Physikalische und mechanische Eigenschaften Die Materialien müssen den festgelegten Spezifikationen entsprechen und eine qualitativ hochwertige Produktion von Leiterplatten gemäß den technischen Standardspezifikationen gewährleisten. Für die Herstellung von Platten werden geschichtete Kunststoffe verwendet – Foliendielektrika, die mit elektrolytischer Kupferfolie mit einer Dicke von 5, 20, 35, 50, 70 und 105 Mikrometern mit einer Kupferreinheit von mindestens 99,5 % und einer Oberflächenrauheit von mindestens 0,4 beschichtet sind –0,5 Mikrometer, die in Form von Platten mit den Abmessungen 500×700 mm und einer Dicke von 0,06–3 mm geliefert werden. Laminierte Kunststoffe müssen eine hohe chemische und thermische Beständigkeit aufweisen, eine Feuchtigkeitsaufnahme von nicht mehr als 0,2–0,8 % aufweisen und einem Temperaturschock (260 °C) für 5–20 s standhalten. Oberflächenwiderstand von Dielektrika bei 40 °C und 93 % relativer Luftfeuchtigkeit für 4 Tage. muss mindestens 10 4 MOhm betragen. Der spezifische Volumenwiderstand des Dielektrikums beträgt nicht weniger als 5·10 11 Ohm·cm. Die Haftfestigkeit der Folie zum Untergrund (3 mm breiter Streifen) beträgt 12 bis 15 MPa. Wird als Basis für laminierte Kunststoffe verwendet getinaks Dabei handelt es sich um komprimierte Schichten aus elektrisch isolierendem Papier, die mit Phenolharz imprägniert sind; Glasfaserlaminate sind komprimierte Schichten aus Glasfaser, die mit Epoxidphenolharz imprägniert sind, und anderen Materialien (Tabelle 2.1).

Tabelle 2.1. Grundmaterialien zur Herstellung von Leiterplatten.

Getinax verfügt über zufriedenstellende elektrische Isoliereigenschaften unter normalen klimatischen Bedingungen, gute Verarbeitbarkeit und niedrige Kosten und hat Anwendung bei der Herstellung von elektronischen Haushaltsgeräten gefunden. Für Leiterplatten, die unter schwierigen klimatischen Bedingungen mit einem breiten Betriebstemperaturbereich (–60...+180°C) als Teil elektronischer Computerausrüstung, Kommunikationsausrüstung und Messgeräte betrieben werden, werden teurere Glastextolithe verwendet. Sie zeichnen sich durch einen breiten Betriebstemperaturbereich, niedrige (0,2 - 0,8 °C) aus %) Wasseraufnahme, hohe Volumen- und Oberflächenwiderstandswerte, Verformungsbeständigkeit. Nachteile - die Möglichkeit, dass sich die Folie aufgrund von Temperaturschocks ablöst und das Harz beim Bohren von Löchern umhüllt. Die Erhöhung der Feuerbeständigkeit von Dielektrika (GPF, GPFV, SPNF, STNF), die in Stromversorgungen verwendet werden, wird durch die Zugabe von Flammschutzmitteln (z. B. Tetrabromdiphenylpropan) in ihre Zusammensetzung erreicht.

Für die Herstellung von Foliendielektrika wird hauptsächlich elektrolytische Kupferfolie verwendet, deren eine Seite eine glatte Oberfläche (nicht niedriger als die achte Reinheitsklasse) aufweisen muss, um eine genaue Wiedergabe der gedruckten Schaltung zu gewährleisten, und deren andere Seite rau sein muss Mikrorauheitshöhe von mindestens 3 Mikrometern für eine gute Haftung zum Dielektrikum. Dazu wird die Folie einer elektrochemischen Oxidation in einer Lösung aus Natriumhydroxid unterzogen. Die Folierung von Dielektrika erfolgt durch Pressen bei einer Temperatur von 160–180 °C und einem Druck von 5–15 MPa.

Keramische Werkstoffe zeichnen sich durch eine hohe mechanische Festigkeit aus, die im Temperaturbereich von 20–700 °C leicht schwankt, elektrische Stabilität und Stabilität geometrische Parameter, geringe (bis zu 0,2 %) Wasseraufnahme und Gasabgabe beim Erhitzen im Vakuum, sind jedoch zerbrechlich und teuer.

Als Metallbasis der Platten werden Stahl und Aluminium verwendet. Auf Stahluntergründen erfolgt die Isolierung stromführender Bereiche mit speziellen Emails, die Oxide von Magnesium, Calcium, Silizium, Bor, Aluminium oder Mischungen davon, ein Bindemittel (Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat oder Methylmethacrylat) und einen Weichmacher enthalten. Der Film wird durch Rollen zwischen Rollen und anschließendes Brennen auf den Untergrund aufgebracht. Durch anodische Oxidation entsteht auf der Aluminiumoberfläche eine Isolierschicht mit einer Dicke von mehreren zehn bis hundert Mikrometern und einem Isolationswiderstand von 10 2 – 10 3 MOhm. Die Wärmeleitfähigkeit von eloxiertem Aluminium beträgt 200 W/(m K), die von Stahl 40 W/(m K). Als Basis für Mikrowellen-PP werden unpolare (Fluorkunststoff, Polyethylen, Polypropylen) und polare (Polystyrol, Polyphenylenoxid) Polymere verwendet. Für die Herstellung von Mikroplatinen und Mikrobaugruppen im Mikrowellenbereich werden auch keramische Materialien verwendet, die über stabile elektrische Eigenschaften und geometrische Parameter verfügen.

Polyamidfolie wird zur Herstellung flexibler Leiterplatten mit hoher Zugfestigkeit, chemischer Beständigkeit und Feuerbeständigkeit verwendet. Es weist die höchste Temperaturstabilität unter den Polymeren auf, da es von den Temperaturen von flüssigem Stickstoff bis zu den Temperaturen des eutektischen Lötens von Silizium mit Gold (400 °C) nicht an Flexibilität verliert. Darüber hinaus zeichnet es sich durch eine geringe Gasentwicklung im Vakuum, Strahlungsbeständigkeit und keine Umhüllung beim Bohren aus. Nachteile: erhöhte Wasseraufnahme und hohe Kosten.

Erstellung einer Diagrammzeichnung.

Bei der Durchführung von Metallisierungs- und Ätzprozessen ist das Zeichnen eines Musters oder Schutzreliefs mit der erforderlichen Konfiguration erforderlich. Die Zeichnung muss klare Grenzen mit einer genauen Reproduktion feiner Linien haben, beständig gegen Ätzlösungen sein, Leiterplatten und Elektrolyte nicht verunreinigen und nach Erfüllung ihrer Funktionen leicht zu entfernen sein. Die Übertragung eines Leiterplattendesigns auf ein Foliendielektrikum erfolgt mittels Rasterdruck, Offsetdruck und Fotodruck. Die Wahl der Methode hängt vom Design der Platine, der erforderlichen Genauigkeit und Dichte der Installation sowie der Serienproduktion ab.

Gridographische Methode Das Zeichnen eines Schaltplans ist am kostengünstigsten für die Massen- und Großserienproduktion von Leiterplatten mit einer Mindestbreite der Leiter und einem Abstand zwischen ihnen > 0,5 mm und einer Bildwiedergabegenauigkeit von ± 0,1 mm. Die Idee besteht darin, spezielle säurebeständige Farbe auf die Platte aufzutragen, indem man sie mit einem Gummispachtel (Rakel) durch eine Maschenschablone drückt, in der das gewünschte Muster durch offene Maschenzellen gebildet wird (Abb. 2.4).

Um eine Schablone zu verwenden Metallgewebe aus Edelstahl mit einer Drahtstärke von 30–50 Mikrometern und einer Webfrequenz von 60–160 Fäden pro 1 cm, metallisierte Nylonfaser, die eine bessere Elastizität aufweist, mit einer Fadenstärke von 40 Mikrometern und einer Webfrequenz von bis zu 200 Fäden pro 1 cm, sowie aus Polyesterfasern und Nylon

Einer der Nachteile von Netzgewebe besteht darin, dass es sich bei wiederholtem Gebrauch ausdehnt. Am langlebigsten sind Netze aus Edelstahl (bis zu 20.000 Drucke), metallisierten Kunststoffen (12.000), Polyesterfasern (bis zu 10.000) und Nylon (5.000).

Reis. 2.4. Das Prinzip des Siebdrucks.

1 – Rakel; 2 – Schablone; 3 – Farbe; 4 – Basis.

Das Bild auf dem Gitter wird durch Belichten von flüssigem oder trockenem (Film-)Fotolack erhalten, nach dessen Entwicklung offene (musterfreie) Gitterzellen gebildet werden. Die Schablone im Gitterrahmen wird mit einem Abstand von 0,5–2 mm zur Plattenoberfläche angebracht, so dass der Kontakt des Gitters mit der Plattenoberfläche nur in dem Bereich erfolgt, in dem das Gitter mit einem Rakel angedrückt wird. Der Rakel ist ein rechteckiger, geschärfter Gummistreifen, der in einem Winkel von 60–70° zum Untergrund angebracht ist.

Um ein PP-Muster zu erhalten, werden duroplastische Farben ST 3,5 verwendet;

ST 3.12, die entweder in einem Wärmeschrank bei einer Temperatur von 60 °C für 40 Minuten oder an der Luft für 6 Stunden getrocknet werden, was den Screenographieprozess verlängert. Technologisch fortschrittlicher sind die Photopolymerzusammensetzungen EP-918 und FKP-TZ mit UV-Härtung für 10–15 s, was ein entscheidender Faktor für die Automatisierung des Prozesses ist. Bei einmaligem Auftragen hat die grüne Beschichtung eine Dicke von 15–25 Mikrometern, reproduziert ein Muster mit einer Linienbreite und Lücken von bis zu 0,25 mm und hält dem Eintauchen in geschmolzenes POS-61-Lot bei einer Temperatur von 260 °C für bis zu 10 Minuten stand s, Einwirkung eines Alkohol-Benzin-Gemisches für bis zu 5 Minuten und Temperaturwechsel im Temperaturbereich von – 60 bis +120 °C. Nach dem Aufbringen des Motivs wird die Platte 5–8 Minuten bei einer Temperatur von 60 °C getrocknet, die Qualität kontrolliert und ggf. retuschiert. Entfernen der Schutzmaske nach dem Ätzen oder Metallisieren chemische Methode in einer 5%igen Natriumhydroxidlösung für 10–20 s.

Tisch 2.2. Ausrüstung für den Siebdruck.

Für den Siebdruck werden halbautomatische und automatische Geräte verwendet, die sich in Druckformat und Produktivität unterscheiden (Tabelle 2.2). Automatische Siebdrucklinien von Chemcut (USA), Resco (Italien) verfügen über automatische Systeme für die Zuführung und Installation von Platten, Rakelbewegung und Lackversorgung. Zum Trocknen des Resists wird ein IR-Tunnelofen verwendet.

Offsetdruck Wird für die Großserienfertigung von Leiterplatten mit einem kleinen Schaltungsspektrum verwendet. Die Auflösung beträgt 0,5–1 mm, die Genauigkeit des resultierenden Bildes beträgt ±0,2 mm. Der Kern der Methode besteht darin, dass Farbe in das Klischee gerollt wird, das das Bild der Schaltung (gedruckte Leiter, Kontaktpads) trägt. Anschließend wird es mit einer gummibeschichteten Offsetwalze abgezogen, auf eine isolierende Unterlage übertragen und getrocknet. Das Klischee und die Plattenbasis befinden sich hintereinander auf dem Sockel der Offsetdruckmaschine (Abb. 2.5).

Abb.2.5. Offsetdruckschema.

1 – Offsetwalze; 2 – Klischee; 3 – Tafel;

4 – Walze zum Auftragen von Farbe; 5 – Andruckrolle.

Die Genauigkeit des Drucks und die Schärfe der Konturen werden durch die Parallelität von Walze und Untergrund, die Art und Konsistenz der Farbe bestimmt. Mit einem Klischee können Sie eine unbegrenzte Anzahl an Abzügen erstellen. Die Produktivität der Methode ist durch die Dauer des Schwingzyklus (Farbauftrag – Übertragung) begrenzt und überschreitet 200–300 Abdrücke pro Stunde nicht. Nachteile der Methode: die Dauer des Klischeeherstellungsprozesses, die Schwierigkeit, das Muster des Schaltkreises zu ändern, die Schwierigkeit, nichtporöse Schichten zu erhalten, die hohen Kosten der Ausrüstung.

Fotografische Methode Durch das Zeichnen eines Musters können Sie eine Mindestbreite der Leiter und Abstände zwischen ihnen von 0,1–0,15 mm bei einer Wiedergabegenauigkeit von bis zu 0,01 mm erzielen. Aus wirtschaftlicher Sicht ist dieses Verfahren weniger kostengünstig, ermöglicht aber eine maximale Musterauflösung und wird daher in der Kleinserien- und Massenproduktion bei der Herstellung von Leiterplatten eingesetzt Hohe Dichte und Genauigkeit. Die Methode basiert auf der Verwendung der genannten lichtempfindlichen Zusammensetzungen Fotolacke , die Folgendes haben müssen: hohe Empfindlichkeit; hohe Auflösung; eine homogene, porenfreie Schicht auf der gesamten Oberfläche mit hoher Haftung zum Plattenmaterial; Beständigkeit gegen chemische Einflüsse; einfache Zubereitung, Zuverlässigkeit und Anwendungssicherheit.

Fotolacke werden in Negativ- und Positivlacke unterteilt. Negative Fotolacke Unter Strahlungseinfluss bilden sie durch Photopolymerisation und Aushärtung schützende Reliefbereiche. Die beleuchteten Bereiche lösen sich nicht mehr auf und verbleiben auf der Oberfläche des Untergrundes. Positive FotolackeÜbertragen Sie das Fotomaskenbild ohne Änderungen. Bei der Lichtbearbeitung werden die belichteten Stellen zerstört und ausgewaschen.

Um bei Verwendung eines negativen Fotolacks ein Schaltkreismuster zu erhalten, erfolgt die Belichtung durch ein Negativ und ein positiver Fotolack durch ein Positiv. Positive Fotolacke haben eine höhere Auflösung, was durch Unterschiede in der Strahlungsabsorption durch die lichtempfindliche Schicht erklärt wird. Die Auflösung der Schicht wird durch die Beugungsbeugung des Lichts am Rand des undurchsichtigen Elements der Schablone und die Lichtreflexion vom Substrat beeinflusst (Abb. 2.6, A).

Abb.2.6. Belichtung der lichtempfindlichen Schicht:

a – Belichtung; b – negativer Fotolack; c – positiver Fotolack;

1 – Beugung; 2 – Streuung; 3 – Reflexion; 4 – Vorlage; 5 – widerstehen; 6 – Substrat.

Bei negativem Fotolack spielt die Beugung keine nennenswerte Rolle, da die Schablone fest an den Lack gepresst wird, durch die Reflexion entsteht jedoch ein Lichthof um die Schutzbereiche, der die Auflösung verringert (Abb. 2.6, B). In der positiven Resistschicht wird unter dem Einfluss der Beugung nur der obere Bereich des Resists unter den undurchsichtigen Bereichen der Fotomaske während der Entwicklung zerstört und ausgewaschen, was kaum Auswirkungen hat schützende Eigenschaften Schicht. Vom Substrat reflektiertes Licht kann zu einer gewissen Zerstörung des angrenzenden Bereichs führen, aber der Entwickler wäscht diesen Bereich nicht aus, da sich die Schicht unter dem Einfluss der Adhäsionskräfte nach unten bewegt und wieder einen klaren Bildrand ohne Lichthof bildet (Abb. 2.6, V).

Derzeit werden in der Industrie flüssige und trockene (Film-)Fotolacke eingesetzt. Flüssige Fotolacke– kolloidale Lösungen synthetischer Polymere, insbesondere Polyvinylalkohol (PVA). Das Vorhandensein der Hydroxylgruppe OH in jedem Kettenglied bestimmt die hohe Hygroskopizität und Polarität von Polyvinylalkohol. Wenn einer wässrigen PVA-Lösung Ammoniumdichromat zugesetzt wird, wird diese „sensibilisiert“. Durch Eintauchen des Werkstücks, Gießen und anschließendes Zentrifugieren wird ein Fotolack auf PVA-Basis auf die vorbereitete Oberfläche der Platine aufgetragen. Anschließend werden die Fotolackschichten in einem Wärmeschrank mit Umluft bei einer Temperatur von 40 °C für 30–40 Minuten getrocknet. Nach der Belichtung wird der Fotolack in warmem Wasser entwickelt. Um die chemische Beständigkeit von Photoresist auf PVA-Basis zu erhöhen, wird das PP-Muster chemisch in einer Chromsäureanhydridlösung gegerbt und anschließend 45–50 Minuten lang bei einer Temperatur von 120 °C thermisch gegerbt. Die Bräunung (Entfernung) des Fotolacks erfolgt für 3–6 s in einer Lösung folgender Zusammensetzung:

– 200–250 g/l Oxalsäure,

– 50–80 g/l Natriumchlorid,

– bis zu 1000 ml Wasser mit einer Temperatur von 20 °C.

Die Vorteile von PVA-basiertem Fotolack sind geringe Toxizität und Brandgefahr sowie die Entwicklung mit Wasser. Zu den Nachteilen zählen der Effekt der Dunkelbräunung (daher sollte die Haltbarkeit von Rohlingen mit aufgetragenem Fotolack 3–6 Stunden nicht überschreiten), geringe Säure- und Alkalibeständigkeit, die Schwierigkeit, den Prozess der Mustererstellung zu automatisieren, und die Komplexität der Herstellung des Fotolacks und geringe Empfindlichkeit.

Verbesserte Eigenschaften flüssiger Photoresists (Beseitigung der Bräunung, erhöhte Säurebeständigkeit) werden bei Photoresists auf Cinnamatbasis erreicht. Die lichtempfindliche Komponente dieser Art von Fotolack ist Polyvinylcinnamat (PVC), ein Produkt der Reaktion von Polyvinylalkohol und Zimtsäurechlorid. Seine Auflösung beträgt ca. 500 Linien/mm, die Entwicklung erfolgt in organischen Lösungsmitteln – Trichlorethan, Toluol, Chlorbenzol. Um den Prozess der Entwicklung und Entfernung von PVC-Fotolack zu intensivieren, werden Ultraschallvibrationen eingesetzt. Die Diffusion im Ultraschallfeld wird durch akustische Mikroströmungen stark beschleunigt, und die entstehenden Kavitationsblasen reißen beim Kollabieren Teile des Fotolacks von der Platine ab. Die Entwicklungszeit verkürzt sich auf 10 s, also auf das 5- bis 8-fache im Vergleich zur herkömmlichen Technologie. Zu den Nachteilen von PVC-Fotolack zählen die hohen Kosten und die Verwendung giftiger organischer Lösungsmittel. Daher haben PVC-Resists bei der Herstellung von Leiterplatten keine breite Anwendung gefunden, sondern werden hauptsächlich bei der Herstellung von ICs verwendet.

Fotolacke auf Basis von Diazoverbindungen werden hauptsächlich als Positivlacke eingesetzt. Die Lichtempfindlichkeit von Diazoverbindungen beruht auf dem Vorhandensein von Gruppen, die aus zwei Stickstoffatomen N2 bestehen (Abb. 2.7).

Abb.2.7. Molekulare Bindungen in der Struktur von Diazoverbindungen.

Das Trocknen der Fotolackschicht erfolgt in zwei Schritten:

– bei einer Temperatur von 20°C für 15–20 Minuten, um flüchtige Bestandteile zu verdampfen;

– in einem Thermostat mit Luftzirkulation bei einer Temperatur von 80 °C für 30–40 Minuten.

Entwickler sind Lösungen aus Trinatriumphosphat, Soda und schwachen Alkalien. Die auf Diazoverbindungen basierenden Fotolacke FP-383 und FN-11 haben eine Auflösung von 350–400 Linien/mm und eine hohe chemische Beständigkeit, sind aber teuer.

Trockenfilm-Fotolacke Riston-Marken wurden erstmals 1968 von Du Pont (USA) entwickelt und haben eine Dicke von 18 Mikrometer (rot), 45 Mikrometer (blau) und 72 Mikrometer (Rubin). Der Trockenfilm-Fotolack SPF-2 wird seit 1975 in den Stärken 20, 40 und 60 Mikrometer hergestellt und ist ein Polymer auf Basis von Polymethylmethacrylat 2 (Abb. 2.8), befindet sich zwischen dem Polyethylen 3 und Lavsan/Filme mit einer Dicke von jeweils 25 Mikrometern.

Abb.2.8. Struktur von trockenem Fotolack.

In der GUS werden folgende Arten von Trockenfilm-Fotoresists hergestellt:

– manifestiert sich in organischen Substanzen – SPF-2, SPF-AS-1, SRF-P;

– wasseralkalisch – SPF-VShch2, TFPC;

– erhöhte Zuverlässigkeit – SPF-PNShch;

– schützend – SPF-Z-VShch.

Vor dem Aufrollen auf die Oberfläche der Leiterplattenbasis wird der Schutzfilm aus Polyethylen entfernt und trockener Fotolack im Walzenverfahren (Beschichten, Laminieren) bei Erwärmung auf 100 °C mit einer Geschwindigkeit von bis zu 1 m/min auf die Leiterplatte aufgetragen mit einem speziellen Gerät namens Laminator. Trockenresist polymerisiert unter dem Einfluss ultravioletter Strahlung, das Maximum seiner spektralen Empfindlichkeit liegt im Bereich von 350 nm, daher werden zur Belichtung Quecksilberlampen verwendet. Die Entwicklung erfolgt in Strahlmaschinen in Lösungen von Methylchlorid und Dimethylformamid.

SPF-2 ist ein Trockenfilm-Fotolack, der in seinen Eigenschaften dem Riston-Fotolack ähnelt, sowohl in sauren als auch alkalischen Umgebungen verarbeitet werden kann und in allen Methoden zur Herstellung von DPP verwendet wird. Bei der Verwendung ist es notwendig, die Entwicklungsausrüstung abzudichten. SPF-VShch hat eine höhere Auflösung (100–150 Linien/mm), ist säurebeständig und kann in alkalischen Lösungen verarbeitet werden. Die Zusammensetzung des TFPC-Fotoresists (in der Polymerisationszusammensetzung) enthält Methacrylsäure, die die Leistungseigenschaften verbessert. Es ist keine Wärmebehandlung des Schutzreliefs vor dem Galvanisieren erforderlich. Mit SPF-AS-1 können Sie ein PP-Muster sowohl mit subtraktiven als auch mit additiven Technologien erhalten, da es sowohl in sauren als auch in alkalischen Umgebungen beständig ist. Um die Haftung der lichtempfindlichen Schicht auf dem Kupfersubstrat zu verbessern, wurde Benzotriazol in die Zusammensetzung eingebracht.

Der Einsatz von trockenem Fotolack vereinfacht den Leiterplattenherstellungsprozess erheblich und erhöht die Ausbeute geeigneter Produkte von 60 auf 90 %. Dabei:

– Trocknungs-, Gerb- und Retuschiervorgänge sowie Verschmutzungen und Instabilitäten von Schichten sind ausgeschlossen;

– Schutz der metallisierten Löcher vor dem Austreten von Fotolack;

– Es wird eine hohe Automatisierung und Mechanisierung des Leund der Bildkontrolle erreicht.

Anlage zum Auftragen von Trockenfilm-Fotolack – Laminator (Abb. 2.9) besteht aus Walzen 2, Gebühren einreichen 6 und Andrücken des Fotolacks an die Oberfläche der Werkstücke, Walzen 3 Und 4 zum Entfernen der schützenden Polyethylenfolie, Spule mit Fotolack 5, Heizung 1 mit Thermostat.

Abb.2.9. Laminator-Diagramm.

Die Bewegungsgeschwindigkeit des Platinenrohlings erreicht 0,1 m/s, die Heiztemperatur beträgt (105 ±5) °C. Das Design der Anlage ARSM 3.289.006 NPO Raton (Weißrussland) sorgt für eine konstante Presskraft, unabhängig vom installierten Spalt zwischen den Heizwalzen. Die maximale Breite des PP-Werkstücks beträgt 560 mm. Ein Merkmal des Rollens ist die Gefahr, dass Staub unter die Fotolackschicht gelangt, daher muss die Anlage in einer hermetischen Zone betrieben werden. Der aufgerollte Fotolackfilm wird mindestens 30 Minuten lang aufbewahrt, bevor er einem vollständigen Schrumpfungsprozess ausgesetzt wird, der zu einer Verformung des Musters führen und die Haftung verringern kann.

Die Entwicklung des Musters erfolgt durch die chemische und mechanische Wirkung von Methylchloroform. Als optimale Entwicklungszeit wird angenommen, dass sie 1,5-mal länger ist als die, die für die vollständige Entfernung von ungebräuntem Lichtschutzfaktor erforderlich ist. Die Qualität des Entwicklungsvorgangs hängt von fünf Faktoren ab: Entwicklungszeit, Entwicklungstemperatur, Entwicklerdruck in der Kammer, Verunreinigung des Entwicklungsgels und Grad der abschließenden Spülung. Da sich gelöster Fotolack im Entwickler ansammelt, verlangsamt sich die Entwicklungsgeschwindigkeit. Nach der Entwicklung muss die Platte mit Wasser gewaschen werden, bis alle Lösungsmittelreste vollständig entfernt sind. Die Dauer des SPF-2-Entwicklungsvorgangs beträgt bei einer Entwicklertemperatur von 14–18 °C, einem Lösungsdruck in den Kammern von 0,15 MPa und einer Fördergeschwindigkeit von 2,2 m/min 40–42 s.

Die Entfernung und Entwicklung des Fotolacks erfolgt in Tintenstrahlgeräten (GGMZ.254.001, ARSMZ.249.000) in Methylenchlorid. Da es sich um ein starkes Lösungsmittel handelt, muss die Entfernung des Fotolacks schnell erfolgen (innerhalb von 20–30 s). Die Anlagen stellen einen geschlossenen Kreislauf für die Verwendung von Lösungsmitteln dar; nach der Bewässerung der Platten gelangen die Lösungsmittel in die Destillieranlage und anschließend werden die reinen Lösungsmittel der Wiederverwendung zugeführt.

Die Belichtung eines Fotolacks soll darin fotochemische Reaktionen auslösen und wird in Anlagen durchgeführt, die über Lichtquellen (scannend oder stationär) verfügen und im ultravioletten Bereich arbeiten. Um einen festen Sitz der Fotomasken auf den Platinenrohlingen zu gewährleisten, werden Rahmen verwendet, in denen ein Vakuum erzeugt wird. Die Belichtungsanlage SKTSI.442152.0001 NPO „Raton“ mit einem Arbeitsfeld von Laderahmen von 600×600 mm sorgt für eine Produktivität von 15 Platten/Stunde. Belichtungszeit mit der Quecksilberlampe DRSh-1000 1–5 Min. Nach der Belichtung ist zur Vervollständigung der photochemischen Dunkelreaktion eine 30-minütige Belichtung bei Raumtemperatur erforderlich, bevor der Mylar-Schutzfilm entfernt wird.

Die Nachteile von trockenem Fotolack sind die Notwendigkeit, beim Walzen mechanische Kraft aufzubringen, was für Glaskeramiksubstrate nicht akzeptabel ist, und das Problem der Wiederverwertung fester und flüssiger Abfälle. Pro 1000 m 2 Material fallen bis zu 40 kg feste und 21 kg flüssige Abfälle an, deren Entsorgung ein Umweltproblem darstellt.

Um ein leitfähiges Muster auf einer isolierenden Basis zu erhalten, sowohl durch gitterografische als auch durch fotochemische Methoden, ist die Verwendung von Fotomasken erforderlich, die ein grafisches Abbild des Musters im Maßstab 1:1 auf Fotoplatten oder Filmen darstellen. Fotomasken werden in einem Positivbild hergestellt, wenn leitende Bereiche auf den Bändern aufgebaut werden, und in einem Negativbild, wenn leitende Bereiche durch Ätzen von Kupfer aus Lückenbereichen erhalten werden.

Geometrische Genauigkeit und die Qualität des PP-Musters werden in erster Linie durch die Genauigkeit und Qualität der Fotomaske sichergestellt, die Folgendes aufweisen muss:

– ein kontrastierendes Schwarz-Weiß-Bild von Elementen mit klaren und gleichmäßigen Grenzen mit einer optischen Dichte schwarzer Felder von mindestens 2,5 Einheiten und transparenten Bereichen von nicht mehr als 0,2 Einheiten, gemessen mit einem Densitometer vom Typ DFE-10;

– minimale Bildfehler (dunkle Punkte in weißen Bereichen, transparente Punkte in schwarzen Bereichen), die 10–30 µm nicht überschreiten;

– Genauigkeit der Designelemente ±0,025 mm.

Die aufgeführten Anforderungen werden in größerem Umfang durch kontrastreiche Fotoplatten und Filme „Mikrat-N“ (UdSSR), Fotoplatten wie FT-41P (UdSSR), RT-100 (Japan) und Agfalit (Deutschland) erfüllt.

Derzeit werden hauptsächlich zwei Methoden zur Gewinnung von Fotomasken verwendet: das Fotografieren von fotografischen Originalen und das Zeichnen mit einem Lichtstrahl auf einem Fotofilm unter Verwendung programmgesteuerter Koordinatenographen oder eines Laserstrahls. Bei der Herstellung von Fotovorlagen wird das PP-Design im vergrößerten Maßstab (10:1, 4:1, 2:1) auf schrumpfarmen Material durch Zeichnen, Applizieren oder Einschneiden in Emaille angefertigt. Bei der Auftragungsmethode werden vorgefertigte Standardelemente auf eine transparente Unterlage (Lavsan, Glas usw.) geklebt. Die erste Methode zeichnet sich durch geringe Genauigkeit und hohe Arbeitsintensität aus und wird daher hauptsächlich für Prototypenplatinen verwendet.

Bei PP mit hoher Einbaudichte kommt das Emailschneiden zum Einsatz. Dazu wird poliertes Flachglas mit einer undurchsichtigen Emailschicht überzogen und das Ausschneiden des Schaltungsdesigns erfolgt mit einem manuell gesteuerten Koordinatenographen. Die Genauigkeit des Musters beträgt 0,03–0,05 mm.

Das hergestellte fotografische Original wird mit der notwendigen Verkleinerung auf einer kontrastreichen Fotoplatte mit Fotoreproduktions-Druckkameras wie PP-12, EM-513, Klimsch (Deutschland) fotografiert und es werden Fotomasken erhalten, die kontrolliert und bearbeitet werden können. Zur Replikation und Herstellung von Arbeits-, Einzel- und Gruppenfotomasken wird das Kontaktdruckverfahren von einer Negativkopie der Kontrollfotomaske verwendet. Die Operation wird auf einem Multiplikatormodell ARSM 3.843.000 mit einer Genauigkeit von ±0,02 mm durchgeführt.

Die Nachteile dieser Methode sind der hohe Arbeitsaufwand bei der Beschaffung eines fotografischen Originals, der hochqualifizierte Arbeitskräfte erfordert, und die Schwierigkeit gleichmäßige Beleuchtung Fotovorlagen mit einer großen Fläche, was die Qualität der Fotomasken verringert.

Die zunehmende Komplexität und Dichte von PP-Mustern sowie die Notwendigkeit, die Arbeitsproduktivität zu steigern, führten zur Entwicklung einer Methode zur Herstellung von Fotomasken mithilfe eines Scanstrahls direkt auf dem Fotofilm. Zur Herstellung einer Fotomaske mittels Lichtstrahl wurden Koordinatenmaschinen mit Programmsteuerung entwickelt. Mit dem Übergang zur maschinellen Gestaltung von Platinen entfällt die Notwendigkeit, eine Zeichnung zu zeichnen, da das vom Computer erhaltene gestanzte Papierband mit den Koordinaten der Leiter in das Lesegerät des Koordinatenographen eingegeben wird, auf dem automatisch die Fotomaske erstellt wird.

Der Koordinatenograph (Abb. 2.10) besteht aus einem Vakuumtisch 8, auf dem Film, Fotoköpfe und Steuereinheit montiert sind /. Der Tisch bewegt sich mithilfe von Präzisionsgewindetrieben hochpräzise in zwei zueinander senkrechten Richtungen 9 und 3, die von Schrittmotoren angetrieben werden 2 Und 10. Der Fotokopf schaltet den Illuminator ein 4, Fokussierungssystem 5, kreisförmige Blende 6 und Fotoverschluss 7. Die Blende verfügt über eine Reihe von Löchern (25–70), die ein bestimmtes Element des PP-Musters bilden, und ist auf der Welle des Schrittmotors befestigt. Entsprechend dem Betriebsprogramm werden Signale von der Steuereinheit an die Schrittmotoren des Tischantriebs, der Blende und an die Beleuchtung geliefert. Moderne Koordinatenographen (Tabelle 5.4) sind mit Systemen zur automatischen Aufrechterhaltung eines konstanten Lichtmodus ausgestattet und geben Informationen über Fotomasken vom Computer im Maßstab 1:2 auf Film aus. 1:1; 2:1; 4:1.

Reis. 5.10. Koordinatendiagramm.

Laminat FR4

Eine ausführliche Beschreibung des Laminats finden Sie hier.

Laminate im TePro-Lager

Mikrowellenmaterial ROGERS

NOTIZ: Um ROGERS-Material bei der Herstellung von Leiterplatten zu verwenden, geben Sie dies bitte im Bestellformular an

Da Rogers-Material viel teurer ist als Standard-FR4, sind wir gezwungen, einen zusätzlichen Aufschlag für Boards einzuführen, die aus Rogers-Material hergestellt werden. Arbeitsbereiche der verwendeten Werkstücke: 170 × 130; 270 × 180; 370 × 280; 570 × 380.

Laminate auf Metallbasis

Visuelle Darstellung des Materials

Aluminiumlaminat ACCL 1060-1 mit dielektrischer Wärmeleitfähigkeit 1 W/(m·K)

Beschreibung

Aluminiumlaminat CS-AL88-AD2(AD5) mit dielektrischer Wärmeleitfähigkeit 2(5) W/(m·K)

Beschreibung

Prepreg

In der Produktion verwenden wir Prepregs 2116, 7628 und 1080 Grade A (höchste) von ILM.

Eine ausführliche Beschreibung der Prepregs finden Sie hier.

Lötmaske

Eigenschaften

Eine detaillierte Beschreibung des Lötstopplacks finden Sie hier.

Häufig gestellte Fragen und Antworten zu Laminaten und Prepregs

Was ist XPC?

Was ist der Unterschied zwischen FR1 und FR2?

Was ist FR2?

Was ist FR3?

Was ist FR4?

Was ist FR5?

Was ist CEM-1?

Was ist CEM-3?

Was ist G10?

Wie können Laminate ersetzt werden?

Was sind „Prepregs“?

Wofür steht FR oder CEM?

Ist FR4 wirklich grün?

Hat die Farbe des Logos eine Bedeutung?

Bedeutet die Ausrichtung des Logos etwas?

Was ist UV-blockierendes Laminat?

Welche Laminate eignen sich für die Durchkontaktierung von Löchern?

Gibt es eine Alternative zur Durchkontaktierung von Löchern?

Was ist „Materialstärke“?

Was ist: PF-CP-Cu? IEC-249? GFN?

Was ist CTI?

Was bedeutet #7628? Welche anderen Zahlen gibt es?

Was ist 94V-0, 94V-1, 94-HB?

Heutzutage werden die meisten elektronischen Schaltkreise mithilfe von Leiterplatten hergestellt. Mithilfe von Leiwerden auch vorgefertigte mikroelektronische Komponenten hergestellt – Hybridmodule, die Komponenten unterschiedlicher Funktionszwecke und Integrationsgrade enthalten. Mehrschichtige Leiterplatten und elektronische Komponenten mit einem hohen Integrationsgrad ermöglichen es, das Gewicht und die Größeneigenschaften von Elektronik- und Computerkomponenten zu reduzieren. Mittlerweile ist die Leiterplatte mehr als hundert Jahre alt.

Leiterplatte

Das (auf Englisch PCB – Leiterplatte)- eine Platte aus elektrisch isolierendem Material (Getinax, Textolit, Glasfaser und andere ähnliche Dielektrika), auf deren Oberfläche sich irgendwie dünne elektrisch leitende Streifen (gedruckte Leiter) mit Kontaktpads zum Anschluss montierter Funkelemente, einschließlich Module und integrierte Schaltkreise, befinden angewandt. Dieser Wortlaut ist wörtlich dem Polytechnischen Wörterbuch entnommen.

Es gibt eine universellere Formulierung:

Unter einer Leiterplatte versteht man eine Konstruktion fester elektrischer Verbindungen auf einer isolierenden Basis.

Die Hauptstrukturelemente einer Leiterplatte sind eine dielektrische Basis (starr oder flexibel), auf deren Oberfläche sich die Leiter befinden. Die dielektrische Basis und die Leiter sind Elemente, die notwendig und ausreichend sind, damit eine Leiterplatte eine Leiterplatte ist. Um Komponenten zu installieren und mit Leitern zu verbinden, werden zusätzliche Elemente verwendet: Kontaktpads, metallisierte Übergangs- und Montagelöcher, Anschlusslamellen, Bereiche zur Wärmeableitung, Abschirm- und Stromführungsflächen usw.

Der Übergang zu Leiterplatten markierte einen qualitativen Sprung im Bereich des Designs elektronischer Geräte. Eine Leiterplatte vereint die Funktionen eines Trägers von Funkelementen und der elektrischen Verbindung dieser Elemente. Die letztgenannte Funktion kann nicht erfüllt werden, wenn zwischen den Leitern und anderen leitenden Elementen der Leiterplatte kein ausreichender Isolationswiderstand vorhanden ist. Daher muss das PCB-Substrat als Isolator wirken.

Historische Referenz

In den 1920er und 1930er Jahren wurden viele Patente für Leiterplattendesigns und Verfahren zu deren Herstellung erteilt. Die ersten Methoden zur Herstellung von Leiterplatten blieben überwiegend additiv (Entwicklung der Ideen von Thomas Edison). Aber in seiner modernen Form entstand die Leiterplatte dank der Verwendung von Technologien, die der Druckindustrie entlehnt waren. „Printed Circuit Board“ ist eine direkte Übersetzung des englischen Druckbegriffs „Printing Plate“ („Druckplatte“ oder „Matrix“). Daher gilt der österreichische Ingenieur Paul Eisler als der wahre „Vater der Leiterplatte“. Er kam als erster zu dem Schluss, dass (subtraktive) Drucktechnologien für die Massenproduktion von Leiterplatten eingesetzt werden könnten. Bei subtraktiven Technologien entsteht ein Bild durch Entfernen unnötiger Fragmente. Paul Eisler entwickelte die Technologie der galvanischen Abscheidung von Kupferfolie und deren Ätzung mit Eisenchlorid. Bereits im Zweiten Weltkrieg waren Technologien zur Massenproduktion von Leiterplatten gefragt. Und ab Mitte der 1950er Jahre begann die Bildung von Leiterplatten als konstruktive Grundlage für Funkgeräte nicht nur für militärische, sondern auch für häusliche Zwecke.

PCB-Materialien

Grundlegende Dielektrika für Leiterplatten

Die Kenntnis der Parameter von Materialien für Leiterplatten, sowohl einschichtige als auch mehrschichtige, ist für alle an deren Verwendung Beteiligten wichtig, insbesondere für Leiterplatten für Geräte mit erhöhter Geschwindigkeit und Mikrowellen. Beim Entwurf von MPP stehen Entwickler vor folgenden Aufgaben:
- Berechnung des Wellenwiderstands der Leiter auf der Platine;
- Berechnung des Wertes der Zwischenschicht-Hochspannungsisolierung;
- Auswahl der Struktur von Sacklöchern und verdeckten Löchern.
Verfügbare Optionen und Stärken verschiedener Materialien sind in den Tabellen 2–6 aufgeführt. Es ist zu berücksichtigen, dass die Toleranz der Materialdicke in der Regel bis zu ±10 % beträgt, daher darf die Toleranz der Dicke der fertigen Mehrschichtplatte nicht weniger als ±10 % betragen.

Tg – Glasübergangstemperatur (Strukturzerstörung)

Dk – Dielektrizitätskonstante

Grundlegende Dielektrika für Mikrowellen-Leiterplatten

Typische Designs von Leiterplatten basieren auf der Verwendung von Standard-Glasfasertypen FR4, mit einer Betriebstemperatur von –50 bis +110 °C und einer Glasübergangstemperatur Tg (Erweichung) von etwa 135 °C.
Bei erhöhten Anforderungen an die Hitzebeständigkeit oder bei der Montage von Platinen in einem Ofen mit bleifreier Technologie (t bis 260 °C) ist eine hohe Temperatur erforderlich FR4 Hoher Tg oder FR5.
Wenn Anforderungen an einen Dauerbetrieb bei hohen Temperaturen oder bei plötzlichen Temperaturänderungen bestehen, kommt es zum Einsatz Polyimid. Darüber hinaus wird Polyimid zur Herstellung hochzuverlässiger Leiterplatten, für militärische Anwendungen und auch dort eingesetzt, wo eine erhöhte elektrische Festigkeit erforderlich ist.
Für Bretter mit Mikrowellenschaltungen(über 2 GHz) werden separate Schichten verwendet Mikrowellenmaterial, oder das Brett besteht komplett aus Mikrowellenmaterial. Die bekanntesten Anbieter von Sonderwerkstoffen sind Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Die Kosten dieser Materialien sind höher als bei FR4 und werden bedingt in der vorletzten Spalte der Tabelle im Verhältnis zu den Kosten von FR4 angezeigt.

* Dk – Dielektrizitätskonstante

Dk – Dielektrizitätskonstante

PCB-Pad-Beschichtungen

Am häufigsten werden Stellen mit einer Zinn-Blei-Legierung oder PIC beschichtet. Die Methode zum Auftragen und Nivellieren der Lotoberfläche wird HAL oder HASL (von engl. Hot Air Solder Leveling – Lot mit Heißluft nivellieren) genannt. Diese Beschichtung sorgt für die beste Lötbarkeit der Pads. Es wird jedoch durch mehr ersetzt moderne Beschichtungen In der Regel kompatibel mit den Anforderungen der internationalen RoHS-Richtlinie.

Diese Richtlinie verlangt das Verbot des Vorhandenseins schädlicher Substanzen, einschließlich Blei, in Produkten. Bisher gilt RoHS nicht für das Territorium unseres Landes, aber es ist nützlich, sich an seine Existenz zu erinnern.

Mögliche Optionen zur Abdeckung von MPP-Standorten sind in Tabelle 7 aufgeführt.

HASL wird überall verwendet, sofern nicht anders erforderlich.

Tauchvergoldung (chemische Vergoldung). Wird verwendet, um eine gleichmäßigere Platinenoberfläche bereitzustellen (dies ist besonders wichtig für BGA-Pads), weist jedoch eine etwas geringere Lötbarkeit auf. Das Löten in einem Ofen erfolgt mit ungefähr der gleichen Technologie wie HASL, jedoch Handlöten erfordert die Verwendung spezieller Flussmittel. Die organische Beschichtung (OSP) schützt die Kupferoberfläche vor Oxidation. Sein Nachteil ist die kurze Haltbarkeit der Lötbarkeit (weniger als 6 Monate).

Tauchdose Bietet eine glatte Oberfläche und eine gute Lötbarkeit, weist jedoch auch eine begrenzte Haltbarkeit beim Löten auf. Bleifreies HAL hat die gleichen Eigenschaften wie bleihaltiges HAL, die Lotzusammensetzung besteht jedoch zu etwa 99,8 % aus Zinn und 0,2 % aus Zusatzstoffen.

Kontakte des Flachsteckverbinders die während des Betriebs der Platine Reibung ausgesetzt sind, werden mit einer dickeren und steiferen Goldschicht galvanisiert. Bei beiden Vergoldungsarten wird eine Nickelunterschicht verwendet, um die Diffusion des Goldes zu verhindern.

Hinweis: Alle Beschichtungen außer HASL sind RoHS-konform und für bleifreies Löten geeignet.

Schutzbeschichtungen und andere Arten von Leiterplattenbeschichtungen

Schutzbeschichtungen werden verwendet, um Oberflächen von Leitern zu isolieren, die nicht zum Löten vorgesehen sind.

Um das Bild zu vervollständigen, betrachten wir den funktionalen Zweck und die Materialien von Leiterplattenbeschichtungen.

1. Lötmaske - Wird auf die Oberfläche der Platine aufgetragen, um Leiter vor unbeabsichtigten Kurzschlüssen und Schmutz zu schützen, sowie um Glasfaserlaminat vor Thermoschocks beim Löten zu schützen. Die Maske trägt keine weitere funktionelle Belastung und kann nicht als Schutz vor Feuchtigkeit, Schimmel, Zerfall usw. dienen (außer bei Verwendung spezieller Maskenarten).
2. Markierung - Wird mit Farbe über einer Maske auf die Platine aufgetragen, um die Identifizierung der Platine selbst und der darauf befindlichen Komponenten zu erleichtern.
3. Abziehmaske - Wird auf bestimmte Bereiche der Platine aufgetragen, die vorübergehend beispielsweise vor Lötarbeiten geschützt werden müssen. Es lässt sich in Zukunft leicht entfernen, da es sich um eine gummiartige Verbindung handelt und sich einfach abziehen lässt.
4. Carbon-Kontaktbeschichtung - werden an bestimmten Stellen der Platine als Kontaktfelder für Tastaturen angebracht. Die Beschichtung hat eine gute Leitfähigkeit, oxidiert nicht und ist verschleißfest.
5. Graphit-Widerstandselemente - können auf die Oberfläche der Platine aufgebracht werden, um die Funktion von Widerständen zu erfüllen. Leider ist die Genauigkeit der Nennwerte gering – nicht genauer als ±20 % (bei Laserjustierung bis zu 5 %).
6. Silberne Kontaktbrücken - können als zusätzliche Leiter eingesetzt werden und bilden eine weitere leitende Schicht, wenn nicht genügend Platz für die Verlegung vorhanden ist. Wird hauptsächlich für einschichtige und doppelseitige Leiterplatten verwendet.

PCB-Design

Der am weitesten entfernte Vorgänger von Leiterplatten ist gewöhnlicher Draht, meist isoliert. Er hatte einen erheblichen Fehler. Bei starken Vibrationen war der Einsatz zusätzlicher mechanischer Elemente zur Befestigung im REA erforderlich. Zu diesem Zweck wurden Träger verwendet, auf denen Funkelemente, die Funkelemente selbst und Strukturelemente für Zwischenverbindungen und Befestigungsdrähte installiert waren. Dies ist eine volumetrische Installation.

Leiterplatten weisen diese Mängel nicht auf. Ihre Leiter sind an der Oberfläche befestigt, ihre Position ist festgelegt, was die Berechnung ihrer gegenseitigen Verbindungen ermöglicht. Prinzipiell nähern sich Leiterplatten mittlerweile flachen Strukturen an.

In der Anfangsphase der Anwendung verfügten Leiterplatten über ein- oder doppelseitige Leiterbahnen.

Einseitige Leiterplatte- Dies ist eine Platte, auf deren einer Seite sich gedruckte Leiter befinden. Bei doppelseitigen Leiterplatten belegten die Leiter auch die leere Rückseite der Platte. Und für ihre Verbindung wurden verschiedene Optionen vorgeschlagen, unter denen metallisierte Übergangslöcher am weitesten verbreitet sind. Fragmente des Designs der einfachsten einseitigen und doppelseitigen Leiterplatten sind in Abb. dargestellt. 1.

Doppelseitige Leiterplatte- Ihre Verwendung anstelle von einseitigen war der erste Schritt zum Übergang von der Ebene zum Volumen. Wenn wir uns abstrahieren (das Substrat der doppelseitigen Leiterplatte gedanklich wegwerfen), erhalten wir eine dreidimensionale Leiterstruktur. Dieser Schritt wurde übrigens recht schnell vollzogen. Der Antrag von Albert Hanson deutete bereits die Möglichkeit an, Leiter auf beiden Seiten des Substrats anzubringen und diese über Durchgangslöcher zu verbinden.

Reis. 1. Fragmente des Designs von Leiterplatten a) einseitig und 6) doppelseitig: 1 - Befestigungsloch, 2 - Kontaktpad, 3 - Leiter, 4 - dielektrisches Substrat, 5 - metallisiertes Übergangsloch

Die Weiterentwicklung der Elektronik – die Mikroelektronik – führte zur Verwendung von mehrpoligen Bauteilen (Chips können mehr als 200 Pins haben) und die Zahl der elektronischen Bauteile nahm zu. Der Einsatz digitaler Mikroschaltungen und die Steigerung ihrer Leistung führten wiederum zu erhöhten Anforderungen an deren Abschirmung und Stromverteilung an Komponenten, wofür spezielle abschirmende leitende Schichten in Mehrschichtplatinen digitaler Geräte (z. B. Computer) eingebaut wurden. All dies führte zu einer Zunahme der Verbindungen und ihrer Komplexität, was zu einer Erhöhung der Anzahl der Schichten führte. Bei modernen Leiterplatten können es deutlich mehr als zehn sein. In gewisser Weise hat die mehrschichtige Leiterplatte an Volumen gewonnen.

Mehrschichtiges PCB-Design

Bei der ersten, gebräuchlichsten Variante bestehen die inneren Schichten der Platte aus doppelseitig kupferkaschiertem Fiberglas, das als „Kern“ bezeichnet wird. Die äußeren Schichten bestehen aus Kupferfolie, die mit einem Bindemittel – einem harzigen Material namens „Prepreg“ – mit den inneren Schichten verpresst wird. Nach dem Pressen bei hohen Temperaturen entsteht ein „Kuchen“ einer mehrschichtigen Leiterplatte, in den dann Löcher gebohrt und metallisiert werden. Seltener zweite Option, wenn die äußeren Schichten aus „Kernen“ bestehen, die durch Prepreg zusammengehalten werden. Dies ist eine vereinfachte Beschreibung; es gibt viele andere Designs, die auf diesen Optionen basieren. Das Grundprinzip besteht jedoch darin, dass Prepreg als Verbindungsmaterial zwischen den Schichten fungiert. Offensichtlich kann es keine Situation geben, in der zwei doppelseitige „Kerne“ ohne Prepreg-Abstandshalter nebeneinander liegen, aber eine Struktur aus Folie, Prepreg, Folie, Prepreg usw. ist möglich und wird häufig in Platten mit komplexen Kombinationen verwendet blinde und versteckte Löcher.

Mehrschichtige Leiterplatten machen preislich inzwischen zwei Drittel der weltweiten Leiterplattenproduktion aus, sind jedoch mengenmäßig den ein- und doppelseitigen Leiterplatten unterlegen.

Ein schematischer (vereinfachter) Ausschnitt des Designs einer modernen mehrschichtigen Leiterplatte ist in Abb. dargestellt. 2. Leiter in solchen Leiterplatten werden nicht nur auf der Oberfläche, sondern auch im Volumen des Substrats platziert. Gleichzeitig blieb die Schichtanordnung der Leiter zueinander erhalten (eine Folge des Einsatzes planarer Drucktechnologien). Die Schichtung ist zwangsläufig in den Namen der Leiterplatten und ihrer Elemente enthalten – einseitig, doppelseitig, mehrschichtig usw. Die Schichtung spiegelt tatsächlich das Design und die Herstellungstechnologien der Leiterplatten wider, die diesem Design entsprechen.

Reis. 2. Fragment des Designs einer mehrschichtigen Leiterplatte: 1 – durchgehendes metallisiertes Loch, 2 – blindes Mikrovia, 3 – verstecktes Mikrovia, 4 – Schichten, 5 – versteckte Zwischenschichtlöcher, 6 – Kontaktpads

In der Realität unterscheidet sich der Aufbau mehrschichtiger Leiterplatten von dem in Abb. 2.

Vom Aufbau her sind MPPs wesentlich komplexer als doppelseitige Platinen, ebenso ist ihre Herstellungstechnologie deutlich komplexer. Und ihre Struktur selbst unterscheidet sich erheblich von der in Abb. 2. Sie umfassen zusätzliche Abschirmungsschichten (Masse und Strom) sowie mehrere Signalschichten.

In Wirklichkeit sehen sie so aus:

a) Schematisch	Um das Umschalten zwischen MPP-Schichten sicherzustellen, werden Interlayer-Vias und Microvias verwendet (Abb. 3.a. Zwischenschichtübergänge können in Form von Durchgangslöchern hergestellt werden, die die Außenschichten untereinander und mit den Innenschichten verbinden. Auch Blind- und Geheimgänge werden genutzt. Ein Blind Via ist ein metallisierter Verbindungskanal, der nur von der Ober- oder Unterseite der Platine aus sichtbar ist. Verdeckte Durchkontaktierungen werden verwendet, um die inneren Schichten der Platine miteinander zu verbinden. Ihr Einsatz ermöglicht es, das Layout von Platinen deutlich zu vereinfachen; beispielsweise kann ein 12-Lagen-MPP-Design auf ein äquivalentes 8-Lagen-Design reduziert werden. schalten Microvias wurden speziell für die Oberflächenmontage, den Anschluss von Kontaktpads und Signalschichten entwickelt.
c) zur Verdeutlichung in der 3D-Ansicht	Zur Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten werden mehrere mit Folie kaschierte Dielektrika durch Klebedichtungen – Prepregs – miteinander verbunden. In Abbildung 3.c ist das Prepreg weiß dargestellt. Prepreg verklebt beim thermischen Pressen die Schichten einer mehrschichtigen Leiterplatte miteinander. Die Gesamtdicke mehrschichtiger Leiterplatten wächst überproportional schnell mit der Anzahl der Signallagen. In diesem Zusammenhang muss das große Verhältnis der Dicke der Platine zum Durchmesser der Durchgangslöcher berücksichtigt werden, was ein sehr strenger Parameter für den Prozess der Durchgangsmetallisierung von Löchern ist. Allerdings auch unter Berücksichtigung der Schwierigkeiten bei der Metallisierung von Durchgangslöchern kleiner Durchmesser Hersteller von mehrschichtigen Leiterplatten ziehen es vor, eine hohe Dichte durch die Verwendung einer größeren Anzahl relativ kostengünstiger Schichten zu erreichen, anstatt eine geringere Anzahl hochdichter, aber entsprechend teurerer Schichten zu verwenden.
Mit) Zeichnung 3	Abbildung 3.c zeigt einen ungefähren Aufbau der Schichten einer mehrschichtigen Leiterplatte mit Angabe ihrer Dicke.

Vladimir Urazaev [L.12] ist davon überzeugt, dass die Entwicklung von Designs und Technologien in der Mikroelektronik im Einklang mit dem objektiv bestehenden Gesetz der Entwicklung steht technische Systeme: Probleme im Zusammenhang mit der Platzierung oder Bewegung von Objekten werden durch die Bewegung von einem Punkt zu einer Linie, von einer Linie zu einer Ebene, von einer Ebene zu einem dreidimensionalen Raum gelöst.

Ich denke, dass Leiterplatten diesem Gesetz unterliegen müssen. Es besteht die potenzielle Möglichkeit, solche mehrstufigen (unendlich stufigen) Leiterplatten zu implementieren. Dies wird durch die reiche Erfahrung beim Einsatz von Lasertechnologien bei der Herstellung von Leiterplatten, die ebenso reiche Erfahrung beim Einsatz der Laserstereolithographie zur Bildung dreidimensionaler Objekte aus Polymeren, die Tendenz zur Erhöhung der Wärmebeständigkeit von Grundmaterialien usw. belegt. Offensichtlich , solche Produkte müssen anders genannt werden. Denn der Begriff „Leiterplatte“ spiegelt weder deren internen Inhalt noch die Herstellungstechnologie mehr wider.

Vielleicht wird das passieren.

Aber es scheint mir, dass dreidimensionale Designs im Design von Leiterplatten bereits bekannt sind – es handelt sich dabei um mehrschichtige Leiterplatten. Und die volumetrische Installation elektronischer Komponenten mit der Anordnung von Kontaktpads auf allen Oberflächen von Funkkomponenten verringert die Herstellbarkeit ihrer Installation, die Qualität der Verbindungen und erschwert deren Prüfung und Wartung.

Die Zukunft wird es zeigen!

Flexible Leiterplatten

Für die meisten Menschen ist eine Leiterplatte einfach eine starre Platte mit elektrisch leitenden Verbindungen.

Starre Leiterplatten sind das beliebteste Produkt in der Funkelektronik, das fast jeder kennt.

Es gibt aber auch flexible Leiterplatten, die ihr Einsatzspektrum zunehmend erweitern. Ein Beispiel sind die sogenannten flexiblen gedruckten Kabel (Schlaufen). Solche Leiterplatten erfüllen einen begrenzten Funktionsumfang (die Funktion eines Substrats für Radioelemente ist ausgeschlossen). Sie dienen der Verbindung herkömmlicher Leiterplatten und ersetzen Kabelbäume. Flexible Leiterplatten gewinnen an Elastizität, da sich ihr Polymer-„Substrat“ in einem hochelastischen Zustand befindet. Flexible Leiterplatten haben zwei Freiheitsgrade. Sie können sogar zu einem Mobius-Streifen gefaltet werden.

Zeichnung 4

Auch herkömmlichen starren Leiterplatten, bei denen sich die Polymermatrix des Substrats in einem starren, glasartigen Zustand befindet, können ein oder sogar zwei Freiheitsgrade, allerdings nur sehr begrenzte Freiheiten, eingeräumt werden. Dies wird durch eine Reduzierung der Substratdicke erreicht. Einer der Vorteile von Reliefleiterplatten aus dünnen Dielektrika ist die Möglichkeit, ihnen „Rundheit“ zu verleihen. Dadurch wird es möglich, ihre Form und die Form der Objekte (Raketen, Weltraumobjekte usw.), in denen sie platziert werden können, aufeinander abzustimmen. Das Ergebnis ist eine erhebliche Einsparung des internen Produktvolumens.

Ihr wesentlicher Nachteil besteht darin, dass mit zunehmender Lagenzahl die Flexibilität solcher Leiterplatten abnimmt. Und die Verwendung herkömmlicher unflexibler Komponenten erfordert die Notwendigkeit, deren Form festzulegen. Denn durch das Biegen solcher Leiterplatten mit nicht flexiblen Bauteilen kommt es an den Verbindungsstellen zur flexiblen Leiterplatte zu einer hohen mechanischen Belastung.

Eine Zwischenstellung zwischen starren und flexiblen Leiterplatten nehmen „alte“ Leiterplatten ein, die aus starren, ziehharmonikaartig gefalteten Elementen bestehen. Aus solchen „Akkordeons“ entstand wahrscheinlich die Idee, mehrschichtige Leiterplatten herzustellen. Moderne Starrflex-Leiterplatten werden anders umgesetzt. Wir sprechen hauptsächlich von mehrschichtigen Leiterplatten. Sie können starre und flexible Schichten kombinieren. Wenn die flexiblen Schichten über die starren hinaus verschoben werden, erhält man eine Leiterplatte, die aus einem starren und flexiblen Fragment besteht. Eine andere Möglichkeit besteht darin, zwei starre Fragmente mit einem flexiblen zu verbinden.

Die Klassifizierung von Leiterplattendesigns anhand der Schichtung ihres Leitermusters deckt die meisten, aber nicht alle Leiterplattendesigns ab. Für die Herstellung von gewebten Leiterplatten oder Kabeln erwiesen sich beispielsweise Webmaschinen als geeignet und nicht das Drucken. Solche „Leiterplatten“ verfügen bereits über drei Freiheitsgrade. Genau wie gewöhnlicher Stoff können sie die bizarrsten Formen und Gestalten annehmen.

Leiterplatten auf einer Basis mit hoher Wärmeleitfähigkeit

In letzter Zeit ist die Wärmeentwicklung elektronischer Geräte gestiegen, was mit Folgendem verbunden ist:

Erhöhte Produktivität von Computersystemen,

Hoher Leistungsschaltbedarf,

Zunehmender Einsatz elektronischer Komponenten mit erhöhter Wärmeentwicklung.

Letzteres zeigt sich am deutlichsten in der LED-Beleuchtungstechnik, wo das Interesse an der Schaffung von Lichtquellen auf Basis leistungsstarker, ultraheller LEDs stark zugenommen hat. Die Lichtausbeute von Halbleiter-LEDs liegt bereits bei 100lm/W. Solche ultrahellen LEDs ersetzen herkömmliche Glühlampen und finden ihre Anwendung in nahezu allen Bereichen der Lichttechnik: Straßenbeleuchtungslampen, Automobilbeleuchtung, Notfallbeleuchtung, Werbeschilder, LED-Panels, Blinker, Laufschriften, Ampeln usw. Aufgrund ihrer monochromen Farbe und Schaltgeschwindigkeit sind diese LEDs aus der dekorativen Beleuchtung und dynamischen Beleuchtungssystemen nicht mehr wegzudenken. Sie sind auch dort sinnvoll einzusetzen, wo strikte Energieeinsparungen erforderlich sind, häufige Wartung teuer ist und hohe Anforderungen an die elektrische Sicherheit gestellt werden.

Studien zeigen, dass etwa 65-85 % des Stroms beim Betrieb einer LED in Wärme umgewandelt werden. Sofern jedoch die vom LED-Hersteller empfohlenen thermischen Bedingungen eingehalten werden, kann die LED-Lebensdauer bis zu 10 Jahre betragen. Wenn jedoch die thermischen Bedingungen verletzt werden (normalerweise bedeutet dies, dass mit einer Übergangstemperatur von mehr als 120...125°C gearbeitet wird), kann die Lebensdauer der LED um das Zehnfache sinken! Und wenn die empfohlenen thermischen Bedingungen grob verletzt werden, beispielsweise wenn Emitter-LEDs länger als 5-7 Sekunden ohne Strahler eingeschaltet werden, kann es beim ersten Einschalten zu einem Ausfall der LED kommen. Eine Erhöhung der Übergangstemperatur führt außerdem zu einer Abnahme der Helligkeit des Glühens und einer Verschiebung der Betriebswellenlänge. Daher ist es sehr wichtig, das thermische Regime richtig zu berechnen und die von der LED erzeugte Wärme nach Möglichkeit so weit wie möglich abzuleiten.

Große Hersteller von Hochleistungs-LEDs wie Cree, Osram, Nichia, Luxeon, Seoul Semiconductor, Edison Opto usw. fertigen diese seit langem in Form von LED-Modulen oder Clustern auf Leiterplatten, um die Einbindung zu vereinfachen und zu erweitern Anwendungen von LEDs. Metallbasis (in der internationalen Klassifizierung IMPCB – Insulated Metal Printed Circuit Board oder AL PCB – Leiterplatten auf Aluminiumbasis).

Abbildung 5

Diese Leiterplatten auf Aluminiumbasis haben einen niedrigen und festen Wärmewiderstand, was es ermöglicht, bei der Installation auf einem Heizkörper einfach die Wärmeabfuhr vom pn-Übergang der LED sicherzustellen und deren Betrieb über die gesamte Lebensdauer sicherzustellen.

Als Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit werden für die Trägerplatten solcher Leiterplatten Kupfer, Aluminium und verschiedene Keramikarten verwendet.

Probleme der industriellen Produktionstechnik

Die Geschichte der Entwicklung der Technologie zur Herstellung von Leiterplatten ist eine Geschichte der Verbesserung der Qualität und der Überwindung von dabei auftretenden Problemen.

Hier sind einige seiner Details.

Durch Metallisierung von Durchgangslöchern hergestellte Leiterplatten weisen trotz ihrer weiten Verbreitung einen sehr gravierenden Nachteil auf. Aus konstruktiver Sicht ist das schwächste Glied solcher Leiterplatten die Verbindung der metallisierten Pfosten in den Durchkontaktierungen und den leitenden Schichten (Kontaktpads). Die Verbindung zwischen der metallisierten Säule und der leitenden Schicht erfolgt am Ende des Kontaktpads. Die Länge der Verbindung wird durch die Dicke der Kupferfolie bestimmt und beträgt normalerweise 35 Mikrometer oder weniger. Galvanische Metallisierung Den Wänden von Durchkontaktierungen geht eine chemische Metallisierungsstufe voraus. Chemisches Kupfer ist im Gegensatz zu galvanischem Kupfer bröckeliger. Daher erfolgt die Verbindung der metallisierten Säule mit der Endfläche des Kontaktpads über eine Zwischenunterschicht aus chemischem Kupfer, die schwächere Festigkeitseigenschaften aufweist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Glasfaserlaminat ist viel größer als der von Kupfer. Beim Durchschreiten der Glasübergangstemperatur des Epoxidharzes nimmt die Differenz stark zu. Bei Thermoschocks, denen eine Leiterplatte aus unterschiedlichen Gründen ausgesetzt ist, wird die Verbindung sehr großen mechanischen Belastungen ausgesetzt und... bricht. Dadurch bricht es Stromkreis und die Leistungsfähigkeit ist beeinträchtigt Elektrischer Schaltplan.

Reis. 6. Zwischenschichtfläschchen in mehrschichtigen Leiterplatten: a) ohne dielektrische Unterschneidung, 6) mit dielektrischer Unterschneidung 1 – Dielektrikum, 2 – Kontaktpad der Innenschicht, 3 – chemisches Kupfer, 4 – galvanisches Kupfer

Reis. 7. Fragment des Designs einer mehrschichtigen Leiterplatte, hergestellt durch schichtweisen Aufbau: 1 – Zwischenschichtverbindung, 2 – Innenschichtleiter, 3 – Montagepad, 4 – Außenschichtleiter, 5 – dielektrische Schichten

Bei mehrschichtigen Leiterplatten kann eine Erhöhung der Zuverlässigkeit interner Verbindungen durch die Einführung eines zusätzlichen Vorgangs erreicht werden – des Unterätzens ( teilweise Entfernung) Dielektrikum in Durchkontaktierungen vor der Metallisierung. Dabei erfolgt die Verbindung metallisierter Pfosten mit Kontaktpads nicht nur am Ende, sondern teilweise auch entlang der äußeren Ringzonen dieser Pads (Abb. 6).

Eine höhere Zuverlässigkeit metallisierter Durchkontaktierungen mehrschichtiger Leiterplatten wurde durch die Technologie der Herstellung mehrschichtiger Leiterplatten im Schicht-für-Schicht-Aufbauverfahren erreicht (Abb. 7). Die Verbindungen zwischen den leitenden Elementen der gedruckten Schichten werden bei diesem Verfahren durch galvanisches Einwachsen von Kupfer in die Löcher der Isolationsschicht hergestellt. Im Gegensatz zur Metallisierung von Durchgangslöchern werden hier die Vias vollständig mit Kupfer gefüllt. Die Verbindungsfläche zwischen den leitfähigen Schichten wird deutlich größer und die Geometrie verändert sich. Solche Verbindungen zu lösen ist nicht so einfach. Dennoch ist auch diese Technologie alles andere als ideal. Der Übergang „galvanisches Kupfer – chemisches Kupfer – galvanisches Kupfer“ bleibt bestehen.

Leiterplatten, die durch Metallisierung von Durchgangslöchern hergestellt werden, müssen mindestens vier (mehrschichtig mindestens drei) Nachlötungen überstehen. Geprägte Leiterplatten ermöglichen eine wesentlich größere Anzahl von Nachlötungen (bis zu 50). Laut den Entwicklern reduzieren metallisierte Vias in Relief-Leiterplatten deren Zuverlässigkeit nicht, sondern erhöhen sie. Was hat einen so starken Qualitätssprung verursacht? Die Antwort ist einfach. Bei der Technologie zur Herstellung von Reliefleiterplatten werden in einem einzigen technologischen Zyklus (gleichzeitig) leitfähige Schichten und sie verbindende metallisierte Säulen umgesetzt. Daher gibt es keinen Übergang „galvanisches Kupfer – chemisches Kupfer – galvanisches Kupfer“. Ein so hohes Ergebnis wurde jedoch durch den Verzicht auf die am weitesten verbreitete Technologie zur Herstellung von Leiterplatten und den Übergang zu einem anderen Design erzielt. Aus vielen Gründen ist es nicht ratsam, auf die Methode der Metallisierung von Durchgangslöchern zu verzichten.

Wie sein?

Die Verantwortung für die Bildung einer Barriereschicht an der Verbindung der Enden der Kontaktpads und der metallisierten Kolben liegt hauptsächlich bei den Technologen. Sie konnten dieses Problem lösen. Revolutionäre Veränderungen in der Technologie zur Herstellung von Leiterplatten wurden durch Methoden der direkten Metallisierung von Löchern vorgenommen, die den Schritt der chemischen Metallisierung eliminieren und sich nur auf die vorläufige Aktivierung der Oberfläche beschränken. Darüber hinaus werden direkte Metallisierungsprozesse so umgesetzt, dass ein leitfähiger Film nur dort entsteht, wo er benötigt wird – auf der Oberfläche des Dielektrikums. Infolgedessen fehlt die Barriereschicht in metallisierten Durchkontaktierungen von Leiterplatten, die durch direkte Metallisierung von Löchern hergestellt werden, einfach. Ist das nicht eine schöne Möglichkeit, einen technischen Widerspruch aufzulösen?

Auch der technische Widerspruch bei der Metallisierung von Vias konnte überwunden werden. Beschichtete Löcher können aus einem anderen Grund zu einer Schwachstelle in Leiterplatten werden. Die Dicke der Beschichtung an den Wänden von Vias sollte idealerweise über deren gesamte Höhe gleichmäßig sein. Andernfalls treten erneut Zuverlässigkeitsprobleme auf. Dem wirkt die physikalische Chemie galvanischer Prozesse entgegen. Das ideale und tatsächliche Beschichtungsprofil in metallisierten Vias ist in Abb. dargestellt. 5. Die Dicke der Beschichtung in der Tiefe des Lochs ist normalerweise geringer als an der Oberfläche. Die Gründe sind sehr unterschiedlich: ungleichmäßige Stromdichte, kathodische Polarisation, unzureichende Elektrolytaustauschrate usw. In modernen Leiterplatten hat der Durchmesser der zu metallisierenden Übergangslöcher bereits 100 Mikrometer überschritten, in einigen Fällen auch das Verhältnis von Höhe zu Lochdurchmesser Fälle erreicht 20:1. Die Situation ist äußerst kompliziert geworden. Physikalische Methoden (mittels Ultraschall, Erhöhung der Intensität des Flüssigkeitsaustausches in den Löchern von Leiterplatten etc.) haben ihre Leistungsfähigkeit bereits ausgeschöpft. Sogar die Viskosität des Elektrolyten beginnt eine bedeutende Rolle zu spielen.

Reis. 8. Querschnitt eines metallisierten Via-Lochs in einer Leiterplatte. 1 – Dielektrikum, 2 – ideales Metallisierungsprofil der Lochwände, 3 – reales Metallisierungsprofil der Lochwände,
4 - widerstehen

Traditionell wurde dieses Problem durch die Verwendung von Elektrolyten mit Verlaufsadditiven gelöst, die in Bereichen mit höherer Stromdichte adsorbiert werden. Die Sorption solcher Zusatzstoffe ist proportional zur Stromdichte. Additive bilden eine Barriereschicht, um einer übermäßigen Beschichtung an scharfen Kanten und angrenzenden Bereichen (näher an der Oberfläche der Leiterplatte) entgegenzuwirken.

Eine andere Lösung für dieses Problem ist theoretisch schon seit langem bekannt, konnte aber erst seit der Beherrschung der industriellen Produktion von Hochleistungs-Schaltnetzteilen in die Praxis umgesetzt werden. Diese Methode basiert auf der Verwendung des gepulsten (Rückwärts-)Stromversorgungsmodus für galvanische Bäder. Meist wird Gleichstrom eingespeist. In diesem Fall kommt es zur Beschichtungsablagerung. In den wenigsten Fällen wird Rückstrom zugeführt. Gleichzeitig löst sich die abgeschiedene Beschichtung auf. Eine ungleichmäßige Stromdichte (mehr an scharfen Ecken) bringt in diesem Fall nur Vorteile. Aus diesem Grund erfolgt die Auflösung der Beschichtung zunächst und in größerem Umfang an der Oberfläche der Leiterplatte. Diese technische Lösung verwendet einen ganzen „Blumenstrauß“ von Techniken zur Lösung technischer Widersprüche: Verwenden Sie eine teilweise redundante Aktion, verwandeln Sie den Schaden in einen Nutzen, wenden Sie einen Übergang von einem kontinuierlichen zu einem gepulsten Prozess an, machen Sie das Gegenteil usw. Und das Ergebnis Die erhaltene Menge entspricht diesem „Blumenstrauß“. Durch eine bestimmte Kombination der Dauer von Vorwärts- und Rückwärtsimpulsen ist es sogar möglich, eine Schichtdicke in der Tiefe des Lochs zu erzielen, die größer ist als an der Oberfläche der Leiterplatte. Aus diesem Grund hat sich diese Technologie als unverzichtbar für die Metallfüllung von Blind Vias (ein übliches Merkmal moderner Leiterplatten) erwiesen, wodurch sich die Dichte der Verbindungen in einer Leiterplatte etwa verdoppelt.

Probleme im Zusammenhang mit der Zuverlässigkeit metallisierter Durchkontaktierungen in Leiterplatten sind lokaler Natur. Folglich sind auch die Widersprüche, die sich im Prozess ihrer Entwicklung in Bezug auf Leiterplatten insgesamt ergeben, nicht universell. Obwohl solche Leiterplatten den Löwenanteil des Marktes für alle Leiterplatten einnehmen.

Außerdem werden im Entwicklungsprozess andere Probleme gelöst, mit denen Technologen konfrontiert sind, aber die Verbraucher denken nicht einmal darüber nach. Für unseren Bedarf beschaffen wir mehrschichtige Leiterplatten und nutzen diese.

Mikrominiaturisierung

In der Anfangsphase wurden auf Leiterplatten die gleichen Komponenten installiert, die für den volumetrischen Einbau elektronischer Geräte verwendet wurden, allerdings mit einigen Modifikationen der Pins, um deren Größe zu reduzieren. Aber die gängigsten Komponenten könnten ohne Modifikation auf Leiterplatten verbaut werden.

Mit dem Aufkommen von Leiterplatten wurde es möglich, die Größe der auf Leiterplatten verwendeten Komponenten zu reduzieren, was wiederum zu einer Verringerung der von diesen Elementen verbrauchten Betriebsspannungen und -ströme führte. Seit 1954 produziert das Ministerium für Kraftwerke und Elektroindustrie den tragbaren Radioempfänger „Dorozhny“ in Massenproduktion, der eine Leiterplatte verwendet.

Mit dem Aufkommen von Miniatur-Halbleiterverstärkergeräten – Transistoren – begannen Leiterplatten zu dominieren Haushaltsgeräte, etwas später in der Industrie und mit dem Aufkommen von Fragmenten elektronischer Schaltkreise – Funktionsmodule und Mikroschaltungen – auf einem Chip vereint, sah ihr Design bereits den Einbau ausschließlich von Leiterplatten vor.

Mit der kontinuierlichen Verkleinerung aktiver und passiver Komponenten ist ein neues Konzept entstanden – die „Mikrominiaturisierung“.

Bei elektronischen Bauteilen führte dies zur Entstehung von LSI und VLSI mit vielen Millionen Transistoren. Ihr Erscheinen zwang zu einer Erhöhung der Anzahl externer Verbindungen (siehe die Kontaktfläche des Grafikprozessors in Abbildung 9.a), was wiederum zu einer Komplikation bei der Anordnung der Leiterbahnen führte, die in Abbildung 9.b zu sehen ist.

So ein GPU-Panel, und CPU auch - nichts weiter als eine kleine mehrschichtige Leiterplatte, auf der sich der Prozessorchip selbst, die Verkabelung der Verbindungen zwischen den Chippins und dem Kontaktfeld sowie externe Elemente (normalerweise Filterkondensatoren des Stromverteilungssystems) befinden.

Abbildung 9

Und lassen Sie es nicht wie einen Scherz erscheinen, die 2010er CPU von Intel oder AMD ist ebenfalls eine Leiterplatte, und zwar eine mehrschichtige.

Abbildung 9a

Die Entwicklung von Leiterplatten sowie elektronischen Geräten im Allgemeinen ist eine Linie der Reduzierung ihrer Elemente; deren Verdichtung auf der bedruckten Oberfläche sowie die Reduzierung elektronischer Elemente. Unter „Elementen“ sind in diesem Fall sowohl die Eigeneigenschaft von Leiterplatten (Leiter, Durchkontaktierungen usw.) als auch Elemente aus dem Supersystem (Leiterplattenbaugruppe) – Radioelemente – zu verstehen. Letztere liegen hinsichtlich der Geschwindigkeit der Mikrominiaturisierung vor Leiterplatten.

Mikroelektronik ist an der Entwicklung von VLSI beteiligt.

Die Erhöhung der Dichte der Elementbasis erfordert dasselbe von den Leitern der Leiterplatte – dem Träger dieser Elementbasis. In diesem Zusammenhang treten viele Probleme auf, die einer Lösung bedürfen. Wir werden ausführlicher über zwei solcher Probleme und Möglichkeiten zu ihrer Lösung sprechen.

Die ersten Methoden zur Herstellung von Leiterplatten basierten auf dem Aufkleben von Kupferfolienleitern auf die Oberfläche eines dielektrischen Substrats.

Es wurde angenommen, dass die Breite der Leiter und die Abstände zwischen den Leitern in Millimetern gemessen werden. In dieser Version war diese Technologie durchaus praktikabel. Die anschließende Miniaturisierung elektronischer Geräte erforderte die Entwicklung anderer Verfahren zur Herstellung von Leiterplatten, deren Hauptvarianten (subtraktiv, additiv, semi-additiv, kombiniert) noch heute verwendet werden. Der Einsatz solcher Technologien hat es ermöglicht, Leiterplatten mit Elementgrößen im Zehntelmillimeterbereich zu realisieren.

Das Erreichen einer Auflösung von etwa 0,1 mm (100 µm) bei Leiterplatten war ein Meilenstein. Einerseits gab es einen Übergang „nach unten“ um eine weitere Größenordnung. Andererseits ist es eine Art qualitativer Sprung. Warum? Das dielektrische Substrat der meisten modernen Leiterplatten ist Glasfaser – ein geschichteter Kunststoff mit einer glasfaserverstärkten Polymermatrix. Die Verringerung der Abstände zwischen den Leitern der Leiterplatte hat dazu geführt, dass sie der Dicke von Glasfäden oder der Dicke der Webart dieser Fäden in Glasfaser entsprechen. Und die Situation, dass Leiter durch solche Knoten „kurzgeschlossen“ werden, ist durchaus real geworden. Infolgedessen ist die Bildung eigenartiger Kapillaren im Glasfaserlaminat, die diese Leiter „stützen“, real geworden. In feuchten Umgebungen führen Kapillaren schließlich zu einer Verschlechterung des Isolationsniveaus zwischen Leiterplattenleitern. Genauer gesagt geschieht dies auch bei normaler Luftfeuchtigkeit. Unter normalen Bedingungen wird auch Feuchtigkeitskondensation in den Kapillarstrukturen von Glasfasern beobachtet. Feuchtigkeit verringert immer den Isolationswiderstand.

Da solche Leiterplatten in modernen elektronischen Geräten alltäglich geworden sind, können wir den Schluss ziehen, dass es den Entwicklern von Grundmaterialien für Leiterplatten gelungen ist, dieses Problem mit traditionellen Methoden zu lösen. Aber werden sie das nächste bedeutende Ereignis bewältigen? Ein weiterer qualitativer Sprung ist bereits erfolgt.

Es wird berichtet, dass Samsung-Spezialisten die Technologie zur Herstellung von Leiterplatten mit Leiterbreiten und Abständen zwischen ihnen von 8 bis 10 Mikrometern beherrschen. Aber das ist nicht die Dicke eines Glasfadens, sondern die von Glasfaser!

Die Aufgabe, die kleinsten Lücken zwischen den Leitern aktueller und insbesondere zukünftiger Leiterplatten zu isolieren, ist komplex. Mit welchen Methoden es gelöst wird – traditionell oder nicht-traditionell – und ob es gelöst wird, wird die Zeit zeigen.

Reis. 10. Ätzprofile aus Kupferfolie: a – ideales Profil, b – reales Profil; 1 - Schutzschicht, 2 - Leiter, 3 - Dielektrikum

Es gab Schwierigkeiten, ultrakleine (ultraschmale) Leiter in Leiterplatten zu erhalten. Aus vielen Gründen haben sich subtraktive Methoden in der Leweit verbreitet. Bei subtraktiven Verfahren wird ein elektrisches Schaltkreismuster durch Entfernen unnötiger Folienstücke gebildet. Bereits während des Zweiten Weltkriegs entwickelte Paul Eisler die Technologie des Ätzens von Kupferfolie mit Eisenchlorid. Eine solch unprätentiöse Technologie wird auch heute noch von Funkamateuren genutzt. Industrietechnik Nicht weit von dieser „Küchen“-Technologie entfernt. Der einzige Unterschied besteht darin, dass sich die Zusammensetzung der Ätzlösungen geändert hat und Elemente der Prozessautomatisierung entstanden sind.

Der grundlegende Nachteil absolut aller Ätztechnologien besteht darin, dass die Ätzung nicht nur in der gewünschten Richtung (in Richtung der dielektrischen Oberfläche) erfolgt, sondern auch in einer unerwünschten Querrichtung. Die seitliche Unterätzung der Leiter ist vergleichbar mit der Dicke der Kupferfolie (ca. 70 %). Normalerweise erhält man statt eines idealen Leiterprofils ein pilzförmiges Profil (Abb. 10). Wenn die Breite der Leiterbahnen groß ist und bei den einfachsten Leiterplatten sogar in Millimetern gemessen wird, verschließt man einfach die Augen vor der seitlichen Hinterschneidung der Leiterbahnen. Wenn die Breite der Leiter ihrer Höhe entspricht oder sogar geringer ist (heutige Realität), stellen „laterale Bestrebungen“ die Machbarkeit des Einsatzes solcher Technologien in Frage.

In der Praxis kann die seitliche Unterätzung von Leiterbahnen bis zu einem gewissen Grad reduziert werden. Dies wird durch eine Erhöhung der Ätzgeschwindigkeit erreicht; durch Strahlgießen (Ätzmittelstrahlen stimmen mit der gewünschten Richtung überein – senkrecht zur Blechebene) sowie andere Methoden. Aber wenn sich die Breite des Leiters seiner Höhe nähert, wird die Wirksamkeit solcher Verbesserungen eindeutig unzureichend.

Aber Fortschritte in der Fotolithographie, Chemie und Technologie ermöglichen es nun, all diese Probleme zu lösen. Diese Lösungen stammen aus mikroelektronischen Technologien.

Amateurfunktechnologien zur Herstellung von Leiterplatten

Die Herstellung von Leiterplatten unter Amateurfunkbedingungen hat ihre eigenen Besonderheiten und die Entwicklung der Technologie erweitert diese Möglichkeiten zunehmend. Aber Prozesse bleiben weiterhin ihre Basis

Die Frage, wie man Leiterplatten kostengünstig zu Hause herstellen kann, beschäftigt alle Funkamateure, wahrscheinlich seit den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts, als Leiterplatten in Haushaltsgeräten weit verbreitet waren. Und war die Auswahl an Technologien damals noch nicht so groß, so haben Funkamateure heute dank der Entwicklung moderner Technik die Möglichkeit, Leiterplatten schnell und effizient ohne den Einsatz teurer Geräte herzustellen. Und diese Möglichkeiten erweitern sich ständig, sodass die Qualität ihrer Kreationen immer näher an Industriedesigns herankommt.

Tatsächlich lässt sich der gesamte Prozess der Herstellung einer Leiterplatte in fünf Hauptphasen unterteilen:

• vorläufige Vorbereitung des Werkstücks (Oberflächenreinigung, Entfettung);
• Aufbringen einer Schutzschicht auf die eine oder andere Weise;
• Entfernen von überschüssigem Kupfer von der Oberfläche der Platine (Ätzen);
• Reinigen des Werkstücks von der Schutzbeschichtung;
• Löcher bohren, Platine mit Flussmittel bestreichen, verzinnen.

Wir betrachten nur die gebräuchlichste „klassische“ Technologie, bei der überschüssiges Kupfer durch chemisches Ätzen von der Oberfläche der Platine entfernt wird. Darüber hinaus ist es beispielsweise möglich, Kupfer durch Fräsen oder mit einer elektrischen Funkenanlage zu entfernen. Allerdings sind diese Methoden weder im Amateurfunkumfeld noch in der Industrie weit verbreitet (obwohl die Herstellung von Leiterplatten durch Fräsen manchmal dann zum Einsatz kommt, wenn es darum geht, sehr schnell einfache Leiterplatten in Einzelstückzahlen herzustellen).

Und hier werden wir über die ersten 4 Punkte des technologischen Prozesses sprechen, da das Bohren von einem Funkamateur mit dem ihm zur Verfügung stehenden Werkzeug durchgeführt wird.

Zu Hause ist es unmöglich, eine mehrschichtige Leiterplatte herzustellen, die mit Industriedesigns mithalten kann. Daher werden im Amateurfunk normalerweise doppelseitige Leiterplatten verwendet, bei Mikrowellengerätedesigns nur doppelseitige.

Obwohl man sich bei der Herstellung von Leiterplatten zu Hause bemühen sollte, sollte man bei der Entwicklung einer Schaltung darauf achten, so viele oberflächenmontierte Komponenten wie möglich zu verwenden, was es in manchen Fällen ermöglicht, fast die gesamte Schaltung auf einer Seite der Platine zu platzieren. Dies liegt daran, dass bisher keine Technologie zur Metallisierung von Vias erfunden wurde, die tatsächlich zu Hause realisierbar ist. Wenn das Platinenlayout daher nicht auf einer Seite erfolgen kann, sollte das Layout auf der zweiten Seite erfolgen, wobei die Stifte verschiedener auf der Platine installierter Komponenten als Zwiverwendet werden, die in diesem Fall auf beiden Seiten der Platine verlötet werden müssen Planke. Natürlich gibt es verschiedene Möglichkeiten, die Metallisierung von Löchern zu ersetzen (mittels eines dünnen Leiters, der in das Loch eingeführt und mit den Leiterbahnen auf beiden Seiten der Platine verlötet wird; mithilfe spezieller Kolben), aber alle haben erhebliche Nachteile und sind unpraktisch in der Anwendung . Idealerweise sollte die Platine nur auf einer Seite mit möglichst wenigen Jumpern verlegt werden.

Schauen wir uns nun die einzelnen Phasen der Herstellung einer Leiterplatte genauer an.

Vorbereitende Vorbereitung des Werkstücks

Diese Phase ist die erste und besteht darin, die Oberfläche der zukünftigen Leiterplatte für das Aufbringen einer Schutzschicht vorzubereiten. Generell hat sich die Oberflächenreinigungstechnik über einen langen Zeitraum hinweg nicht wesentlich verändert. Der gesamte Prozess besteht darin, Oxide und Verunreinigungen mit verschiedenen Schleifmitteln von der Plattenoberfläche zu entfernen und anschließend zu entfetten.

Um starken Schmutz zu entfernen, können Sie feinkörniges Schleifpapier („Null“), feines Schleifpulver oder ein anderes Produkt verwenden, das keine tiefen Kratzer auf der Plattenoberfläche hinterlässt. Manchmal kann man die Oberfläche der Leiterplatte einfach mit einem harten Spülschwamm abwaschen. Waschmittel oder Pulver (für diese Zwecke ist es praktisch, einen abrasiven Spülschwamm zu verwenden, der wie Filz mit kleinen Substanzeinschlüssen aussieht; oft wird ein solcher Schwamm auf ein Stück Schaumgummi geklebt). Wenn die Oberfläche der Leiterplatte außerdem ausreichend sauber ist, können Sie den Schritt der Schleifbehandlung ganz überspringen und direkt mit dem Entfetten beginnen.

Befindet sich nur ein dicker Oxidfilm auf der Leiterplatte, lässt sich dieser leicht entfernen, indem man die Leiterplatte 3–5 Sekunden lang mit einer Eisenchloridlösung behandelt und anschließend unter fließendem kaltem Wasser abspült. Es ist jedoch zu beachten, dass es ratsam ist, diesen Vorgang entweder unmittelbar vor dem Aufbringen der Schutzschicht durchzuführen oder das Werkstück danach an einem dunklen Ort zu lagern, da Kupfer bei Licht schnell oxidiert.

Die letzte Etappe Die Oberflächenvorbereitung besteht in der Entfettung. Dazu können Sie ein weiches, faserfreies Tuch verwenden, das mit Alkohol, Benzin oder Aceton angefeuchtet ist. Hier sollte nach dem Entfetten auf die Sauberkeit der Plattenoberfläche geachtet werden, da in letzter Zeit Aceton und Alkohol mit erheblichen Verunreinigungen auftreten, die nach dem Trocknen weißliche Flecken auf der Platte hinterlassen. Wenn dies der Fall ist, sollten Sie sich nach einem anderen Entfetter umsehen. Nach dem Entfetten sollte die Platte unter fließendem Wasser gewaschen werden kaltes Wasser. Die Qualität der Reinigung kann durch Überwachung des Wasserbenetzungsgrads der Kupferoberfläche kontrolliert werden. Eine vollständig mit Wasser benetzte Oberfläche, ohne dass sich Tropfen oder Brüche im Wasserfilm bilden, ist ein Indikator für einen normalen Reinigungsgrad. Störungen in diesem Wasserfilm weisen darauf hin, dass die Oberfläche nicht ausreichend gereinigt wurde.

Auftragen einer Schutzschicht

Das Aufbringen einer Schutzschicht ist der wichtigste Schritt im Herstellungsprozess von Leiterplatten und bestimmt 90 % der Qualität der hergestellten Leiterplatte. Derzeit sind drei Methoden zum Aufbringen einer Schutzschicht in der Amateurfunkgemeinschaft am beliebtesten. Wir werden sie in der Reihenfolge der zunehmenden Qualität der bei ihrer Verwendung erhaltenen Platten betrachten.

Zunächst muss klargestellt werden, dass die Schutzschicht auf der Oberfläche des Werkstücks eine homogene Masse ohne Defekte mit glatten, klaren Grenzen bilden und gegen die Einwirkung der chemischen Bestandteile der Ätzlösung beständig sein muss.

Manuelles Auftragen einer Schutzschicht

Bei dieser Methode wird die Zeichnung der Leiterplatte manuell mit einem Schreibgerät auf Glasfaserlaminat übertragen. In letzter Zeit sind viele Marker auf dem Markt erschienen, deren Farbstoff sich nicht mit Wasser abwaschen lässt und eine ziemlich haltbare Schutzschicht bildet. Darüber hinaus können Sie zum Handzeichnen ein Zeichenbrett oder ein anderes mit Farbe gefülltes Gerät verwenden. Beispielsweise ist es praktisch, zum Aufziehen eine Spritze mit einer dünnen Nadel zu verwenden (Insulinspritzen mit einem Nadeldurchmesser von 0,3–0,6 mm), die auf eine Länge von 5–8 mm zugeschnitten sind, sind für diese Zwecke am besten geeignet. In diesem Fall sollte der Stab nicht in die Spritze eingeführt werden – der Farbstoff sollte unter dem Einfluss der Kapillarwirkung frei fließen. Anstelle einer Spritze können Sie auch ein dünnes Glas- oder Kunststoffröhrchen verwenden, das über das Feuer ragt, um den gewünschten Durchmesser zu erreichen. Besonderes Augenmerk sollte auf die Qualität der Bearbeitung des Röhrchen- oder Nadelrandes gelegt werden: Beim Zeichnen darf das Brett nicht zerkratzt werden, da sonst die bereits bemalten Stellen beschädigt werden können. Wenn Sie mit solchen Geräten arbeiten, können Sie als Farbstoff Bitumen oder einen anderen mit einem Lösungsmittel verdünnten Lack, Tsaponlak oder sogar eine Lösung von Kolophonium in Alkohol verwenden. In diesem Fall ist es notwendig, die Konsistenz des Farbstoffs so zu wählen, dass er beim Zeichnen frei fließt, gleichzeitig aber nicht ausläuft und am Ende der Nadel oder des Röhrchens Tropfen bildet. Es ist zu beachten, dass das manuelle Aufbringen einer Schutzschicht recht arbeitsintensiv ist und nur dann geeignet ist, wenn sehr schnell eine kleine Leiterplatte hergestellt werden muss. Die minimale Spurbreite, die beim Zeichnen von Hand erreicht werden kann, beträgt etwa 0,5 mm.

Verwendung von „Laserdrucker- und Eisentechnologie“

Diese Technologie erschien erst vor relativ kurzer Zeit, verbreitete sich jedoch aufgrund ihrer Einfachheit und der hohen Qualität der resultierenden Platinen sofort. Grundlage der Technologie ist die Übertragung von Toner (Pulver, das beim Drucken in Laserdruckern verwendet wird) von einem beliebigen Substrat auf eine Leiterplatte.

In diesem Fall sind zwei Möglichkeiten möglich: Entweder wird das verwendete Substrat vor dem Ätzen von der Platine getrennt, oder, wenn das Substrat verwendet wird Aluminiumfolie, es wird zusammen mit Kupfer geätzt .

Der erste Schritt bei der Verwendung dieser Technologie besteht darin, ein Spiegelbild des Leiterplattenmusters auf ein Substrat zu drucken. Die Druckeinstellungen des Druckers sollten auf maximale Druckqualität eingestellt sein (da in diesem Fall die dickste Tonerschicht aufgetragen wird). Als Träger können Sie dünnes beschichtetes Papier (Cover verschiedener Zeitschriften), Faxpapier, Aluminiumfolie, Folie für Laserdrucker, Träger aus selbstklebender Oracal-Folie oder andere Materialien verwenden. Wenn Sie zu dünnes Papier oder Folie verwenden, müssen Sie diese möglicherweise umlaufend auf ein Stück dickes Papier kleben. Idealerweise sollte der Drucker über einen knickfreien Papierweg verfügen, der verhindert, dass ein solches Sandwich im Drucker zusammenfällt. Dies ist auch beim Drucken auf Folien- oder Oracal-Filmträgern von großer Bedeutung, da der Toner dort nur sehr schwach haftet und wenn das Papier im Inneren des Druckers gebogen ist, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass Sie mehrere unangenehme Minuten mit der Reinigung verbringen müssen Druckerofen vor anhaftenden Tonerresten. Am besten ist es, wenn der Drucker das Papier horizontal durch sich hindurchführen und gleichzeitig auf der Oberseite drucken kann (wie der HP LJ2100, einer der besten Drucker für die Leiterplattenherstellung). Ich möchte Besitzer von Druckern wie HP LJ 5L, 6L, 1100 sofort warnen, nicht zu versuchen, auf Folie oder Unterlage von Oracal zu drucken – normalerweise scheitern solche Experimente. Zusätzlich zum Drucker können Sie auch ein Kopiergerät verwenden, dessen Verwendung aufgrund des Auftragens einer dicken Tonerschicht manchmal sogar bessere Ergebnisse im Vergleich zu Druckern liefert. Die Hauptanforderung an das Substrat besteht darin, dass es sich leicht vom Toner trennen lässt. Wenn Sie Papier verwenden, sollten außerdem keine Flusen im Toner zurückbleiben. In diesem Fall sind zwei Möglichkeiten möglich: Entweder wird das Substrat nach der Übertragung des Toners auf die Platine einfach entfernt (im Fall von Filmen für Laserdrucker oder der Basis von Oracal), oder es wird in Wasser vorgeweicht und dann nach und nach getrennt (beschichtetes Papier).

Beim Übertragen von Toner auf eine Platine wird ein Substrat mit Toner auf eine zuvor gereinigte Platine aufgetragen und anschließend auf eine Temperatur erhitzt, die leicht über dem Schmelzpunkt des Toners liegt. Dafür gibt es viele Möglichkeiten, am einfachsten ist es jedoch, den Untergrund mit einem heißen Bügeleisen auf die Platine zu drücken. Um gleichzeitig den Druck des Bügeleisens gleichmäßig auf den Untergrund zu verteilen, empfiehlt es sich, mehrere Lagen dickes Papier dazwischen zu legen. Ein sehr wichtiger Punkt ist die Temperatur des Bügeleisens und die Haltezeit. Diese Parameter variieren von Fall zu Fall, sodass Sie möglicherweise mehr als ein Experiment durchführen müssen, bevor Sie gute Ergebnisse erhalten. Hier gibt es nur ein Kriterium: Der Toner muss Zeit haben, so weit zu schmelzen, dass er an der Oberfläche der Platine haften bleibt, und gleichzeitig darf er keine Zeit haben, einen halbflüssigen Zustand zu erreichen, damit die Kanten der Spuren nicht austrocknen ebnen. Nach dem „Verschweißen“ des Toners mit der Platine muss das Substrat abgetrennt werden (mit Ausnahme der Verwendung von Aluminiumfolie als Substrat: Diese sollte nicht abgetrennt werden, da sie sich in fast allen Ätzlösungen auflöst). Die Laserfolie und die Oracal-Rückseite werden dabei einfach vorsichtig abgezogen normales Papier erfordert ein vorheriges Einweichen in heißem Wasser.

Es ist zu beachten, dass aufgrund der Druckfunktionen von Laserdruckern die Tonerschicht in der Mitte großer, ausgefüllter Polygone recht klein ist. Daher sollten Sie die Verwendung solcher Bereiche auf der Platine nach Möglichkeit vermeiden, da Sie die Platine sonst manuell retuschieren müssen nach dem Entfernen der Unterlage. Im Allgemeinen können Sie durch den Einsatz dieser Technologie nach einiger Schulung die Breite der Spuren und die Lücken zwischen ihnen auf bis zu 0,3 mm reduzieren.

Ich nutze diese Technologie schon seit vielen Jahren (seitdem mir ein Laserdrucker zur Verfügung stand).

Auftragen von Fotolacken

Ein Fotolack ist eine lichtempfindliche Substanz (normalerweise im nahen Ultraviolettbereich), die ihre Eigenschaften ändert, wenn sie Licht ausgesetzt wird.

In letzter Zeit Russischer Markt Es sind mehrere Arten importierter Fotolacke in Aerosolverpackungen erhältlich, die besonders praktisch für die Verwendung zu Hause sind. Das Wesentliche bei der Verwendung von Fotolack ist wie folgt: Eine Fotomaske () wird auf eine Platine mit einer darauf aufgetragenen Fotolackschicht aufgetragen und beleuchtet, wonach die beleuchteten (oder unbelichteten) Bereiche des Fotolacks mit einem speziellen Lösungsmittel abgewaschen werden , bei der es sich in der Regel um Natronlauge (NaOH) handelt. Alle Fotolacke werden in zwei Kategorien unterteilt: positiv und negativ. Bei positiven Fotolacken entspricht die Spur auf der Platine einem schwarzen Bereich auf der Fotomaske, bei negativen entsprechend einem transparenten Bereich.

Positiv-Fotolacke sind am weitesten verbreitet, da sie am bequemsten zu verwenden sind.

Lassen Sie uns näher auf die Verwendung positiver Fotolacke in Aerosolverpackungen eingehen. Der erste Schritt ist die Erstellung einer Fotovorlage. Zu Hause können Sie es erhalten, indem Sie ein Platinendesign auf einem Laserdrucker auf Folie drucken. In diesem Fall muss besonders auf die Dichte der schwarzen Farbe auf der Fotomaske geachtet werden, wofür Sie in den Druckereinstellungen alle Modi zum Tonersparen und Verbessern der Druckqualität deaktivieren müssen. Darüber hinaus bieten einige Unternehmen die Ausgabe einer Fotomaske auf einem Fotoplotter an – und Sie erhalten garantiert ein qualitativ hochwertiges Ergebnis.

Im zweiten Schritt wird ein dünner Fotolackfilm auf die zuvor vorbereitete und gereinigte Oberfläche der Platine aufgetragen. Dies geschieht durch Aufsprühen aus einer Entfernung von ca. 20 cm. Dabei ist auf eine möglichst gleichmäßige Beschichtung zu achten. Darüber hinaus ist es sehr wichtig, darauf zu achten, dass beim Sputtervorgang kein Staub entsteht – jedes Staubkorn, das in den Fotolack gelangt, hinterlässt unweigerlich Spuren auf der Platine.

Nach dem Auftragen der Fotolackschicht muss der resultierende Film getrocknet werden. Es wird empfohlen, dies bei einer Temperatur von 70-80 Grad zu tun. Zuerst müssen Sie die Oberfläche bei niedriger Temperatur trocknen und erst dann die Temperatur schrittweise auf den gewünschten Wert erhöhen. Die Trocknungszeit bei der angegebenen Temperatur beträgt ca. 20-30 Minuten. Als letzten Ausweg ist es erlaubt, die Platte 24 Stunden lang bei Raumtemperatur zu trocknen. Mit Fotolack beschichtete Platten sollten an einem kühlen, dunklen Ort gelagert werden.

Nach dem Auftragen des Fotolacks erfolgt als nächster Schritt die Belichtung. Dabei wird auf die Platine eine Fotomaske aufgebracht (mit der bedruckten Seite zur Platine, dies trägt zur Erhöhung der Klarheit bei der Belichtung bei), die gegen dünnes Glas bzw. gedrückt wird. Wenn die Größe der Platten ausreichend klein ist, können Sie zum Einspannen eine aus der Emulsion gewaschene Fotoplatte verwenden. Da der Bereich der maximalen spektralen Empfindlichkeit der meisten modernen Fotolacke im ultravioletten Bereich liegt, empfiehlt es sich zur Beleuchtung eine Lampe mit einem hohen Anteil an UV-Strahlung im Spektrum (DRSh, DRT usw.) zu verwenden. Als letzten Ausweg können Sie eine leistungsstarke Xenonlampe verwenden. Die Belichtungszeit hängt von vielen Gründen ab (Art und Leistung der Lampe, Abstand der Lampe zur Platine, Dicke der Fotolackschicht usw.) und wird experimentell ausgewählt. Allerdings beträgt die Belichtungszeit im Allgemeinen nicht mehr als 10 Minuten, selbst bei direkter Sonneneinstrahlung.

(Ich empfehle, zum Pressen keine im sichtbaren Licht transparenten Kunststoffplatten zu verwenden, da diese eine starke Absorption von UV-Strahlung aufweisen.)

Die meisten Fotolacke werden mit einer Lösung von Natriumhydroxid (NaOH) entwickelt – 7 Gramm pro Liter Wasser. Am besten verwenden Sie eine frisch zubereitete Lösung mit einer Temperatur von 20-25 Grad. Die Entwicklungszeit hängt von der Dicke des Fotolackfilms ab und liegt zwischen 30 Sekunden und 2 Minuten. Nach der Entwicklung kann die Platine in gewöhnlichen Lösungen geätzt werden, da der Fotolack säurebeständig ist. Bei Verwendung hochwertiger Fotomasken können Sie durch die Verwendung von Fotolack Spuren mit einer Breite von bis zu 0,15 bis 0,2 mm erhalten.

Radierung

Es sind viele Verbindungen zum chemischen Ätzen von Kupfer bekannt. Sie alle unterscheiden sich in der Reaktionsgeschwindigkeit, der Zusammensetzung der bei der Reaktion freigesetzten Stoffe sowie der Verfügbarkeit der zur Herstellung der Lösung notwendigen chemischen Reagenzien. Nachfolgend finden Sie Informationen zu den beliebtesten Ätzlösungen.

Eisenchlorid (FeCl)

Vielleicht das berühmteste und beliebteste Reagenz. Trockenes Eisenchlorid wird in Wasser gelöst, bis eine gesättigte goldgelbe Lösung entsteht (dazu sind etwa zwei Esslöffel pro Glas Wasser erforderlich). Der Ätzvorgang in dieser Lösung kann 10 bis 60 Minuten dauern. Die Zeit hängt von der Konzentration der Lösung, der Temperatur und dem Rühren ab. Durch Rühren wird die Reaktion deutlich beschleunigt. Für diese Zwecke ist es praktisch, einen Aquarienkompressor zu verwenden, der die Lösung mit Luftblasen vermischt. Die Reaktion beschleunigt sich auch, wenn die Lösung erhitzt wird. Nachdem das Ätzen abgeschlossen ist, muss die Platte gewaschen werden Große anzahl Wasser, am besten mit Seife (um Säurerückstände zu neutralisieren). Zu den Nachteilen dieser Lösung zählen die Bildung von Abfällen während der Reaktion, die sich auf der Platine absetzen und den normalen Ablauf des Ätzprozesses stören, sowie die relativ geringe Reaktionsgeschwindigkeit.

Ammonium Persulfat

Eine leichte kristalline Substanz, die sich im Verhältnis von 35 g Substanz zu 65 g Wasser in Wasser löst. Der Ätzvorgang in dieser Lösung dauert etwa 10 Minuten und hängt von der zu ätzenden Fläche der Kupferbeschichtung ab. Um optimale Bedingungen für die Reaktion zu gewährleisten, muss die Lösung eine Temperatur von etwa 40 Grad haben und ständig gerührt werden. Nachdem das Ätzen abgeschlossen ist, muss die Platte unter fließendem Wasser gewaschen werden. Zu den Nachteilen dieser Lösung gehört die Notwendigkeit, die erforderliche Temperatur aufrechtzuerhalten und zu rühren.

Lösung Salzsäure(HCl) und Wasserstoffperoxid (H 2 O 2)

- Um diese Lösung herzustellen, müssen Sie 200 ml 35 %ige Salzsäure und 30 ml 30 %iges Wasserstoffperoxid zu 770 ml Wasser hinzufügen. Die vorbereitete Lösung sollte in einer dunklen, nicht hermetisch verschlossenen Flasche aufbewahrt werden, da bei der Zersetzung von Wasserstoffperoxid Gas freigesetzt wird. Achtung: Bei der Verwendung dieser Lösung müssen alle Vorsichtsmaßnahmen beim Umgang mit ätzenden Chemikalien getroffen werden. Alle Arbeiten dürfen nur am durchgeführt werden frische Luft oder unter der Haube. Wenn die Lösung auf Ihre Haut gelangt, spülen Sie sie sofort mit viel Wasser ab. Die Ätzzeit hängt stark vom Rühren und der Lösungstemperatur ab und liegt bei einer gut gerührten frischen Lösung bei Raumtemperatur in der Größenordnung von 5–10 Minuten. Die Lösung sollte nicht über 50 Grad erhitzt werden. Nach dem Ätzen muss die Platte unter fließendem Wasser abgewaschen werden.

Diese Lösung kann nach dem Ätzen durch Zugabe von H 2 O 2 wiederhergestellt werden. Die erforderliche Menge an Wasserstoffperoxid wird visuell beurteilt: Eine in die Lösung getauchte Kupferplatte sollte von Rot auf Dunkelbraun umlackiert werden. Die Bildung von Blasen in der Lösung weist auf einen Überschuss an Wasserstoffperoxid hin, der zu einer Verlangsamung der Ätzreaktion führt. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass bei der Arbeit damit alle Vorsichtsmaßnahmen strikt beachtet werden müssen.

Eine Lösung aus Zitronensäure und Wasserstoffperoxid von Radiokot

In 100 ml pharmazeutischem 3%igem Wasserstoffperoxid werden 30 g Zitronensäure und 5 g Kochsalz gelöst.

Diese Lösung sollte ausreichen, um 100 cm2 Kupfer mit einer Dicke von 35 µm zu ätzen.

Bei der Zubereitung der Lösung muss nicht an Salz gespart werden. Da es die Rolle eines Katalysators spielt, wird es beim Ätzprozess praktisch nicht verbraucht. Peroxid 3 % sollte nicht weiter verdünnt werden, da Wenn andere Zutaten hinzugefügt werden, nimmt seine Konzentration ab.

Je mehr Wasserstoffperoxid (Hydroperit) hinzugefügt wird, desto schneller geht der Prozess, aber übertreiben Sie es nicht – die Lösung wird nicht gelagert, d.h. wird nicht wiederverwendet, was bedeutet, dass Hydroperit einfach überbeansprucht wird. Überschüssiges Peroxid lässt sich leicht an der starken „Blasenbildung“ beim Ätzen erkennen.

Die Zugabe von Zitronensäure und Peroxid ist jedoch durchaus akzeptabel, sinnvoller ist es jedoch, eine frische Lösung herzustellen.

Reinigen des Werkstücks

Nachdem das Ätzen und Waschen der Platte abgeschlossen ist, muss die Oberfläche von der Schutzschicht gereinigt werden. Das kann man irgendwie machen organische Lösung, zum Beispiel Aceton.

Als nächstes müssen Sie alle Löcher bohren. Dies sollte mit einem scharf geschärften Bohrer erfolgen maximale Geschwindigkeit Elektromotor. Wenn beim Aufbringen der Schutzschicht kein Leerraum in der Mitte der Kontaktpads gelassen wurde, müssen zunächst die Löcher markiert werden (dies kann beispielsweise mit einem Kern erfolgen). Danach werden Defekte (Fransen) auf der Rückseite der Platine durch Senken und auf einer doppelseitigen Leiterplatte auf Kupfer mit einem Bohrer mit einem Durchmesser von ca. 5 mm in einer Handklemme für eine Umdrehung entfernt Bohren ohne Kraftaufwand.

Der nächste Schritt besteht darin, die Platte mit Flussmittel zu beschichten und anschließend zu verzinnen. Sie können spezielle Industrieflussmittel verwenden (am besten mit Wasser abwaschen oder überhaupt nicht abspülen) oder die Platte einfach beschichten schwache Lösung Kolophonium in Alkohol.

Das Verzinnen kann auf zwei Arten erfolgen:

Eintauchen in geschmolzenes Lot

Verwenden Sie einen Lötkolben und ein mit Lot getränktes Metallgeflecht.

Im ersten Fall ist es notwendig, ein Eisenbad herzustellen und es mit einer kleinen Menge niedrig schmelzendem Lot – Rose oder Holzlegierung – zu füllen. Die Schmelze muss vollständig mit einer Glyzerinschicht bedeckt sein, um eine Oxidation des Lotes zu vermeiden. Zum Erhitzen des Bades können Sie ein umgedrehtes Bügeleisen oder eine Kochplatte verwenden. Die Platine wird in die Schmelze getaucht und dann herausgenommen, wobei überschüssiges Lot mit einem Hartgummirakel entfernt wird.

Abschluss

Ich denke, dieses Material wird den Lesern helfen, sich ein Bild vom Design und der Herstellung von Leiterplatten zu machen. Und für diejenigen, die anfangen, sich mit Elektronik zu beschäftigen, sollten Sie sich die grundlegenden Fähigkeiten aneignen, sie zu Hause herzustellen. Für eine umfassendere Bekanntschaft mit Leiterplatten empfehle ich die Lektüre von [L.2]. Es kann im Internet heruntergeladen werden.

Literatur

1. Polytechnisches Wörterbuch. Redaktion: Inglinsky A. Yu. et al. M.: Sowjetische Enzyklopädie. 1989.
2. Medwedew A. M. Leiterplatten. Designs und Materialien. M.: Technosphäre. 2005.
3. Aus der Geschichte der Leiterplattentechnologien // Electronics-NTB. 2004. Nr. 5.
4. Neuheiten in der Elektrotechnik. Intel läutet die Ära der dreidimensionalen Transistoren ein. Alternative zu herkömmlichen planaren Geräten // Electronics-NTB. 2002. Nr. 6.
5. Wirklich dreidimensionale Mikroschaltungen – die erste Näherung // Komponenten und Technologien. 2004. Nr. 4.
6. Mokeev M. N., Lapin M. S. Technologische Prozesse und Systeme zur Herstellung von gewebten Leiterplatten und Kabeln. L.: LDNTP 1988.
7. Volodarsky O. Passt dieser Computer zu mir? In Stoff eingewebte Elektronik kommt in Mode // Electronics-NTB. 2003. Nr. 8.
8. Medvedev A. M. Technologie zur Herstellung von Leiterplatten. M.: Technosphäre. 2005.
9. Medvedev A. M. Pulsmetallisierung von Leiterplatten // Technologien in der Elektronikindustrie. 2005. Nr. 4
10. Leiterplatten - Entwicklungslinien, Vladimir Urazaev,

Eine elektronische Leiterplatte (russische Abkürzung – PP, englisch – PCB) ist eine Blechplatte, die miteinander verbundene mikroelektronische Komponenten beherbergt. Leiterplatten werden als Teil verschiedener elektronischer Geräte verwendet, von einfachen Türklingeln, Haushaltsradios, Studioradios bis hin zu komplexen Radar- und Computersystemen. Technologisch geht es bei der Herstellung elektronischer Leiterplatten um die Herstellung von Verbindungen mit leitfähigem „Film“-Material. Dieses Material wird auf eine isolierende Platte, die als Substrat bezeichnet wird, aufgetragen („gedruckt“).

Elektronische Leiterplatten markierten den Beginn der Entstehung und Entwicklung von Systemen elektrische Anschlüsse, Mitte des 19. Jahrhunderts entwickelt.

Als Sperrholz wurden zunächst Metallstreifen (Stäbe) verwendet elektrische Bauteile, montiert auf einem Holzsockel.

Nach und nach ersetzten Metallstreifen die Leiter durch Schraubklemmenblöcke. Auch der Holzsockel wurde modernisiert, wobei Metall bevorzugt wurde.

So sah der Prototyp der modernen PP-Produktion aus. Ähnliche Designlösungen wurden Mitte des 19. Jahrhunderts verwendet

Die Praxis, kompakte, kleine elektronische Bauteile zu verwenden, erforderte eine einzigartige Grundlösung. Und so fand 1925 ein gewisser Charles Ducasse (USA) eine solche Lösung.

Ein amerikanischer Ingenieur schlug eine einzigartige Möglichkeit vor, elektrische Verbindungen auf einer isolierten Platte zu organisieren. Mit elektrisch leitfähiger Tinte und einer Schablone übertrug er den Schaltplan auf eine Platte.

Wenig später, im Jahr 1943, patentierte der Engländer Paul Eisler auch die Erfindung, leitende Schaltkreise auf Kupferfolie zu ätzen. Der Ingenieur verwendete eine mit Folienmaterial laminierte Isolierplatte.

Der aktive Einsatz der Eisler-Technologie wurde jedoch erst in der Zeit von 1950 bis 1960 festgestellt, als sie die Herstellung mikroelektronischer Komponenten – Transistoren – erfanden und beherrschten.

Die Technologie zur Herstellung von Durchgangslöchern auf mehrschichtigen Leiterplatten wurde 1961 von Hazeltyne (USA) patentiert.

Dank der zunehmenden Dichte elektronischer Bauteile und der engen Anordnung der Verbindungsleitungen hat somit eine neue Ära des Leiterplattendesigns begonnen.

Elektronische Leiterplatte - Herstellung

Eine verallgemeinerte Sicht auf den Prozess: Einzelne elektronische Teile werden über die gesamte Fläche des isolierenden Substrats verteilt. Anschließend werden die verbauten Komponenten durch Löten mit den Schaltkreisen verbunden.

Die sogenannten Kontaktfinger (Pins) befinden sich entlang der äußersten Bereiche des Substrats und fungieren als Systemanschlüsse.

Über Kontakt-„Finger“ wird die Kommunikation mit peripheren Leiterplatten oder der Anschluss externer Steuerkreise organisiert. Die elektronische Leiterplatte dient zur Verdrahtung einer Schaltung, die eine Funktion oder mehrere Funktionen gleichzeitig unterstützt.

Es werden drei Arten elektronischer Leiterplatten hergestellt:

1. Einseitig.
2. Beidseitig.
3. Mehrschichtig.

Einseitige Leiterplatten zeichnen sich durch die ausschließlich einseitige Bestückung von Bauteilen aus. Wenn die kompletten Schaltungsteile nicht passen einseitiges Brett, wird eine zweiseitige Option verwendet.

Substratmaterial

Das traditionell in Leiterplatten verwendete Substrat besteht typischerweise aus Glasfaser in Kombination mit Epoxidharz. Das Substrat ist ein- oder zweiseitig mit Kupferfolie abgedeckt.

Als kostengünstig in der Produktion gelten Elektronik-Leiterplatten aus Phenolharzpapier, ebenfalls mit Kupferfolie beschichtet. Daher werden sie häufiger als andere Varianten zur Ausstattung elektronischer Haushaltsgeräte verwendet.

Die Verbindungen werden durch Beschichten oder Ätzen der Kupferoberfläche des Substrats hergestellt. Kupferschienen sind zum Schutz vor Korrosion mit einer Zinn-Blei-Zusammensetzung beschichtet. Kontaktstifte auf Leiterplatten werden mit einer Schicht aus Zinn, dann Nickel und schließlich Gold beschichtet.

Durchführung von Umreifungsarbeiten

Bei der Oberflächenmontagetechnik werden gerade (J-förmige) oder abgewinkelte (L-förmige) Abzweige verwendet. Durch solche Verzweigungen ist jedes elektronische Bauteil direkt mit einer gedruckten Schaltung verbunden.

Durch die Verwendung einer komplexen Paste (Kleber + Flussmittel + Lot) werden elektronische Bauteile vorübergehend an der Kontaktstelle gehalten. Der Halt dauert an, bis die Leiterplatte in den Ofen eingeführt wird. Dort schmilzt das Lot und verbindet die Schaltungsteile.

Trotz der Herausforderungen bei der Komponentenplatzierung bietet die Oberflächenmontagetechnologie einen weiteren wichtigen Vorteil.

Diese Technik macht den langwierigen Bohrvorgang und das Einsetzen von Klebedichtungen überflüssig, wie dies bei der veralteten Durchgangslochmethode der Fall ist. Beide Technologien werden jedoch weiterhin aktiv genutzt.

Elektronisches PCB-Design

Jede einzelne Elektronikplatine (Platinencharge) ist auf einzigartige Funktionalität ausgelegt. Designer elektronischer Leiterplatten greifen auf Designsysteme und spezielle „Software“ zurück, um die Schaltung auf einer Leiterplatte zu gestalten.

Der Abstand zwischen Leiterbahnen wird üblicherweise in Werten von nicht mehr als 1 mm gemessen. Lochpositionen für Komponentenleiter oder Kontaktpunkte werden berechnet.

Alle diese Informationen werden in das Computersoftwareformat übersetzt, das die Steuerung übernimmt Bohrmaschine. Ein Automat zur Herstellung elektronischer Leiterplatten wird auf die gleiche Weise programmiert.

Sobald der Schaltplan erstellt ist, wird ein Negativbild des Schaltkreises (Maske) auf eine transparente Kunststofffolie übertragen. Bereiche des Negativbildes, die nicht im Schaltkreisbild enthalten sind, werden schwarz markiert, der Schaltkreis selbst bleibt transparent.

Industrielle Fertigung von elektronischen Leiterplatten

Fertigungstechnologien für elektronische Leiterplatten sorgen für Produktionsbedingungen in einer sauberen Umgebung. Die Atmosphäre und Objekte der Produktionsräume werden automatisch auf das Vorhandensein von Schadstoffen kontrolliert.

Viele Unternehmen, die elektronische Leiterplatten herstellen, praktizieren eine einzigartige Fertigung. Und in Standardform die Herstellung von doppelseitigem Druck Elektronikplatine umfasst traditionell die folgenden Schritte:

Die Basis herstellen

1. Die Glasfaser wird entnommen und durch das Prozessmodul geleitet.
2. Mit Epoxidharz imprägniert (Tauchen, Sprühen).
3. Die Glasfaser wird auf einer Maschine auf die gewünschte Dicke des Untergrundes gewalzt.
4. Trocknen Sie den Untergrund im Ofen und legen Sie ihn auf große Platten.
5. Die Platten sind in Stapeln angeordnet, abwechselnd mit Kupferfolie und einem mit Leim beschichteten Träger.

Abschließend werden die Stapel unter eine Presse gelegt, wo sie bei einer Temperatur von 170 °C und einem Druck von 700 kg/mm² 1-2 Stunden lang gepresst werden. Das Epoxidharz härtet aus und die Kupferfolie verbindet sich unter Druck mit dem Trägermaterial.

Löcher bohren und verzinnen

1. Es werden mehrere Trägerplatten entnommen, übereinander gelegt und fest fixiert.
2. Der gefaltete Stapel wird in eine CNC-Maschine gelegt, wo nach dem schematischen Muster Löcher gebohrt werden.
3. Die gemachten Löcher werden von überschüssigem Material befreit.
4. Die Innenflächen der leitenden Löcher sind mit Kupfer beschichtet.
5. Nichtleitende Löcher bleiben unbeschichtet.

Anfertigen einer Zeichnung einer Leiterplatte

Eine Muster-Leiterplattenschaltung wird nach einem additiven oder subtraktiven Prinzip erstellt. Bei der additiven Variante wird das Substrat entsprechend dem gewünschten Muster mit Kupfer beschichtet. In diesem Fall bleibt der Teil außerhalb des Schemas unbearbeitet.

Der subtraktive Prozess deckt hauptsächlich die gesamte Oberfläche des Substrats ab. Anschließend werden einzelne Bereiche, die nicht im Diagramm enthalten sind, geätzt oder ausgeschnitten.

Wie funktioniert das additive Verfahren?

Die Folienoberfläche des Untergrundes ist vorentfettet. Die Platten durchlaufen eine Vakuumkammer. Aufgrund des Vakuums wird die Schicht aus positivem Fotolackmaterial über die gesamte Folienfläche fest komprimiert.

Das positive Material für Fotolack ist ein Polymer, das unter ultravioletter Strahlung löslich werden kann. Vakuumbedingungen eliminieren eventuell verbleibende Luft zwischen der Folie und dem Fotolack.

Die Schaltkreisschablone wird auf den Fotolack gelegt und anschließend werden die Platten intensivem ultraviolettem Licht ausgesetzt. Da die Maske Bereiche der Schaltung transparent lässt, wird der Fotolack an diesen Stellen der UV-Strahlung ausgesetzt und löst sich auf.

Anschließend wird die Maske entfernt und die Platten mit einer alkalischen Lösung bestäubt. Dabei handelt es sich um eine Art Entwickler, der dabei hilft, den bestrahlten Fotolack entlang der Grenzen der Bereiche des Schaltungsdesigns aufzulösen. Dadurch bleibt die Kupferfolie frei auf der Oberfläche des Substrats.

Anschließend werden die Platten mit Kupfer verzinkt. Beim Galvanisierungsprozess fungiert Kupferfolie als Kathode. Freiliegende Bereiche werden auf eine Dicke von 0,02–0,05 mm verzinkt. Die unter dem Fotolack verbleibenden Bereiche werden nicht galvanisiert.

Kupferspuren werden zusätzlich mit einer Zinn-Blei-Zusammensetzung oder einer anderen Schutzbeschichtung beschichtet. Diese Maßnahmen verhindern die Oxidation von Kupfer und erzeugen einen Resist für die nächste Produktionsstufe.

Nicht benötigter Fotolack wird mit einem sauren Lösungsmittel vom Substrat entfernt. Die Kupferfolie zwischen Schaltungsdesign und Beschichtung liegt frei. Da das Kupfer der Leiterplattenschaltung durch eine Zinn-Blei-Verbindung geschützt ist, wird der Leiter hier nicht durch Säure angegriffen.

Techniken zur industriellen Herstellung elektronischer Leiterplatten

Glasfaserlaminat wird häufiger als andere Materialien zur Herstellung der Basis einer starren Platte verwendet. Glasfaserlaminat hat gute dielektrische Eigenschaften, mechanische Festigkeit und chemische Beständigkeit, Haltbarkeit und Sicherheit; Glasfaserlaminat kann bei hoher Luftfeuchtigkeit verwendet werden. Am meisten wichtige Eigenschaften Material - elektrische Isoliereigenschaften und das zweitwichtigste Merkmal ist die Glasübergangstemperatur Tg, die den Anwendungsbereich einschränkt. Übergangstemperatur eines Materials vom festen in den plastischen Zustand – Glasübergangstemperatur. Je höher die Glasübergangstemperatur des Harzes ist, desto geringer ist der Längenausdehnungskoeffizient des Dielektrikums, was zur Zerstörung der Leiterbahnen der Platine führt. Die Glasübergangstemperatur hängt vom Molekulargewicht der bei der Herstellung des Materials verwendeten Harzmoleküle ab. Das Auftreten und die Erhöhung der Elastizität erfolgt in einem bestimmten Temperaturbereich. Der zentrale Wert innerhalb dieses Bereichs wird als Glasübergangstemperatur bezeichnet. Durch die Verbesserung der Glasfaserproduktionstechnologie ist eine Erhöhung der Glasübergangstemperatur möglich.

Glasfaser ist ein Material, das durch Heißpressen mehrerer Glasfaserschichten hergestellt wird, die mit einem Bindemittel – Epoxid- oder Phenol-Formaldehyd-Harz – imprägniert sind. Es gibt viele Marken für verschiedene Betriebsbedingungen. Entwickelt unterschiedliche Anforderungen bis hin zur Fertigungstechnik. Die Zündtemperatur verschiedener Glasfaserqualitäten liegt zwischen 300 und 500 °C. STEF Eine gängige inländische Marke für Glasfaserlaminat steht für Epoxid-Phenol-Glasfaserlaminat. STEF-1 unterscheidet sich von STEF nur in seiner Herstellungstechnologie, wodurch es besser geeignet ist für Bearbeitung. STEF-U verfügt im Vergleich zur Marke STEF-1 über verbesserte mechanische und elektrische Isoliereigenschaften.

Eine Variante dieses Materials ist folienbeschichtetes Fiberglas, das bei der Herstellung von Leiterplatten verwendet wird.

vereiteln Material ist das Grundmaterial der Platine, das auf einer oder beiden Seiten mit einer leitfähigen Folie versehen ist – eine Schicht aus leitfähigem Material, die ein leitfähiges Muster auf der Platine bilden soll. Der Erfolg der Plattenproduktion und die Zuverlässigkeit des hergestellten Geräts hängen von der Qualität und den Parametern des verwendeten Materials ab.

Folien-Glasfaserlaminat gibt es von vielen Marken. Für die Herstellung von Platten werden inländische Marken nach GOST verwendet, die von unseren Herstellern hergestellt werden: SF, SONF-U, STF, STNF, SNF, DFM-59, SFVN und Marken importierter Glasfaserlaminate FR-4, FR-5, CEM-3 mit vielen Modifikationen. Für die Herstellung von Platinen, die für den Betrieb bei normaler und hoher Luftfeuchtigkeit bei Temperaturen von -60 bis +85 °C bestimmt sind, wird die Marke SF verwendet, die viele Typen hat, einen davon SF-1-35G.

Bezeichnungen im Namen SF-1-35G:

• SF – Folien-Glasfaserlaminat
• 1 - einseitig
• 35 - Folienstärke 35 Mikrometer
• G – galvanisch resistente Folie

Für die Herstellung der meisten elektronischen Geräte kann die Marke verwendet werden SONF-U Die Betriebstemperatur beträgt -60 bis +155 °C. Bezeichnungen im Namen: S und F – Folienglasfaser, OH – Allzweck, U – enthält bromhaltige Zusatzstoffe und gehört zur Klasse der nicht brennbaren Kunststoffe. Die Dicke der auf der Basis angebrachten Folie liegt zwischen 18, 35, 50, 70 und 105 Mikrometern. Die Dicke von Folien-Glasfaserlaminat liegt im Bereich von 0,5 bis 3 mm.

FR-4 feuerbeständige (feuerhemmende) importierte Glasfaserfolie. FR-4 ist mit Abstand die am häufigsten verwendete Materialqualität für die Herstellung von Leiterplatten. Hohe technologische und betriebliche Eigenschaften bestimmten die Beliebtheit dieses Materials.

FR-4 hat Nenndicke 1,6 mm, ein- oder beidseitig mit 35 µm dicker Kupferfolie kaschiert. Standard FR-4 ist 1,6 mm dick und besteht aus acht Schichten („Prepregs“) Glasfaser. Die mittlere Schicht enthält normalerweise das Logo des Herstellers; seine Farbe spiegelt die Brennbarkeitsklasse dieses Materials wider (rot – UL94-VO, blau – UL94-HB). Typischerweise ist FR-4 transparent, wobei die standardmäßige grüne Farbe durch die Farbe der Lötmaske bestimmt wird, die auf die fertige Leiterplatte aufgetragen wird.

• volumetrischer elektrischer Widerstand nach Konditionierung und Wiederherstellung (Ohm x m): 9,2 x 1013;
• elektrischer Oberflächenwiderstand (Ohm): 1,4 x 1012;
• Schälfestigkeit der Folie nach Einwirkung einer galvanischen Lösung (N/mm): 2,2;
• Entflammbarkeit (vertikale Prüfmethode): Klasse V®.

Einseitige Folie aus Glasfaser CEM-3. CEM-3 ist ein importiertes Material (Composite Epoxy Material), das dem folienkaschierten Glasfaserlaminat der Marke FR-4 am ähnlichsten ist, zu einem um 10–15 % günstigeren Preis. Es handelt sich um eine Glasfaserbasis zwischen zwei äußeren Glasfaserschichten. Geeignet zur Metallisierung von Löchern. CEM-3 ist ein milchig weißes oder transparentes Material, sehr glatt. Das Material lässt sich leicht bohren und stanzen. Neben Folienplatinen werden viele verschiedene Materialien zur Herstellung von Platinen verwendet.

Getinax

Einseitige Foliengetinaks.

Getinax-Folie ist für die Herstellung von Platinen vorgesehen, die für den Betrieb bei normaler Luftfeuchtigkeit mit ein- oder zweiseitiger Montage von Teilen ohne Metallisierung von Löchern vorgesehen sind. Der technologische Unterschied zwischen Getinax und Glasfaserlaminat besteht in der Verwendung von Papier anstelle von Glasfaser bei der Herstellung. Das Material ist günstig und leicht zu stempeln. Hat unter normalen Bedingungen gute elektrische Eigenschaften. Das Material hat Nachteile: schlechte chemische Beständigkeit und schlechte Hitzebeständigkeit, Hygroskopizität.

Inländische Folien-Getinaks-Marken GF-1-35, GF-2-35, GF-1-50 und GF-2-50 ausgelegt für den Betrieb bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 45 - 76 % und einer Temperatur von 15 - 35 C°, das Grundmaterial ist braun. XPC, FR-1, FR-2 – importierte Foliengetinaks. Diese Materialien haben eine Basis aus Papier mit Phenolfüllstoff; die Materialien lassen sich leicht prägen.

- FR-3– Modifikation von FR-2, jedoch wird als Füllstoff Epoxidharz anstelle von Phenolharz verwendet. Das Material ist für die Herstellung von Platinen ohne Metallisierung von Löchern bestimmt.

- CEM-1– ein Material bestehend aus Epoxidharz (Composite Epoxy Material) auf Papierbasis mit einer Glasfaserschicht. Konzipiert für die Herstellung von Leiterplatten ohne Metallisierung von Löchern; das Material lässt sich gut stanzen. Normalerweise ist die Farbe milchig weiß oder milchig gelb.

Andere Folienmaterialien werden für härtere Betriebsbedingungen verwendet, sind aber teurer. Ihre Basis basiert auf chemischen Verbindungen, die die Eigenschaften von Platten verbessern: Keramik, Aramid, Polyester, Polyimidharz, Bismaleinimidtriazin, Cyanatester, Fluorkunststoff.

PCB-Pad-Beschichtungen

Schauen wir uns an, welche Arten von Beschichtungen es für Kupferpads gibt. Am häufigsten werden Websites abgedeckt Zinn-Blei-Legierung oder POS. Die Methode zum Auftragen und Nivellieren der Lotoberfläche wird HAL oder genannt HASL(aus dem Englischen Hot Air Solder Leveling – Lot mit Heißluft nivellieren). Diese Beschichtung sorgt für die beste Lötbarkeit der Pads. Sie werden jedoch durch modernere Beschichtungen ersetzt, die in der Regel den Anforderungen der internationalen Richtlinie entsprechen RoHS. Diese Richtlinie verlangt das Verbot des Vorhandenseins schädlicher Substanzen, einschließlich Blei, in Produkten. Bisher gilt RoHS nicht für das Territorium unseres Landes, aber es ist nützlich, sich an seine Existenz zu erinnern. HASL wird überall verwendet, sofern nicht anders erforderlich. Eine (chemische) Tauchvergoldung wird verwendet, um eine glattere Platinenoberfläche zu erzielen (dies ist besonders wichtig für BGA-Pads), weist jedoch eine etwas geringere Lötbarkeit auf. Das Ofenlöten wird mit ungefähr der gleichen Technologie wie HASL durchgeführt, das Handlöten erfordert jedoch die Verwendung spezieller Flussmittel. Die organische Beschichtung (OSP) schützt die Kupferoberfläche vor Oxidation. Sein Nachteil ist die kurze Haltbarkeit der Lötbarkeit (weniger als 6 Monate). Tauchzinn sorgt für eine glatte Oberfläche und gute Lötbarkeit, hat jedoch auch eine begrenzte Lötstandzeit. Bleifreies HAL hat die gleichen Eigenschaften wie bleihaltiges HAL, die Zusammensetzung des Lotes besteht jedoch aus etwa 99,8 % Zinn und 0,2 % Zusatzstoffen. Die Kontakte der Messerstecker, die im Betrieb der Platine Reibung ausgesetzt sind, sind mit einer dickeren und steiferen Goldschicht galvanisiert. Bei beiden Vergoldungsarten wird eine Nickelunterschicht verwendet, um die Diffusion des Goldes zu verhindern.

Schutzbeschichtungen und andere Arten von Leiterplattenbeschichtungen

Um das Bild zu vervollständigen, betrachten wir den funktionalen Zweck und die Materialien von Leiterplattenbeschichtungen.

Lötmaske – wird auf die Oberfläche der Platine aufgetragen, um Leiter vor unbeabsichtigten Kurzschlüssen und Schmutz zu schützen sowie Glasfaser vor Thermoschocks beim Löten zu schützen. Die Maske trägt keine weitere funktionelle Belastung und kann nicht als Schutz vor Feuchtigkeit, Schimmel, Zerfall usw. dienen (außer bei Verwendung spezieller Maskenarten).

Markierung – wird mit Farbe über einer Maske auf die Platine aufgetragen, um die Identifizierung der Platine selbst und der darauf befindlichen Komponenten zu erleichtern.

Abziehbare Maske – wird auf bestimmte Bereiche der Platine aufgetragen, die vorübergehend geschützt werden müssen, beispielsweise vor Lötarbeiten. Es lässt sich in Zukunft leicht entfernen, da es sich um eine gummiartige Verbindung handelt und sich einfach abziehen lässt.

Carbon-Kontaktbeschichtung – wird auf bestimmte Bereiche der Platine als Kontaktfelder für Tastaturen aufgebracht. Die Beschichtung hat eine gute Leitfähigkeit, oxidiert nicht und ist verschleißfest.

Graphit-Widerstandselemente – können auf die Oberfläche der Platine aufgebracht werden, um die Funktion von Widerständen zu übernehmen. Leider ist die Genauigkeit der Nennwerte gering – nicht genauer als ±20 % (bei Laserjustierung bis zu 5 %).

Silberne Kontaktbrücken – können als zusätzliche Leiter eingesetzt werden und bilden eine weitere leitende Schicht, wenn nicht genügend Platz für die Verlegung vorhanden ist. Wird hauptsächlich für einschichtige und doppelseitige Leiterplatten verwendet.