od 1 mm. Izračunavaju se lokacije rupa za provodnike komponenti ili kontaktne tačke.

Sve ove informacije se prevode u format kompjuterskog softvera koji kontroliše bušilica. Na isti način je programirana i automatska mašina za proizvodnju elektronskih štampanih ploča.

Nakon što je dijagram sklopa postavljen, negativna slika kola (maske) se prenosi na prozirni list plastike. Područja negativne slike koja nisu uključena u sliku kola su označena crnom bojom, a sam krug ostaje transparentan.

Industrijska proizvodnja elektronskih štampanih ploča

Tehnologije proizvodnje elektronskih štampanih ploča omogućavaju uslove proizvodnje u čistom okruženju. Atmosfera i objekti proizvodnih prostorija se automatski kontrolišu na prisustvo zagađivača.

Mnoge kompanije za proizvodnju elektronskih štampanih ploča praktikuju jedinstvenu proizvodnju. I unutra standardni obrazac Proizvodnja dvostrane štampane ploče tradicionalno uključuje sljedeće korake:

Izrada baze

1. Fiberglas se uzima i prolazi kroz procesni modul.
2. Impregniran epoksidnom smolom (uranjanjem, prskanjem).
3. Stakleno vlakno se na mašini valja do željene debljine podloge.
4. Osušite podlogu u pećnici i stavite je na velike ploče.
5. Paneli su složeni u hrpe, naizmjenično sa bakrenom folijom i podlogom premazanom ljepilom.

Na kraju se slagalice stavljaju pod presu, gde se na temperaturi od 170°C i pritisku od 700 kg/mm2 presuju 1-2 sata. Epoksidna smola se stvrdne, a bakarna folija se pod pritiskom vezuje za podlogu.

Bušenje i kalajisanje rupa

1. Uzima se nekoliko podložnih ploča, postavljaju jedna na drugu i čvrsto fiksiraju.
2. Preklopljeni snop se postavlja u CNC mašinu, gde se buše rupe prema šematskom uzorku.
3. Napravljene rupe su očišćene od viška materijala.
4. Unutrašnje površine provodnih rupa su presvučene bakrom.
5. Neprovodne rupe ostaju neprevučene.

Izrada crteža štampane ploče

Uzorak PCB kola je kreiran korištenjem aditivnog ili suptraktivnog principa. U slučaju opcije aditiva, podloga se premazuje bakrom prema željenom uzorku. U ovom slučaju, dio izvan sheme ostaje neobrađen.

Proces oduzimanja prvenstveno pokriva ukupnu površinu podloge. Zatim se pojedina područja koja nisu uključena u dijagram urezuju ili izrezuju.

Kako funkcionira proces aditiva?

Površina folije podloge je prethodno odmašćena. Paneli prolaze kroz vakuumsku komoru. Zbog vakuuma, sloj pozitivnog fotorezist materijala je čvrsto sabijen po cijeloj površini folije.

Pozitivan materijal za fotorezist je polimer koji ima sposobnost topljivosti pod ultraljubičastim zračenjem. Uslovi vakuuma eliminišu svaki mogući preostali zrak između folije i fotorezista.

Šablon kruga se postavlja na vrh fotorezista, nakon čega se paneli izlažu intenzivnom ultraljubičastom svjetlu. Pošto maska ​​ostavlja delove kruga providnim, fotorezist na ovim tačkama je izložen UV zračenju i rastvara se.

Zatim se maska ​​skida i paneli se oprašuju alkalnim rastvorom. Ovo, neka vrsta razvijača, pomaže u rastvaranju ozračenog fotootpora duž granica područja dizajna kola. Tako bakrena folija ostaje izložena na površini podloge.

Zatim su ploče pocinčane bakrom. Bakarna folija služi kao katoda tokom procesa galvanizacije. Izložena područja su pocinkovana na debljinu od 0,02-0,05 mm. Preostala područja ispod fotorezista nisu pocinkovana.

Bakarni tragovi su dodatno premazani kalaj-olovnom kompozicijom ili drugim zaštitni premaz. Ova dejstva sprečavaju oksidaciju bakra i stvaraju otpornost za sledeću fazu proizvodnje.

Nepotreban fotorezist se uklanja sa podloge pomoću kiselog rastvarača. Bakrena folija između dizajna kola i premaza je izložena. Budući da je bakar PCB kola zaštićen spojem kalaja i olova, na vodič ovdje ne djeluje kiselina.

Tehnike industrijske proizvodnje elektronskih ploča

Naša kompanija proizvodi štampano ploče s od kvalitetnih domaćih i uvoznih materijala, od standardnih FR4 do Mikrovalna-FAF materijali.

Tipični dizajni štampano ploče na osnovu upotrebe standarda stakloplastike i tip FR4, sa radnom temperaturom od –50 do +110 °C, i temperaturom staklastog prelaza Tg (omekšavanje) od oko 135 °C.

Za povećane zahtjeve otpornosti na toplinu ili instalacija e ploče u peći bezolovnom tehnologijom (t do 260 °C), koristi se visokotemperaturni FR4 High Tg.

Osnovni materijali za štampano ploče:

"+" - Obično na lageru

"+/-" - Na zahtjev (nije uvijek dostupno)

Prepreg (“vezujući” sloj) za višeslojni štampano ploče

Dielektrična konstanta FR4 preprega može se kretati od 3,8 do 4,4 u zavisnosti od marke.

FR-4

VT-47 (FR-4 Tg 180°C)

• Visoka temperatura prelaska stakla FR-4 Tg 180°C
• Odlična otpornost na toplinu
• Otpornost staklenih vlakana i smole na procese elektrohemijske korozije (Conductive Anodic Filament (CAF))
• UV blokiranje
• Niskotemperaturni koeficijent ekspanzije duž Z ose

MI 1222

• površinski električni otpor (Ohm): 7 x 1011;
• specifični volumetrijski električni otpor (Ohm m): 1 x 1012;
• dielektrična konstanta: 4,8;
• Čvrstoća folije na ljuštenje (N): 1,8.

FAF-4D

• Čvrstoća prianjanja folije na podlogu po traci od 10 mm, N (kgf), ne manje od 17,6(1,8)
• Tangens dielektričnog gubitka na frekvenciji od 106 Hz, ne više od 7 x 10-4
• Dielektrična konstanta na frekvenciji 1 MHz 2,5 ± 0,1

F4BM350

• Tangens dielektričnog gubitka na frekvenciji od 10 GHz, ne više od 7x10-4
• Dielektrična konstanta na 10 GHz 3,5 ± 2%
• Radna temperatura -60 +260°C
• Dostupne veličine listova, mm (maksimalno odstupanje u širini i dužini lista 10 mm) 500x500

HA50

pažnja: Dostupni su tip 1 i tip 3, navedite kada red e.

T111

• Debljina aluminijumske osnove – 1,5 mm
• Debljina dielektrika - 100 mikrona
• Debljina bakarne folije – 35 mikrona
• Toplotna provodljivost dielektrika - 2,2 W/mK
• Dielektrična termička otpornost - 0,7°C/W
• Toplotna provodljivost aluminijumske podloge (5052 - analog AMg2.5) - 138 W/mK
• Probojni napon – 3 KV
• Temperatura prelaska stakla (Tg) – 130
• Volumenski otpor – 108 MΩ×cm
• Površinski otpor - 106 MΩ
• Najveći radni napon (CTI) – 600V

Zaštitne maske za lemljenje koje se koriste u proizvodnji štampano ploče

Lemljenje maska(tzv. „zelene stvari“) je sloj izdržljivog materijala dizajniran za zaštitu vodiča od ulaska lema i fluksa tokom lemljenja, kao i od pregrijavanja. Maska pokriva provodnike i ostavlja jastučiće i konektore oštrica otvorenim. Metoda nanošenja maske za lemljenje je slična nanošenju fotorezista - korišćenjem fotomaske sa uzorkom jastučića, materijal maske nanesen na PCB je osvetljen i polimerizovan, područja sa jastučićima za lemljenje su neeksponirana i maska se ispere s njih nakon razvoja. Češće lemljenje maska nanosi se na sloj bakra. Stoga se prije formiranja uklanja zaštitni sloj lima - inače će lim ispod maske nabubriti od zagrijavanja ploče s prilikom lemljenja.

PSR-4000 H85

Zelena boja, tečno fotosenzitivno očvršćavanje, debljine 15-30 mikrona, TAIYO INK (Japan).

Ima odobrenje za korištenje od strane sljedećih organizacija i proizvođača krajnjih proizvoda: NASA, IBM, Compaq, Lucent, Apple, AT&T, General Electric, Honeywell, General Motors, Ford, Daimler-Chrysler, Motorola, Intel, Micron, Ericsson, Thomson, Visteon , Alcatel, Sony, ABB, Nokia, Bosch, Epson, Airbus, Philips, Siemens, HP, Samsung, LG, NEC, Matsushita(Panasonic), Toshiba, Fujitsu, Mitsubishi, Hitachi, Toyota, Honda, Nissan i mnogi, mnogi drugi ;

IMAGECURE XV-501

– obojena (crvena, crna, plava), dvokomponentna tečnost lemljenje maska, Coates Electrografics Ltd (Engleska), debljina 15-30 mikrona;

PSR-4000 LEW3

– bijela, tečna dvokomponentna lemljenje maska, TAIYO INK (Japan), debljina 15-30 mikrona;

Laminar D5030

– suva, filmska maska iz DUNACHEM-a (Njemačka), debljine 75 mikrona, omogućava šatoriranje otvora, ima visoku adheziju.

Označavanje

SunChemical XZ81 (bijeli)

SunChemical XZ85 (crna)

Termoreaktivne boje za označavanje nanesene grid-grafičkom metodom SunChemical (UK).

Tinta za označavanje AGFA DiPaMat Legend Ink Wh04 (bijela)

Akrilna UV + termoreaktivna boja, za inkjet štampanje oznaka na industrijskom štampaču.