Apa yang diwakilinya dicetak papan A?

Dicetak papan A atau papan A, adalah suatu pelat atau panel yang terdiri dari satu atau dua pola konduktif yang terletak pada permukaan dasar dielektrik, atau suatu sistem pola konduktif yang terletak pada volume dan pada permukaan dasar dielektrik, saling berhubungan sesuai dengan diagram rangkaian, dimaksudkan untuk sambungan listrik dan pengikatan mekanis produk elektronik, elektronik kuantum, dan produk listrik yang dipasang di atasnya - komponen elektronik pasif dan aktif.

paling sederhana dicetak papan oh adalah papan A, yang berisi konduktor tembaga di satu sisi dicetak papan S dan menghubungkan elemen pola konduktif hanya pada salah satu permukaannya. Seperti papan S dikenal sebagai lapisan tunggal dicetak papan S atau sepihak dicetak papan S(disingkat menjadi AKI).

Saat ini, yang paling populer dalam produksi dan paling luas dicetak papan S, yang berisi dua lapisan, yaitu mengandung pola konduktif di kedua sisinya papan S– dua sisi (lapis ganda) dicetak papan S(disingkat DPP). Koneksi tembus digunakan untuk menghubungkan konduktor antar lapisan. instalasi lubang metalisasi dan transisi. Namun tergantung kompleksitas fisik desainnya dicetak papan S, saat kabel berada di kedua sisi papan tidak menjadi terlalu rumit dalam produksi memesan tersedia multilapis dicetak papan S(disingkat MPP), dimana pola konduktif yang terbentuk tidak hanya pada kedua sisi luarnya saja papan S, tetapi juga di lapisan dalam dielektrik. Tergantung pada kompleksitasnya, multi-layer dicetak papan S dapat dibuat dari 4,6,...24 lapisan atau lebih.

Untuk instalasi A komponen elektronik menyala dicetak papan S, diperlukan operasi teknologi - penyolderan, digunakan untuk mendapatkan sambungan permanen bagian-bagian yang terbuat dari logam yang berbeda dengan memasukkan logam cair - solder, yang memiliki lebih banyak suhu rendah meleleh dibandingkan bahan bagian yang disambung. Kontak bagian yang disolder, serta solder dan fluks, dikontakkan dan dipanaskan pada suhu di atas titik leleh solder, tetapi di bawah suhu leleh bagian yang disolder. Akibatnya solder masuk ke dalam keadaan cair dan membasahi permukaan bagian. Setelah ini, pemanasan berhenti dan solder masuk ke fase padat, membentuk sambungan. Proses ini dapat dilakukan secara manual atau menggunakan peralatan khusus.

Sebelum menyolder, komponen dipasang dicetak papan e mengarahkan komponen ke dalam lubang tembus papan S dan disolder ke bantalan kontak dan/atau permukaan bagian dalam lubang yang dilapisi logam - yang disebut. teknologi instalasi A ke dalam lubang (THT Through Hole Technology - teknologi instalasi A ke dalam lubang atau dengan kata lain - pin instalasi atau DIP instalasi). Selain itu, teknologi permukaan yang lebih progresif semakin meluas, terutama dalam produksi massal dan skala besar. instalasi A- disebut juga TMP (teknologi instalasi A ke permukaan) atau SMT(teknologi pemasangan di permukaan) atau teknologi SMD (dari perangkat pemasangan di permukaan - perangkat yang dipasang di permukaan). Perbedaan utamanya dari teknologi “tradisional”. instalasi A ke dalam lubang adalah komponen dipasang dan disolder ke bantalan tanah, yang merupakan bagian dari pola konduktif di permukaan dicetak papan S. Dalam teknologi permukaan instalasi A Biasanya, dua metode penyolderan digunakan: penyolderan reflow pasta solder dan penyolderan gelombang. Keuntungan utama dari metode penyolderan gelombang adalah kemampuannya untuk menyolder kedua komponen yang dipasang di permukaan secara bersamaan papan S, dan ke dalam lubang. Pada saat yang sama, penyolderan gelombang adalah metode penyolderan yang paling produktif instalasi e ke dalam lubang. Penyolderan reflow didasarkan pada penggunaan bahan teknologi khusus - pasta solder. Ini berisi tiga komponen utama: solder, fluks (aktivator) dan pengisi organik. Pematerian tempel diterapkan pada bantalan kontak baik menggunakan dispenser atau melalui setensilan, kemudian komponen elektronika dipasang dengan kabel pada pasta solder dan selanjutnya proses pencairan kembali solder yang terdapat pada pasta solder dilakukan dalam oven khusus dengan cara pemanasan. dicetak papan S dengan komponen.

Untuk menghindari dan/atau mencegah hubungan arus pendek yang tidak disengaja pada konduktor dari sirkuit yang berbeda selama proses penyolderan, pabrikan dicetak papan masker solder pelindung digunakan (topeng solder Inggris; juga dikenal sebagai "brilian") - lapisan bahan polimer tahan lama yang dirancang untuk melindungi konduktor dari masuknya solder dan fluks selama penyolderan, serta dari panas berlebih. Pematerian masker menutupi konduktor dan membiarkan bantalan serta konektor bilah terbuka. Warna topeng solder yang paling umum digunakan dicetak papan A x - hijau, lalu merah dan biru. Perlu diingat bahwa pematerian masker tidak melindungi papan dari kelembaban selama pengoperasian papan S dan pelapis organik khusus digunakan untuk melindungi dari kelembapan.

Dalam program CAD paling populer dicetak papan dan perangkat elektronik (disingkat CAD - CAM350, P-CAD, Protel DXP, SPECCTRA, OrCAD, Allegro, Expedition PCB, Genesis), sebagai aturan, ada aturan yang terkait dengan topeng solder. Aturan-aturan ini menentukan jarak/kemunduran yang harus dijaga antara tepi bantalan solder dan tepi masker solder. Konsep ini diilustrasikan pada Gambar 2(a).

Sablon atau penandaan sutra.

Penandaan (eng. Silkscreen, legenda) adalah proses di mana pabrikan menerapkan informasi tentang komponen elektronik dan membantu memfasilitasi proses perakitan, inspeksi, dan perbaikan. Biasanya, penandaan diterapkan untuk menunjukkan titik referensi dan posisi, orientasi, dan peringkat komponen elektronik. Ini juga dapat digunakan untuk tujuan desain apa pun dicetak papan, misalnya, tunjukkan nama perusahaan, petunjuk pengaturan (ini banyak digunakan pada motherboard lama papan A x komputer pribadi), dll. Penandaan dapat diterapkan pada kedua sisi papan S dan biasanya diaplikasikan dengan menggunakan sablon (silk-screen) dengan cat khusus (dengan thermal atau UV curing) berwarna putih, kuning atau hitam. Gambar 2 (b) menunjukkan peruntukan dan luas komponen, dibuat dengan tanda berwarna putih.

Struktur lapisan di CAD

Seperti disebutkan di awal artikel ini, dicetak papan S dapat dibuat dari beberapa lapisan. Kapan dicetak papan A dirancang menggunakan CAD, sering terlihat pada strukturnya dicetak papan S beberapa lapisan yang tidak sesuai dengan lapisan yang dibutuhkan dengan kabel bahan konduktif (tembaga). Misalnya, lapisan penandaan dan masker solder adalah lapisan non-konduktif. Kehadiran lapisan konduktif dan non-konduktif dapat menimbulkan kebingungan, karena produsen menggunakan istilah lapisan padahal yang dimaksud hanya lapisan konduktif. Mulai sekarang, kita akan menggunakan istilah "lapisan" tanpa "CAD" hanya jika mengacu pada lapisan konduktif. Jika kita menggunakan istilah "lapisan CAD" yang kita maksud adalah semua jenis lapisan, yaitu lapisan konduktif dan non-konduktif.

Struktur lapisan di CAD:

Gambar 3 menunjukkan tiga berbagai struktur lapisan. Warna oranye menonjolkan lapisan konduktif di setiap struktur. Tinggi atau ketebalan struktur dicetak papan S dapat bervariasi tergantung tujuannya, namun ketebalan yang paling umum digunakan adalah 1,5 mm.

Jenis Rumah Komponen Elektronik

Ada berbagai macam jenis housing komponen elektronik yang ada di pasaran saat ini. Biasanya ada beberapa jenis rumah untuk satu elemen pasif atau aktif. Misalnya, Anda dapat menemukan sirkuit mikro yang sama baik dalam paket QFP (dari Paket Quad Flat Bahasa Inggris - rangkaian paket sirkuit mikro dengan pin planar yang terletak di keempat sisinya) dan dalam paket LCC (dari Pembawa Chip Tanpa Timbal Bahasa Inggris - adalah rumah keramik persegi berprofil rendah dengan kontak terletak di bagian bawahnya).

Pada dasarnya ada 3 kelompok besar selungkup elektronik:

Papan kontak dicetak papan S(tanah Inggris)

Papan kontak dicetak papan S- bagian dari pola konduktif dicetak papan S, digunakan untuk sambungan listrik produk elektronik yang dipasang. Papan kontak dicetak papan S mewakili bagian yang terkena topeng solder konduktor tembaga, tempat kabel komponen disolder. Ada dua jenis bantalan - bantalan kontak instalasi lubang untuk instalasi A ke dalam lubang dan bantalan planar untuk permukaan instalasi A- Bantalan SMD. Terkadang, SMD via pad sangat mirip dengan via pad. instalasi A ke dalam lubang.

Gambar 4 menunjukkan bantalan untuk 4 komponen elektronik yang berbeda. Delapan untuk bantalan SMD IC1 dan dua untuk R1, serta tiga bantalan berlubang untuk komponen elektronik Q1 dan PW.

Konduktor tembaga

Konduktor tembaga digunakan untuk menghubungkan dua titik dicetak papan e - misalnya, untuk menghubungkan antara dua bantalan SMD (Gambar 5.), atau untuk menghubungkan bantalan SMD ke sebuah bantalan instalasi lubang atau untuk menghubungkan dua vias.

Konduktor dapat mempunyai perhitungan lebar yang berbeda-beda tergantung pada arus yang mengalir melaluinya. Selain itu, pada frekuensi tinggi, perlu untuk menghitung lebar konduktor dan celah di antara keduanya, karena resistansi, kapasitansi, dan induktansi sistem konduktor bergantung pada panjang, lebar, dan posisi relatifnya.

Melalui vias berlapis dicetak papan S

Ketika Anda perlu menghubungkan komponen yang ada di lapisan atas dicetak papan S dengan komponen yang terletak di lapisan bawah, digunakan vias berlapis yang menghubungkan elemen pola konduktif pada lapisan yang berbeda dicetak papan S. Lubang-lubang ini memungkinkan arus melewatinya dicetak papan kamu. Gambar 6 menunjukkan dua kabel yang dimulai pada bantalan komponen di lapisan atas dan berakhir pada bantalan komponen lain di lapisan bawah. Setiap konduktor memiliki lubang tembusnya sendiri, yang mengalirkan arus dari lapisan atas ke lapisan bawah.

Gambar 6. Koneksi dua sirkuit mikro melalui konduktor dan vias logam di sisi yang berbeda dicetak papan S

Gambar 7 memberikan gambaran lebih rinci tentang penampang 4 lapis dicetak papan. Di sini warna menunjukkan lapisan berikut:

Pada modelnya dicetak papan S, Gambar 7 menunjukkan konduktor (merah) yang termasuk dalam lapisan konduktif atas, dan melewatinya papan y menggunakan through-via, lalu melanjutkan jalurnya sepanjang lapisan paling bawah (biru).

Gambar 7. Konduktor dari lapisan atas melewatinya dicetak papan y dan melanjutkan jalurnya di lapisan bawah.

Lubang logam "buta". dicetak papan S

Dalam HDI (Interkoneksi Kepadatan Tinggi) dicetak papan A x, perlu menggunakan lebih dari dua lapisan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7. Biasanya, dalam struktur multi-lapisan dicetak papan S Di mana banyak IC dipasang, lapisan terpisah digunakan untuk daya dan ground (Vcc atau GND), dan dengan demikian lapisan sinyal luar dibebaskan dari rel daya, yang membuatnya lebih mudah untuk merutekan kabel sinyal. Ada juga kasus ketika konduktor sinyal harus melewati lapisan luar (atas atau bawah) sepanjang jalur terpendek untuk memberikan impedansi karakteristik yang diperlukan, persyaratan isolasi galvanik, dan diakhiri dengan persyaratan ketahanan terhadap pelepasan muatan listrik statis. Untuk jenis sambungan ini, lubang logam buta digunakan (Blind via - “blind” atau “blind”). Ini mengacu pada lubang yang menghubungkan lapisan luar dengan satu atau lebih lapisan dalam, yang memungkinkan sambungan dijaga pada ketinggian minimum. Lubang buta dimulai pada lapisan luar dan berakhir pada lapisan dalam, oleh karena itu diawali dengan "buta".

Untuk mengetahui lubang mana yang ada papan e, kamu bisa menaruh dicetak papan di atas sumber cahaya dan lihat - jika Anda melihat cahaya datang dari sumber melalui lubang, maka ini adalah lubang transisi, jika tidak maka akan buta.

Via buta berguna untuk digunakan dalam desain papan S, bila ukuran Anda terbatas dan memiliki terlalu sedikit ruang untuk menempatkan komponen dan merutekan kabel sinyal. Anda dapat menempatkan komponen elektronik di kedua sisi dan memaksimalkan ruang untuk kabel dan komponen lainnya. Jika transisi dilakukan melalui lubang tembus dan bukan melalui lubang buta, Anda memerlukan ruang tambahan untuk lubang tersebut karena lubang memakan ruang di kedua sisi. Pada saat yang sama, lubang buta dapat ditempatkan di bawah badan chip - misalnya, untuk perkabelan besar dan rumit BGA komponen.

Gambar 8 menunjukkan tiga lubang yang merupakan bagian dari empat lapisan dicetak papan S. Jika kita melihat dari kiri ke kanan, hal pertama yang akan kita lihat adalah lubang tembus di semua lapisan. Lubang kedua dimulai dari lapisan atas dan berakhir di lapisan dalam kedua - melalui tirai L1-L2. Terakhir, lubang ketiga dimulai di lapisan bawah dan berakhir di lapisan ketiga, jadi kita katakan itu adalah tirai melalui L3-L4.

Kerugian utama dari lubang jenis ini adalah ukurannya yang lebih besar harga tinggi manufaktur dicetak papan S dengan lubang buta, dibandingkan dengan lubang tembus alternatif.

Via tersembunyi

Bahasa inggris Terkubur melalui - "tersembunyi", "terkubur", "terpasang". Vias ini mirip dengan vias buta, hanya saja vias ini dimulai dan diakhiri pada lapisan dalam. Jika kita melihat Gambar 9 dari kiri ke kanan, kita dapat melihat bahwa lubang pertama menembus semua lapisan. Yang kedua adalah blind melalui L1-L2, dan yang terakhir adalah tersembunyi melalui L2-L3, yang dimulai pada lapisan kedua dan berakhir pada lapisan ketiga.

Gambar 9. Perbandingan via via, lubang buta, dan lubang terkubur.

Teknologi manufaktur untuk via buta dan tersembunyi

Teknologi pembuatan lubang tersebut bisa berbeda-beda, tergantung pada desain yang telah ditetapkan oleh pengembang, dan tergantung pada kemampuannya pabrik sebuah-produsen. Kami akan membedakan dua tipe utama:

Lubang dibor pada benda kerja dua sisi DPP, dilapisi logam, digores, dan kemudian benda kerja ini, pada dasarnya menjadi dua lapisan dicetak papan A, ditekan melalui prepreg sebagai bagian dari preform multilayer dicetak papan S. Jika bagian kosong ini berada di atas “pai” MPP, maka kita mendapatkan lubang buta, jika di tengah, maka kita mendapatkan vias tersembunyi.

1. Sebuah lubang dibor pada benda kerja yang dikompresi MPP, kedalaman pengeboran dikontrol agar mengenai bantalan lapisan dalam secara akurat, dan kemudian terjadi metalisasi lubang. Dengan cara ini kita hanya mendapatkan lubang buta.

Dalam struktur yang kompleks MPP Kombinasi jenis lubang di atas dapat digunakan - Gambar 10.

Gambar 10. Contoh kombinasi tipikal tipe via.

Perhatikan bahwa penggunaan lubang buta terkadang dapat mengurangi biaya proyek secara keseluruhan, karena penghematan jumlah lapisan, kemampuan penelusuran yang lebih baik, dan pengurangan ukuran. dicetak papan S, serta kemampuan untuk mengaplikasikan komponen dengan nada yang lebih halus. Namun, dalam setiap kasus tertentu, keputusan mengenai penggunaannya harus dibuat secara individual dan wajar. Namun, seseorang tidak boleh menyalahgunakan kompleksitas dan variasi jenis lubang yang buta dan tersembunyi. Pengalaman menunjukkan bahwa ketika memilih antara menambahkan jenis lubang buta lain ke desain atau menambahkan sepasang lapisan lainnya, lebih baik menambahkan beberapa lapisan. Bagaimanapun, desainnya MPP harus dirancang dengan mempertimbangkan bagaimana tepatnya hal itu akan diterapkan dalam produksi.

Selesaikan lapisan pelindung logam

Mencapai sambungan solder yang benar dan andal pada peralatan elektronik bergantung pada banyak faktor desain dan proses, termasuk tingkat kemampuan solder yang tepat dari elemen yang disambungkan, seperti komponen dan dicetak konduktor. Untuk menjaga kemampuan solder dicetak papan sebelum instalasi A komponen elektronik, memastikan kerataan lapisan dan dapat diandalkan instalasi A sambungan solder, permukaan tembaga bantalan harus dilindungi dicetak papan S dari oksidasi, yang disebut lapisan pelindung logam akhir.

Saat melihat berbeda dicetak papan S, Anda dapat melihat bahwa bantalan kontak hampir tidak pernah memiliki warna tembaga, seringkali dan sebagian besar berwarna perak, emas mengkilap, atau abu-abu matte. Warna-warna ini menentukan jenis lapisan pelindung logam finishing.

Metode paling umum untuk melindungi permukaan yang disolder dicetak papan adalah pelapisan bantalan kontak tembaga dengan lapisan paduan timah-timah perak (POS-63) - HASL. Paling banyak diproduksi dicetak papan dilindungi dengan metode HASL. HASL pengalengan panas - proses pengalengan panas papan S, dengan merendam selama waktu terbatas dalam rendaman solder cair dan dengan pelepasan cepat dengan meniupkan aliran udara panas, menghilangkan kelebihan solder dan meratakan lapisan. Lapisan ini mendominasi beberapa hal tahun terakhir, meskipun terdapat keterbatasan teknis yang parah. Plat S, diproduksi dengan cara ini, meskipun mempertahankan kemampuan solder dengan baik selama seluruh periode penyimpanan, tidak cocok untuk beberapa aplikasi. Elemen yang sangat terintegrasi digunakan dalam SMT teknologi instalasi A, memerlukan planaritas (kerataan) yang ideal pada bantalan kontak dicetak papan. Pelapis HASL tradisional tidak memenuhi persyaratan planaritas.

Teknologi pelapisan yang memenuhi persyaratan planaritas adalah pelapis yang diaplikasikan secara kimia:

Pelapisan emas perendaman (Electroless Nickel / Immersion Gold - ENIG), yaitu lapisan tipis emas yang diaplikasikan di atas sublapisan nikel. Fungsi emas adalah untuk memberikan kemampuan solder yang baik dan melindungi nikel dari oksidasi, dan nikel sendiri berfungsi sebagai penghalang yang mencegah difusi timbal balik antara emas dan tembaga. Lapisan ini memastikan kerataan bantalan kontak yang sangat baik tanpa kerusakan dicetak papan, memastikan kekuatan sambungan solder yang cukup yang dibuat dengan solder berbahan dasar timah. Kerugian utama mereka adalah tingginya biaya produksi.

Immersion Tin (ISn) – lapisan kimia abu-abu matte yang memberikan kerataan tinggi dicetak situs papan S dan kompatibel dengan semua metode penyolderan selain ENIG. Proses pengaplikasian timah imersi mirip dengan proses pengaplikasian emas imersi. Timah perendaman memberikan kemampuan solder yang baik setelah penyimpanan jangka panjang, yang dipastikan dengan diperkenalkannya sublapisan organologam sebagai penghalang antara tembaga pada bantalan kontak dan timah itu sendiri. Namun, papan S, dilapisi dengan timah imersi, memerlukan penanganan yang hati-hati dan harus disimpan dalam kemasan vakum di lemari penyimpanan kering dan papan S dengan lapisan ini tidak cocok untuk produksi keyboard/panel sentuh.

Saat mengoperasikan komputer dan perangkat dengan konektor blade, kontak konektor blade dapat mengalami gesekan selama pengoperasian. papan S Oleh karena itu, kontak ujung dilapisi dengan lapisan emas yang lebih tebal dan kaku. Penyepuhan galvanis pada konektor pisau (Jari Emas) - lapisan keluarga Ni/Au, ketebalan lapisan: 5 -6 Ni; 1,5 – 3 m Au. Pelapisan diterapkan melalui deposisi elektrokimia (pelapisan listrik) dan digunakan terutama pada kontak ujung dan lamela. Lapisan emas yang tebal memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, ketahanan terhadap abrasi dan efek buruk lingkungan. Sangat diperlukan jika penting untuk memastikan kontak listrik yang andal dan tahan lama.

Papan sirkuit tercetak (PCB, atau papan kabel tercetak, PWB) adalah pelat dielektrik yang pada permukaan dan/atau volumenya membentuk rangkaian penghantar listrik dari suatu rangkaian elektronik. Papan sirkuit tercetak dirancang untuk menghubungkan berbagai komponen elektronik secara elektrik dan mekanis. Komponen elektronik pada papan sirkuit tercetak dihubungkan melalui terminalnya ke elemen pola konduktif, biasanya dengan menyolder.

Berbeda dengan Pendakian gunung, pada papan sirkuit tercetak, pola konduktif listrik terbuat dari foil, terletak seluruhnya pada dasar isolasi yang kokoh. Papan sirkuit tercetak berisi lubang pemasangan dan bantalan untuk memasang komponen bertimbal atau planar. Selain itu, di papan sirkuit tercetak Ada vias untuk sambungan listrik bagian foil yang terletak di berbagai lapisan papan. Di bagian luar papan, lapisan pelindung (“topeng solder”) dan penandaan (gambar dan teks pendukung sesuai dengan dokumentasi desain) biasanya diterapkan.

Tergantung pada jumlah lapisan dengan pola konduktif listrik, papan sirkuit tercetak dibagi menjadi:

satu sisi (OSP): hanya ada satu lapisan foil yang direkatkan pada satu sisi lembaran dielektrik.

dua sisi (DPP): dua lapis foil.

multilayer (MLP): menggagalkan tidak hanya pada kedua sisi papan, tetapi juga pada lapisan dalam dielektrik. Papan sirkuit cetak multilayer dibuat dengan merekatkan beberapa papan satu sisi atau dua sisi.

Ketika kompleksitas perangkat yang dirancang dan kepadatan pemasangan meningkat, jumlah lapisan pada papan meningkat.

Dasar dari papan sirkuit cetak adalah dielektrik, bahan yang paling umum digunakan adalah fiberglass dan getinax. Selain itu, dasar papan sirkuit tercetak dapat berupa dasar logam yang dilapisi dengan dielektrik (misalnya, aluminium anodisasi); lapisan tembaga pada trek diaplikasikan di atas dielektrik. Papan sirkuit tercetak tersebut digunakan dalam elektronika daya untuk menghilangkan panas secara efisien dari komponen elektronik. Dalam hal ini, dasar logam papan dipasang ke radiator. Bahan yang digunakan untuk papan sirkuit cetak yang beroperasi dalam kisaran gelombang mikro dan pada suhu hingga 260 °C adalah fluoroplastik yang diperkuat dengan kain kaca (misalnya, FAF-4D) dan keramik. Papan sirkuit fleksibel terbuat dari bahan polimida seperti Kapton.

Bahan apa yang akan kita gunakan untuk membuat papan?

Bahan yang paling umum dan terjangkau untuk membuat papan adalah Getinax dan Fiberglass. Kertas Getinax diresapi dengan pernis Bakelite, textolite fiberglass dengan epoksi. Kami pasti akan menggunakan fiberglass!

Laminasi fiberglass foil adalah lembaran yang terbuat dari kain kaca, diresapi dengan pengikat berdasarkan resin epoksi dan dilapisi di kedua sisinya dengan foil tahan tembaga elektrolitik galvanik setebal 35 mikron. Sangat suhu yang diizinkan dari -60ºС hingga +105ºС. Ini memiliki sifat isolasi mekanik dan listrik yang sangat tinggi dan dapat dengan mudah dikerjakan dengan memotong, mengebor, menginjak.

Fiberglass terutama digunakan satu atau dua sisi dengan ketebalan 1,5 mm dan dengan foil tembaga dengan ketebalan 35 mikron atau 18 mikron. Kami akan menggunakan laminasi fiberglass satu sisi dengan ketebalan 0,8 mm dengan foil setebal 35 mikron (mengapa akan dibahas secara detail di bawah).

Metode pembuatan papan sirkuit tercetak di rumah

Papan dapat diproduksi secara kimia dan mekanis.

Dengan metode kimia, di tempat-tempat di mana seharusnya ada jejak (pola) di papan, komposisi pelindung (pernis, toner, cat, dll.) diterapkan pada kertas timah. Selanjutnya, papan direndam dalam larutan khusus (besi klorida, hidrogen peroksida, dan lainnya) yang “mengikis” lapisan tembaga, tetapi tidak mempengaruhi komposisi pelindung. Akibatnya, tembaga tetap berada di bawah senyawa pelindung. Komposisi pelindung kemudian dihilangkan dengan pelarut dan papan yang sudah jadi tetap ada.

Cara mekanis menggunakan pisau bedah (untuk produksi manual) atau mesin milling. Pemotong khusus membuat alur pada kertas timah, akhirnya meninggalkan pulau-pulau dengan kertas timah - pola yang diperlukan.

Mesin penggilingan cukup mahal, dan mesin penggilingan itu sendiri mahal dan memiliki sumber daya yang pendek. Jadi kami tidak akan menggunakan metode ini.

Metode kimia yang paling sederhana adalah manual. Dengan menggunakan pernis risograf, kami menggambar trek di papan dan kemudian mengetsanya dengan larutan. Metode ini tidak memungkinkan pembuatan papan rumit dengan garis yang sangat tipis - jadi ini juga bukan kasus kami.

Cara pembuatan papan sirkuit selanjutnya adalah dengan menggunakan photoresist. Ini adalah teknologi yang sangat umum (papan dibuat menggunakan metode ini di pabrik) dan sering digunakan di rumah. Ada banyak sekali artikel dan cara membuat papan menggunakan teknologi ini di Internet. Ini memberikan hasil yang sangat bagus dan dapat diulang. Namun, ini juga bukan pilihan kami. Alasan utamanya adalah bahan yang agak mahal (photoresist, yang juga memburuk seiring waktu), serta alat tambahan(Lampu penerangan UV, laminator). Tentu saja, jika Anda memiliki produksi papan sirkuit dalam skala besar di rumah - maka photoresist tidak ada bandingannya - kami sarankan untuk menguasainya. Perlu juga dicatat bahwa peralatan dan teknologi photoresist memungkinkan kami memproduksi sablon sutra dan masker pelindung pada papan sirkuit.

Dengan munculnya printer laser, amatir radio mulai aktif menggunakannya untuk pembuatan papan sirkuit. Seperti yang Anda ketahui, printer laser menggunakan “toner” untuk mencetak. Ini adalah bubuk khusus yang disinter di bawah suhu dan menempel pada kertas - hasilnya adalah gambar. Toner ini tahan terhadap berbagai bahan kimia sehingga dapat digunakan sebagai lapisan pelindung pada permukaan tembaga.

Jadi, metode kami adalah memindahkan toner dari kertas ke permukaan kertas tembaga dan kemudian mengetsa papan dengan larutan khusus untuk membuat pola.

Karena kemudahan penggunaannya, metode ini tersebar luas di radio amatir. Jika Anda mengetik di Yandex atau Google cara mentransfer toner dari kertas ke papan, Anda akan langsung menemukan istilah seperti "LUT" - teknologi penyetrikaan laser. Papan yang menggunakan teknologi ini dibuat seperti ini: pola lintasan dicetak dalam versi cermin, kertas diaplikasikan pada papan dengan pola pada tembaga, bagian atas kertas ini disetrika, toner melunak dan menempel pada papan. papan. Kertas tersebut kemudian direndam dalam air dan papan siap.

Ada “sejuta” artikel di Internet tentang cara membuat papan menggunakan teknologi ini. Namun teknologi ini mempunyai banyak kekurangan sehingga memerlukan penanganan langsung dan waktu yang sangat lama untuk beradaptasi. Artinya, Anda perlu merasakannya. Pembayarannya tidak keluar pada kali pertama, melainkan keluar setiap saat. Ada banyak perbaikan - penggunaan laminator (dengan modifikasi - yang biasa tidak memiliki suhu yang cukup), yang memungkinkan Anda mencapai hasil yang sangat baik. Bahkan ada metode untuk membuat alat pengepres panas khusus, tetapi semua ini memerlukan peralatan khusus. Kerugian utama dari teknologi LUT:

kepanasan - jejaknya menyebar - menjadi lebih lebar

terlalu panas - bekasnya tetap menempel di kertas

kertasnya “digoreng” ke papan - meski basah sulit dilepas - akibatnya toner bisa rusak. Ada banyak informasi di Internet tentang kertas mana yang harus dipilih.

Toner berpori - setelah kertas dikeluarkan, pori-pori mikro tetap berada di dalam toner - melaluinya papan juga tergores - diperoleh jalur yang terkorosi

pengulangan hasil - hari ini sangat baik, besok buruk, lalu baik - sangat sulit untuk mencapai hasil yang stabil - Anda memerlukan suhu yang sangat konstan untuk memanaskan toner, Anda memerlukan tekanan kontak yang stabil di papan.

Ngomong-ngomong, saya tidak bisa membuat papan menggunakan metode ini. Saya mencoba melakukannya di majalah dan kertas berlapis. Akibatnya, saya bahkan merusak papannya - tembaganya membengkak karena terlalu panas.

Untuk beberapa alasan, hanya ada sedikit informasi di Internet tentang metode transfer toner lainnya - metode transfer bahan kimia dingin. Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa toner tidak larut dalam alkohol, tetapi larut dalam aseton. Alhasil, jika Anda memilih campuran aseton dan alkohol yang hanya akan melembutkan toner, maka toner tersebut bisa “direkatkan kembali” ke papan kertas. Saya sangat menyukai metode ini dan langsung membuahkan hasil - papan pertama sudah siap. Namun, ternyata kemudian, saya tidak dapat menemukan informasi detail di mana pun yang dapat memberikan hasil 100%. Kita memerlukan metode yang bahkan seorang anak pun dapat membuat papan tersebut. Tapi kedua kalinya tidak berhasil membuat papannya, lagi-lagi butuh waktu lama untuk memilih bahan-bahan yang diperlukan.

Hasilnya, setelah banyak usaha, serangkaian tindakan dikembangkan, semua komponen dipilih yang memberikan, jika tidak 100%, maka 95% hasil yang baik. Dan yang terpenting, prosesnya sangat sederhana sehingga anak dapat membuat papan itu sendiri sepenuhnya. Ini adalah metode yang akan kami gunakan. (tentu saja, Anda dapat terus membawanya ke ideal - jika Anda melakukannya lebih baik, maka tulislah). Keuntungan dari metode ini:

semua reagen tidak mahal, mudah diakses, dan aman

tidak diperlukan alat tambahan (setrika, lampu, laminator - tidak ada, meskipun tidak - Anda memerlukan panci)

tidak ada cara untuk merusak papan - papan tidak memanas sama sekali

kertasnya lepas sendiri - anda bisa melihat hasil transfer toner - dimana transfernya tidak keluar

tidak ada pori-pori di toner (ditutup dengan kertas) - oleh karena itu, tidak ada mordan

kami melakukan 1-2-3-4-5 dan kami selalu mendapatkan hasil yang sama - pengulangan hampir 100%

Sebelum kita mulai, mari kita lihat papan apa yang kita butuhkan dan apa yang bisa kita lakukan di rumah dengan menggunakan metode ini.

Persyaratan dasar untuk papan yang diproduksi

Kami akan membuat perangkat pada mikrokontroler, menggunakan sensor dan sirkuit mikro modern. Microchip semakin kecil dan kecil. Oleh karena itu, persyaratan dewan berikut harus dipenuhi:

papan harus bersisi ganda (sebagai aturan, sangat sulit untuk menyambungkan papan satu sisi, membuat papan empat lapis di rumah cukup sulit, mikrokontroler memerlukan lapisan tanah untuk melindungi dari gangguan)

tebal trek harus 0,2 mm - ukuran ini cukup - 0,1 mm akan lebih baik - tetapi ada kemungkinan tergores dan trek terlepas saat menyolder

jarak antar trek adalah 0,2 mm - ini cukup untuk hampir semua sirkuit. Mengurangi jarak menjadi 0,1 mm penuh dengan penggabungan trek dan kesulitan dalam memantau papan untuk mengetahui adanya korsleting.

Kami tidak akan menggunakan masker pelindung, kami juga tidak akan melakukan sablon sutra - ini akan mempersulit produksi, dan jika Anda membuat papan sendiri, maka hal ini tidak diperlukan. Sekali lagi, ada banyak informasi tentang topik ini di Internet, dan jika mau, Anda dapat melakukan “maraton” sendiri.

Kami tidak akan melapisi papannya, ini juga tidak perlu (kecuali Anda membuat perangkat selama 100 tahun). Untuk perlindungan kita akan menggunakan pernis. Tujuan utama kami adalah membuat papan untuk perangkat di rumah dengan cepat, efisien, dan murah.

Seperti inilah tampilan papan yang sudah jadi. dibuat dengan metode kami - trek 0,25 dan 0,3, jarak 0,2

Cara membuat papan dua sisi dari 2 papan satu sisi

Salah satu tantangan dalam membuat papan dua sisi adalah menyelaraskan sisi-sisinya sehingga vias sejajar. Biasanya “sandwich” dibuat untuk ini. Dua sisi dicetak pada selembar kertas sekaligus. Lembarannya dilipat menjadi dua, dan sisi-sisinya disejajarkan secara akurat menggunakan tanda khusus. Textolite dua sisi ditempatkan di dalam. Dengan metode LUT, sandwich seperti itu disetrika dan diperoleh papan dua sisi.

Namun pada metode cold toner transfer, perpindahannya sendiri dilakukan dengan menggunakan cairan. Oleh karena itu sangat sulit untuk mengatur proses pembasahan satu sisi secara bersamaan dengan sisi lainnya. Hal ini tentu saja juga bisa dilakukan, tetapi dengan bantuan perangkat khusus- tekan mini (wakil). Lembaran kertas tebal diambil - yang menyerap cairan untuk mentransfer toner. Seprai dibasahi agar cairan tidak menetes dan lembaran tetap mempertahankan bentuknya. Dan kemudian "sandwich" dibuat - lembaran yang dibasahi, selembar kertas toilet untuk menyerap kelebihan cairan, selembar kertas dengan gambar, papan dua sisi, selembar kertas dengan gambar, selembar kertas toilet, lembaran yang dibasahi lagi. Semua ini dijepit secara vertikal dengan cara yang buruk. Tapi kami tidak akan melakukan itu, kami akan melakukannya dengan lebih sederhana.

Ide yang sangat bagus muncul di forum pembuatan papan - betapa sulitnya membuat papan dua sisi - ambil pisau dan potong PCB menjadi dua. Karena fiberglass adalah bahan berlapis, hal ini tidak sulit dilakukan dengan keahlian tertentu:

Hasilnya, dari satu papan dua sisi setebal 1,5 mm kami mendapatkan dua bagian satu sisi.

Selanjutnya kita membuat dua papan, mengebornya dan hanya itu - keduanya sejajar sempurna. Tidak selalu mungkin untuk memotong PCB secara merata, dan pada akhirnya muncul ide untuk menggunakan PCB satu sisi tipis dengan ketebalan 0,8 mm. Kedua bagian tersebut tidak perlu direkatkan; keduanya akan ditahan oleh jumper yang disolder pada vias, tombol, dan konektor. Namun jika perlu, Anda bisa merekatkannya dengan lem epoksi tanpa masalah.

Keuntungan utama dari pendakian ini:

Textolite dengan ketebalan 0,8 mm mudah dipotong dengan gunting kertas! Bentuknya apapun, sangat mudah dipotong agar pas dengan badan.

PCB tipis - transparan - dengan menyorotkan senter dari bawah, Anda dapat dengan mudah memeriksa kebenaran semua trek, korsleting, putus.

Menyolder satu sisi lebih mudah - komponen di sisi lain tidak mengganggu dan Anda dapat dengan mudah mengontrol penyolderan pin sirkuit mikro - Anda dapat menghubungkan sisi-sisinya di bagian paling akhir

Anda perlu mengebor lubang dua kali lebih banyak dan lubangnya mungkin sedikit tidak cocok

Kekakuan struktur sedikit hilang jika Anda tidak merekatkan papan, tetapi perekatan sangat tidak nyaman

Sulit untuk membeli laminasi fiberglass satu sisi dengan ketebalan 0,8 mm, kebanyakan orang menjual 1,5 mm, tetapi jika Anda tidak bisa mendapatkannya, Anda dapat memotong textolite yang lebih tebal dengan pisau.

Mari beralih ke detailnya.

Alat dan bahan kimia yang diperlukan

Kami membutuhkan bahan-bahan berikut:

Sekarang kita sudah memiliki semuanya, mari kita lakukan langkah demi langkah.

1. Tata letak lapisan papan pada selembar kertas untuk dicetak menggunakan InkScape

Set collet otomatis:

Kami merekomendasikan opsi pertama - lebih murah. Selanjutnya, Anda perlu menyolder kabel dan sakelar (sebaiknya tombol) ke motor. Tombol sebaiknya diletakkan di badan agar lebih nyaman menghidupkan dan mematikan motor dengan cepat. Yang tersisa hanyalah memilih catu daya, Anda dapat mengambil catu daya apa pun dengan arus 7-12V 1A (lebih sedikit mungkin), jika tidak ada catu daya seperti itu, maka pengisian USB pada 1-2A atau baterai Krona mungkin cocok (Anda hanya perlu mencobanya - tidak semua orang suka mengisi daya motor, motor mungkin tidak dapat hidup).

Bor sudah siap, Anda bisa mengebor. Namun Anda hanya perlu mengebor dengan ketat pada sudut 90 derajat. Anda dapat membuat mesin mini - ada berbagai skema di Internet:

Namun ada solusi yang lebih sederhana.

jig pengeboran

Untuk mengebor tepat 90 derajat, cukup membuat jig pengeboran. Kami akan melakukan sesuatu seperti ini:

Cara membuatnya sangat mudah. Ambil selembar plastik apa saja. Kami menempatkan bor kami di atas meja atau permukaan datar lainnya. Dan bor lubang pada plastik menggunakan bor yang diperlukan. Penting untuk memastikan pergerakan bor secara horizontal. Anda bisa menyandarkan motor ke dinding atau rel dan plastiknya juga. Selanjutnya, gunakan bor besar untuk mengebor lubang collet. Dari sisi sebaliknya, bor atau potong sepotong plastik agar bor terlihat. Anda dapat merekatkan permukaan anti selip ke bawah - kertas atau karet gelang. Jig seperti itu harus dibuat untuk setiap latihan. Ini akan memastikan pengeboran yang sangat akurat!

Opsi ini juga cocok, potong sebagian plastik di atas dan potong sudut dari bawah.

Berikut cara mengebornya:

Kami menjepit bor sehingga menonjol 2-3 mm saat collet terendam sepenuhnya. Kami meletakkan bor di tempat yang ingin kami bor (saat mengetsa papan, kami akan memiliki tanda tempat mengebor dalam bentuk lubang mini di tembaga - di Kicad kami secara khusus memberi tanda centang untuk ini, sehingga bor akan berdiri sendiri di sana), tekan jig dan nyalakan motor - lubang sudah siap. Untuk penerangan, Anda bisa menggunakan senter dengan meletakkannya di atas meja.

Seperti yang kami tulis sebelumnya, Anda hanya dapat mengebor lubang di satu sisi - di tempat yang sesuai dengan trek - bagian kedua dapat dibor tanpa jig di sepanjang lubang pemandu pertama. Ini menghemat sedikit usaha.

8. Melapisi papan

Mengapa papan diberi timah - terutama untuk melindungi tembaga dari korosi. Kerugian utama dari tinning adalah papan terlalu panas dan kemungkinan kerusakan pada trek. Jika Anda tidak memiliki stasiun solder, jangan gunakan papan timah! Jika ya, maka risikonya minimal.

Anda dapat melapisi papan dengan paduan ROSE dalam air mendidih, tetapi biayanya mahal dan sulit diperoleh. Lebih baik timah dengan solder biasa. Untuk melakukan ini secara efisien, Anda perlu membuat perangkat sederhana dengan lapisan yang sangat tipis. Kami mengambil sepotong kepang untuk menyolder bagian dan meletakkannya di ujungnya, mengencangkannya ke ujung dengan kawat agar tidak lepas:

Kami menutupi papan dengan fluks - misalnya LTI120 dan jalinan juga. Sekarang kita memasukkan timah ke dalam kepang dan memindahkannya di sepanjang papan (mengecatnya) - kita mendapatkan hasil yang luar biasa. Namun saat Anda menggunakan jalinan, jalinan tersebut akan terlepas dan bulu tembaga mulai tertinggal di papan - harus dilepas, jika tidak maka akan terjadi korsleting! Anda dapat melihatnya dengan sangat mudah dengan menyorotkan senter di bagian belakang papan. Dengan metode ini, sebaiknya gunakan besi solder yang kuat (60 watt) atau paduan ROSE.

Akibatnya, lebih baik tidak melapisi papan, tetapi memolesnya di bagian paling akhir - misalnya, PLASTIK 70, atau pernis akrilik sederhana yang dibeli dari suku cadang mobil KU-9004:

Penyempurnaan metode transfer toner

Ada dua poin dalam metode ini yang dapat disesuaikan dan mungkin tidak langsung berfungsi. Untuk mengkonfigurasinya, Anda perlu membuat papan uji di Kicad, trek dalam spiral persegi dengan ketebalan berbeda, dari 0,3 hingga 0,1 mm dan dengan interval berbeda, dari 0,3 hingga 0,1 mm. Sebaiknya segera cetak beberapa sampel tersebut dalam satu lembar dan lakukan penyesuaian.

Kemungkinan masalah yang akan kami perbaiki:

1) trek dapat mengubah geometri - menyebar, menjadi lebih lebar, biasanya sangat kecil, hingga 0,1 mm - tetapi ini tidak bagus

2) toner mungkin tidak menempel dengan baik pada papan, lepas saat kertas dikeluarkan, atau tidak menempel dengan baik pada papan

Masalah pertama dan kedua saling berhubungan. Saya menyelesaikan yang pertama, Anda datang ke yang kedua. Kita perlu menemukan kompromi.

Jejak dapat menyebar karena dua alasan - terlalu banyak tekanan, terlalu banyak aseton dalam cairan yang dihasilkan. Pertama-tama, Anda perlu mencoba mengurangi beban. Beban minimumnya sekitar 800g, tidak boleh dikurangi lebih rendah. Oleh karena itu, kami menempatkan beban tanpa tekanan apa pun - kami hanya meletakkannya di atas dan hanya itu. Harus ada 2-3 lapis tisu toilet untuk memastikan penyerapan larutan berlebih dengan baik. Anda harus memastikan bahwa setelah menghilangkan beban, kertas harus berwarna putih, tanpa noda ungu. Noda seperti itu menandakan toner meleleh parah. Jika Anda tidak dapat menyesuaikannya dengan beban dan jejaknya masih kabur, tingkatkan proporsi penghapus cat kuku dalam larutan. Anda bisa menambahnya menjadi 3 bagian cairan dan 1 bagian aseton.

Masalah kedua, jika tidak ada pelanggaran geometri, menunjukkan berat beban yang tidak mencukupi atau jumlah aseton yang sedikit. Sekali lagi, ada baiknya memulai dengan beban. Lebih dari 3 kg tidak masuk akal. Jika toner masih tidak menempel dengan baik pada papan, Anda perlu menambah jumlah aseton.

Masalah ini terutama terjadi saat Anda mengganti penghapus cat kuku. Sayangnya, ini bukan komponen permanen atau murni, namun tidak memungkinkan untuk diganti dengan yang lain. Saya coba menggantinya dengan alkohol, namun ternyata campurannya tidak homogen dan tonernya menempel di beberapa bagian. Selain itu, penghapus cat kuku mungkin mengandung aseton, sehingga jumlah yang dibutuhkan lebih sedikit. Secara umum, Anda perlu melakukan penyetelan seperti itu satu kali hingga cairannya habis.

Papan sudah siap

Jika Anda tidak segera menyolder papan, papan itu harus dilindungi. Cara termudah untuk melakukannya adalah dengan melapisinya dengan fluks rosin alkohol. Sebelum menyolder, lapisan ini perlu dihilangkan, misalnya dengan isopropil alkohol.

Pilihan alternatif

Anda juga bisa membuat papan:

Selain itu, layanan pembuatan papan khusus kini mulai populer - misalnya Easy EDA. Jika Anda membutuhkan papan yang lebih kompleks (misalnya papan 4 lapis), maka ini adalah satu-satunya jalan keluar.

Untuk membuat papan sirkuit tercetak, kita perlu memilih bahan berikut: bahan untuk dasar dielektrik papan sirkuit tercetak, bahan untuk konduktor tercetak, dan bahan untuk lapisan pelindung terhadap kelembapan. Pertama kita akan menentukan bahan dasar dielektrik PCB.

Ada berbagai macam laminasi foil tembaga. Mereka dapat dibagi menjadi dua kelompok:

- di kertas;

– berbahan dasar fiberglass.

Bahan-bahan ini berbentuk lembaran-lembaran kaku yang dibentuk dari beberapa lapis kertas atau fiberglass, diikat menjadi satu dengan bahan pengikat dengan cara pengepresan panas. Pengikatnya biasanya resin fenolik untuk kertas atau epoksi untuk fiberglass. Dalam beberapa kasus, poliester, resin silikon atau fluoroplastik. Laminasi ditutupi pada satu atau kedua sisinya dengan kertas tembaga dengan ketebalan standar.

Karakteristik papan sirkuit cetak jadi bergantung pada kombinasi spesifik bahan sumber, serta teknologi, termasuk pemrosesan mekanis papan.

Tergantung pada bahan dasar dan impregnasinya, ada beberapa jenis bahan untuk dasar dielektrik papan sirkuit tercetak.

Getinax fenolik adalah bahan dasar kertas yang diresapi dengan resin fenolik. Papan Getinaks ditujukan untuk digunakan pada peralatan rumah tangga karena harganya yang sangat murah.

Epoxy getinax adalah bahan dengan dasar kertas yang sama, tetapi diresapi dengan resin epoksi.

Fiberglass epoksi adalah bahan berbahan dasar fiberglass yang diresapi dengan resin epoksi. Bahan ini memadukan kekuatan mekanik yang tinggi dan sifat listrik yang baik.

Kekuatan lentur dan kekuatan benturan papan sirkuit cetak harus cukup tinggi sehingga papan tersebut dapat memuat komponen berat yang terpasang di atasnya tanpa kerusakan.

Biasanya, laminasi fenolik dan epoksi tidak digunakan pada papan dengan lubang logam. Di papan seperti itu, lapisan tipis tembaga diaplikasikan ke dinding lubang. Karena koefisien suhu ekspansi tembaga adalah 6-12 kali lebih kecil dibandingkan dengan fenolik getinax, terdapat risiko tertentu terjadinya retakan pada lapisan logam pada dinding lubang selama guncangan termal di mana papan sirkuit tercetak terkena dalam a mesin solder kelompok.

Retakan pada lapisan logam pada dinding lubang secara tajam mengurangi keandalan sambungan. Dalam hal menggunakan laminasi fiberglass epoksi, rasio koefisien muai suhu kira-kira sama dengan tiga, dan risiko retak pada lubang cukup kecil.

Dari perbandingan karakteristik alas dapat disimpulkan bahwa dalam segala hal (kecuali biaya) alas yang terbuat dari laminasi fiberglass epoksi lebih unggul daripada alas yang terbuat dari getinax. Papan sirkuit tercetak yang terbuat dari laminasi fiberglass epoksi memiliki ciri deformasi yang lebih sedikit dibandingkan papan sirkuit tercetak yang terbuat dari fenolik dan epoksi getinax; yang terakhir memiliki tingkat deformasi sepuluh kali lebih besar dari fiberglass.

Beberapa karakteristik berbagai jenis laminasi disajikan pada Tabel 4.

Tabel 4 - Karakteristik berbagai jenis laminasi

Membandingkan karakteristik ini, kami menyimpulkan bahwa hanya fiberglass epoksi yang boleh digunakan untuk pembuatan papan sirkuit cetak dua sisi. Dalam proyek kursus ini, laminasi fiberglass grade SF-2-35-1.5 dipilih.

Foil yang digunakan untuk menggagalkan dasar dielektrik dapat berupa foil tembaga, aluminium atau nikel. Namun, aluminium foil lebih rendah daripada tembaga, karena sulit untuk disolder, sedangkan nikel foil memilikinya harga tinggi. Oleh karena itu, kami memilih tembaga sebagai foilnya.

Foil tembaga tersedia dalam berbagai ketebalan. Ketebalan foil standar untuk penggunaan paling luas adalah 17,5; 35; 50; 70; 105 mikron. Selama pengetsaan tembaga sepanjang ketebalan, pengetsaan juga bekerja pada kertas tembaga dari tepi samping di bawah photoresist, menyebabkan apa yang disebut “pengetsaan”. Untuk menguranginya, biasanya digunakan foil tembaga yang lebih tipis dengan ketebalan 35 dan 17,5 mikron. Oleh karena itu, kami memilih foil tembaga dengan ketebalan 35 mikron.

1.7 Memilih metode pembuatan PCB

Semua proses pembuatan papan sirkuit cetak dapat dibagi menjadi subtraktif dan semi-aditif.

Proses subtraktif ( pengurangan-kurangi) memperoleh pola konduktif melibatkan penghilangan bagian foil konduktif secara selektif dengan cara mengetsa.

Proses aditif (tambahan-tambahkan) - dalam pengendapan selektif bahan konduktif ke bahan dasar non-foil.

Proses semi-aditif melibatkan penerapan awal lapisan konduktif tipis (tambahan), yang kemudian dihilangkan dari area celah.

Sesuai dengan GOST 23751 - 86, desain papan sirkuit tercetak harus dilakukan dengan mempertimbangkan metode pembuatan berikut:

– bahan kimia untuk GPC

– gabungan positif untuk DPP

Metalisasi lubang tembus untuk MPP

Dengan demikian, papan sirkuit cetak ini, yang dikembangkan dalam proyek kursus, akan diproduksi berdasarkan dielektrik foil dua sisi menggunakan metode gabungan positif. Metode ini memungkinkan diperolehnya konduktor dengan lebar hingga 0,25 mm. Pola konduktif diperoleh dengan menggunakan metode subtraktif.

2 PERHITUNGAN ELEMEN POLA KONDUKSI

2.1 Perhitungan diameter lubang pemasangan

Perhitungan struktural dan teknologi papan sirkuit cetak dilakukan dengan mempertimbangkan kesalahan produksi dalam desain elemen konduktif, photomask, pangkalan, pengeboran, dll. Batasi nilai Parameter utama perkabelan tercetak, yang dapat disediakan selama desain dan produksi untuk lima kelas kepadatan pemasangan, diberikan pada Tabel 4.

Tabel 4 – Nilai batas parameter utama kabel tercetak

Tabel tersebut menunjukkan:

t – lebar konduktor;

S – jarak antara konduktor, bantalan kontak, konduktor dan bantalan kontak atau konduktor dan lubang logam;

b – jarak dari tepi lubang yang dibor ke tepi bantalan kontak lubang ini (sabuk jaminan);

g – rasio diameter minimum lubang logam dengan ketebalan papan.

Dimensi yang dipilih sesuai Tabel 1 harus dikoordinasikan dengan kemampuan teknologi produksi tertentu.

Nilai batas parameter teknologi elemen struktural papan sirkuit cetak (Tabel 5) diperoleh sebagai hasil analisis data produksi dan studi eksperimental tentang keakuratan operasi individu.

Tabel 5 – Nilai batas parameter proses

Lanjutan tabel 5

Diameter minimum lubang logam (melalui):

d min V H dihitung ´ g = 1,5 ´ 0,33 = 0,495 mm;

di mana g = 0,33 adalah kerapatan sirkuit tercetak untuk kelas akurasi ketiga.

H dihitung – ketebalan dielektrik foil papan.

Papan sirkuit tercetak (dalam bahasa Inggris PCB - papan sirkuit tercetak)- pelat yang terbuat dari dielektrik yang dibentuk (biasanya dengan metode pencetakan) paling sedikit satu rangkaian penghantar listrik (rangkaian elektronik). Papan sirkuit tercetak dirancang untuk sambungan listrik dan mekanis berbagai komponen elektronik atau sambungan komponen elektronik individual. Komponen elektronik pada papan sirkuit tercetak dihubungkan pada pinnya ke elemen pola konduktif, biasanya dengan menyolder, atau membungkus, atau memukau, atau menekan, sehingga modul elektronik (atau papan sirkuit tercetak rakitan) dirakit.

Jenis papan

Tergantung pada jumlah lapisan dengan pola konduktif listrik, papan sirkuit tercetak dibagi menjadi satu sisi, dua sisi, dan multilayer.
Tidak seperti pemasangan di permukaan, pada papan sirkuit tercetak, pola konduktif listrik dibuat dari foil menggunakan metode aditif atau subtraktif. Dalam metode aditif, pola konduktif dibentuk pada bahan non-foil, biasanya dengan pelapisan tembaga kimia melalui masker pelindung yang sebelumnya diaplikasikan pada bahan tersebut. Dalam metode subtraktif, pola konduktif dibentuk pada bahan foil dengan menghilangkan bagian foil yang tidak perlu, biasanya menggunakan etsa kimia.

Papan sirkuit tercetak biasanya berisi lubang dan bantalan pemasangan, yang juga dapat dilapisi dengan lapisan pelindung: paduan timah-timah, timah, emas, perak, lapisan pelindung organik. Selain itu, papan sirkuit tercetak memiliki saluran untuk sambungan listrik pada lapisan papan dan lapisan insulasi eksternal (“ masker pelindung") yang menutupi permukaan papan yang tidak digunakan untuk bersentuhan dengan lapisan isolasi, penandaan biasanya diterapkan menggunakan sablon sutra, lebih jarang - dengan inkjet atau laser.

Jenis papan sirkuit tercetak

Berdasarkan jumlah lapisan bahan konduktif:
-Satu sisi
-Dua sisi
-Berlapis-lapis (MPP)

Dalam hal fleksibilitas:
-Keras
-Fleksibel

Menurut teknologi instalasi:
-Untuk pemasangan lubang
-Permukaan gunung

Setiap jenis papan sirkuit tercetak mungkin memiliki karakteristiknya sendiri, karena persyaratan untuk kondisi pengoperasian khusus (misalnya, rentang suhu yang diperluas) atau fitur aplikasi (misalnya, pada perangkat yang beroperasi pada frekuensi tinggi).

Bahan

Dasar dari papan sirkuit cetak adalah dielektrik, bahan yang paling umum digunakan adalah textolite, fiberglass, dan getinax.
Selain itu, dasar papan sirkuit tercetak dapat berupa dasar logam yang dilapisi dengan dielektrik (misalnya, aluminium anodisasi); lapisan tembaga pada trek diaplikasikan di atas dielektrik. Papan sirkuit tercetak tersebut digunakan dalam elektronika daya untuk menghilangkan panas secara efisien dari komponen elektronik. Dalam hal ini, dasar logam papan dipasang ke radiator.
Bahan yang digunakan untuk papan sirkuit cetak yang beroperasi dalam kisaran gelombang mikro dan pada suhu hingga 260 °C adalah fluoroplastik yang diperkuat dengan kain kaca (misalnya, FAF-4D) dan keramik. Papan sirkuit fleksibel terbuat dari bahan polimida seperti Kapton.

FR-4

Kelompok bahan dengan nama umum FR-4 menurut klasifikasi NEMA (National Electrical Produsen Association, USA). Bahan-bahan ini adalah yang paling umum untuk produksi DPP, MPP dan OPP dengan peningkatan persyaratan kekuatan mekanik. FR-4 merupakan material berbahan dasar fiberglass dengan resin epoxy sebagai bahan pengikatnya (fiberglass). Biasanya kusam kekuningan atau transparan, familiar warna hijau itu diberikan melalui masker solder yang diaplikasikan pada permukaan papan sirkuit tercetak. Kelas mudah terbakar UL94-V0.
Tergantung pada sifat dan penerapan FR-4
-standar, dengan suhu transisi gelas Tg ~130°C, s Pemblokiran UV(Pemblokiran UV) atau tanpa itu. Tipe yang paling umum dan banyak digunakan, juga merupakan tipe FR-4 yang paling murah;

Dengan suhu transisi gelas yang tinggi, Tg ~170°C-180°C;
-bebas halogen;
-dengan indeks pelacakan standar, CTI ≥400, ≥600;
- frekuensi tinggi, dengan konstanta dielektrik rendah ε ≤3,9 dan tangen rugi-rugi dielektrik kecil df ≤0,02.

CEM-3

Kelompok material CEM-3 menurut klasifikasi NEMA. Bahan komposit fiberglass-epoksi biasanya berwarna putih susu atau bening. Terdiri dari dua lapisan luar fiberglass, di antaranya ditempatkan serat kaca non-anyaman (fiberglass felt). Banyak digunakan dalam produksi papan serat metalisasi. Sifatnya sangat mirip dengan FR-4 dan berbeda, pada umumnya, hanya pada kekuatan mekanik yang lebih rendah. Ini adalah alternatif berbiaya rendah yang sangat baik untuk FR-4 untuk sebagian besar aplikasi. Pemrosesan mekanis yang sangat baik (penggilingan, stamping). Kelas mudah terbakar UL94-V0.
Tergantung pada properti dan ruang lingkup aplikasinya, CEM-3 dibagi menjadi beberapa subkelas berikut:
-standar, dengan atau tanpa pemblokiran UV;

CEM-1

Kelas material CEM-1 menurut klasifikasi NEMA. Ini bahan komposit dibuat di atas dasar kertas dengan dua lapisan fiberglass di bagian luar. Biasanya berwarna putih susu, kuning susu atau coklat kecoklatan. Tidak kompatibel dengan proses metalisasi lubang, sehingga hanya digunakan untuk produksi OPP. Sifat dielektrik mendekati FR-4, peralatan mekanis agak lebih buruk. CEM-1 adalah alternatif yang baik untuk FR-4 dalam produksi PCB satu sisi di mana biaya merupakan faktor penentu. Pemrosesan mekanis yang sangat baik (penggilingan, stamping). Kelas mudah terbakar UL94-V0.
Dibagi menjadi subkelas berikut:
-standar;
-suhu tinggi, kompatibel dengan teknologi timah dan penyolderan bebas timah;
-bebas halogen, tanpa fosfor dan antimon;
-dengan indeks pelacakan standar, CTI ≥600
-tahan lembab, dengan peningkatan stabilitas dimensi

FR-1/FR-2

Kelas material FR-1 dan FR-2 menurut klasifikasi NEMA. Bahan-bahan ini dibuat berdasarkan kertas fenolik dan hanya digunakan untuk produksi OPP. FR-1 dan FR-2 memiliki karakteristik yang hampir sama, FR-2 berbeda dengan FR-1 hanya pada penggunaan resin fenolik yang dimodifikasi dengan suhu transisi gelas yang lebih tinggi sebagai bahan pengikat. Karena karakteristik dan penerapan FR-1 dan FR-2 yang serupa, sebagian besar produsen material hanya memproduksi salah satu dari material ini, biasanya FR-2. Pemrosesan mekanis yang sangat baik (penggilingan, stamping). Murah. Kelas mudah terbakar UL94-V0 atau V1.
Dibagi menjadi subkelas berikut:
-standar;
-bebas halogen, tanpa fosfor dan antimon, tidak beracun;
-tahan lembab

PCB Selesai

Untuk menjaga kemampuan solder papan sirkuit tercetak setelah penyimpanan, memastikan pemasangan komponen elektronik yang andal, dan menjaga sifat sambungan yang disolder atau dilas selama pengoperasian, permukaan tembaga pada bantalan kontak papan sirkuit tercetak perlu dilindungi dengan permukaan yang dapat disolder. pelapisan, yang disebut pelapis akhir. Kami menawarkan kepada Anda berbagai macam pelapis akhir, yang memungkinkan Anda memilih satu atau bahkan beberapa pelapis secara optimal secara bersamaan dalam produksi papan sirkuit cetak Anda.

HAL atau HASL (dari Bahasa Inggris Hot Air Leveling atau Hot Air Solder Leveling - perataan udara panas) menggunakan solder berbahan dasar paduan timah-timah (Sn/Pb), misalnya OS61, OS63, dan perataan dengan pisau udara. Ini diterapkan pada tahap akhir pembuatan ke papan sirkuit cetak yang sudah terbentuk dengan masker solder diterapkan dengan mencelupkannya ke dalam bak leleh dan kemudian meratakan dan menghilangkan kelebihan solder menggunakan pisau udara. Lapisan ini adalah saat ini yang paling umum adalah yang klasik, paling terkenal dan telah digunakan sejak lama. Memberikan kemampuan solder yang sangat baik pada papan sirkuit tercetak bahkan setelah penyimpanan jangka panjang. Lapisan HAL berteknologi maju dan murah. Kompatibel dengan semua metode pemasangan dan penyolderan yang diketahui - manual, penyolderan gelombang, reflow dalam oven, dll. Kerugian dari jenis pelapis akhir ini termasuk adanya memimpin - salah satu logam paling beracun, dilarang untuk digunakan di Uni Eropa berdasarkan arahan RoHS (Restriction of Hazardous Substances Directives), dan juga fakta bahwa lapisan HAL tidak memenuhi kondisi kerataan bantalan kontak untuk memasang sirkuit mikro dengan a tingkat integrasi yang sangat tinggi. Lapisan ini tidak cocok untuk teknologi pengikatan kristal ke papan (COB - Chip on board) dan aplikasi ke kontak ujung (lamela).

HAL bebas timah - Opsi pelapisan HAL, tetapi menggunakan solder bebas timah, misalnya Sn100, Sn96.5/Ag3/Cu0.5, SnCuNi, SnAgNi. Lapisan ini sepenuhnya memenuhi persyaratan RoHS dan memiliki keamanan dan kemampuan solder yang sangat baik. Lapisan akhir ini diterapkan pada suhu yang lebih tinggi daripada HAL berbasis PIC, yang memberlakukan peningkatan persyaratan suhu pada bahan dasar papan sirkuit cetak dan komponen elektronik. Lapisan ini kompatibel dengan semua metode pemasangan dan penyolderan, baik menggunakan solder bebas timbal (yang paling direkomendasikan) maupun menggunakan solder timah-timah, namun memerlukan perhatian yang cermat terhadap kondisi suhu penyolderan. Dibandingkan dengan HAL berbasis Sn/Pb, pelapisan ini lebih mahal karena biaya solder bebas timbal yang lebih tinggi dan juga karena konsumsi energinya yang lebih tinggi.

Masalah utama dengan lapisan HAL , adalah ketidakrataan yang signifikan pada ketebalan lapisan. Masalahnya sangat akut untuk komponen dengan pin pitch kecil, seperti QFP dengan pitch 0,5 mm atau kurang, BGA dengan pitch 0,8 mm atau kurang. Ketebalan lapisan dapat bervariasi dari 0,5 mikron hingga 40 mikron, tergantung pada dimensi geometris bantalan kontak dan dampak pisau udara yang tidak merata. Selain itu, akibat kejutan termal saat menerapkan HASL, papan sirkuit tercetak dapat melengkung dalam bentuk defleksi/torsi. Hal ini terutama berlaku untuk papan dengan ketebalan<1,0 мм и для плат с несимметричным стеком слоев, несбалансированных по меди, имеющих несимметричные по слоям сплошные медные заливки, ряды металлизированных отверстий, а также для бессвинцового покрытия.

Emas perendaman (ENIG - Electroless Nickel/Immersion Gold) - pelapis dari keluarga Ni/Au. Ketebalan lapisan: Ni 3-7 mikron, Au 0,05-0,1 mikron. Diterapkan secara kimia melalui jendela dalam masker solder. Lapisan bebas timah yang tersedia secara luas yang memberikan bantalan datar, kemampuan solder yang baik, konduktivitas permukaan bantalan yang tinggi, dan umur simpan yang lama. Ideal untuk komponen nada halus dan pengujian dalam sirkuit. Lapisan ini sepenuhnya memenuhi persyaratan RoHS. Kompatibel dengan semua metode pemasangan dan penyolderan. Lebih mahal dibandingkan HASL.

Ada banyak produsen bahan kimia untuk mengaplikasikan emas imersi, dan teknologi penerapannya bervariasi dari satu produsen bahan kimia ke produsen bahan kimia lainnya. Hasil akhirnya juga tergantung pada pilihan bahan kimia dan proses pengaplikasiannya. Beberapa bahan kimia mungkin tidak kompatibel dengan jenis masker solder tertentu. Jenis pelapis ini rentan terhadap pembentukan dua jenis cacat kritis - “bantalan hitam” (bantalan hitam, permukaan bantalan tidak dibasahi dengan solder) dan retak di bawah beban mekanis atau termal (retakan terjadi antara nikel dan lapisan tembaga, sepanjang lapisan intermetalik). Selain itu, saat mengaplikasikan pelapisan, jumlah emas harus dikontrol untuk mencegah kerapuhan sambungan solder. Kepatuhan yang tepat terhadap teknologi penerapan emas imersi dan penggantian larutan yang tepat waktu menjamin kualitas lapisan dan tidak adanya cacat pada bantalan hitam. Untuk mencegah retak akibat beban mekanis, disarankan untuk menambah ketebalan papan sirkuit tercetak menjadi 2,0 mm atau lebih bila menggunakan paket BGA yang lebih besar dari 25x25 mm atau bila ukuran papan lebih dari 250 mm. Meningkatkan ketebalan papan mengurangi tekanan mekanis pada komponen saat papan tertekuk.

Jari Emas - lapisan keluarga Ni/Au. Ketebalan lapisan: Ni 3-5 mikron, Au 0,5-1,5 mikron. Diterapkan dengan pengendapan elektrokimia (electroplating). Digunakan untuk aplikasi untuk mengakhiri kontak dan lamela. Ia memiliki kekuatan mekanik yang tinggi, ketahanan terhadap abrasi dan pengaruh lingkungan yang merugikan. Sangat diperlukan jika penting untuk memastikan kontak listrik yang andal dan tahan lama.

kaleng pencelupan - lapisan kimia yang memenuhi persyaratan RoHS dan memastikan kerataan tinggi pada papan sirkuit cetak. Lapisan teknologi kompatibel dengan semua metode penyolderan. Bertentangan dengan kesalahpahaman populer berdasarkan pengalaman menggunakan jenis pelapis yang sudah ketinggalan zaman, timah imersi memberikan kemampuan solder yang baik setelah periode penyimpanan yang cukup lama - jaminan umur simpan 6 bulan. (kemampuan solder lapisan bertahan hingga satu tahun atau lebih jika disimpan dengan benar). Pemeliharaan kemampuan solder yang baik dalam jangka waktu yang lama dipastikan dengan diperkenalkannya sublapisan organologam sebagai penghalang antara tembaga pada bantalan kontak dan timah itu sendiri. Sublapisan penghalang mencegah difusi timbal balik antara tembaga dan timah, pembentukan senyawa intermetalik dan rekristalisasi timah. Lapisan akhir dengan timah celup dengan sublapisan organologam, dengan ketebalan sekitar 1 mikron, memiliki permukaan yang halus dan rata, mempertahankan kemampuan solder dan kemungkinan penyolderan ulang beberapa kali bahkan setelah jangka waktu penyimpanan yang cukup lama.

OSP (dari Pengawet Kemampuan Solder Organik Bahasa Inggris) - sekelompok pelapis akhir organik yang diaplikasikan langsung pada bantalan tembaga dan memberikan perlindungan permukaan tembaga dari oksidasi selama penyimpanan dan penyolderan. Ketika nada komponen menurun, minat terhadap pelapis yang memberikan kerataan yang diperlukan, dan khususnya OSP, terus meningkat. DI DALAM Akhir-akhir ini Pelapisan OSP berkembang pesat, jenis pelapis telah muncul yang menyediakan penyolderan multi-lintasan tanpa oksidasi tembaga, bahkan dengan interval waktu yang cukup lama antar lintasan (hari). Perbedaan dibuat antara lapisan tipis, sekitar 0,01 mikron, dan lapisan yang relatif tebal, 0,2 - 0,5 mikron atau lebih. Untuk memastikan penyolderan dua atau multi-pass, pilihlah lapisan yang tebal. OSP menyediakan bantalan permukaan datar, bebas timbal dan sesuai RoHS dan, bila disimpan dan ditangani dengan benar, menyediakan sambungan solder yang sangat andal. Lapisan OSP tipis lebih murah dibandingkan HAL. Tebal - hampir sama dengan HAL.

Namun, OSP tidak memastikan bahwa ujung bantalan tembaga ditutupi dengan solder selama proses reflow. Aliran solder di atas permukaan lebih buruk dibandingkan dengan lapisan HASL. Oleh karena itu, saat mengoleskan pasta, lubang pada stensil harus dibuat berukuran sama dengan bantalan kontak. Jika tidak, tidak seluruh permukaan bantalan akan tertutup solder (walaupun cacat ini hanya bersifat kosmetik, keandalan sambungan tetap sangat baik). Permukaan tembaga yang tidak dilapisi solder akan teroksidasi seiring waktu, yang dapat berdampak buruk pada perbaikan. Ada juga masalah membasahi lubang logam selama penyolderan gelombang. Fluks dalam jumlah yang cukup besar harus diterapkan sebelum menyolder, fluks harus masuk ke dalam lubang sehingga solder membasahi lubang dari dalam dan membentuk fillet di bagian belakang papan. Kerugian dari lapisan ini juga meliputi: waktu penyimpanan yang singkat sebelum digunakan, ketidakcocokan dengan pelarut terpene, keterbatasan kemampuan pengujian untuk pengujian dalam sirkuit dan fungsional (yang sebagian diselesaikan dengan mengoleskan pasta solder ke titik pengujian). Jika Anda memilih OSP, kami merekomendasikan penggunaan pelapis ENTEK dari Enthone (ENTEK PLUS, ENTEK PLUS HT), karena pelapis tersebut memberikan kombinasi terbaik antara keterbasahan, keandalan sambungan, dan multi-pass.

Perkembangan

Mari kita lihat proses pengembangan umum untuk papan 1-2 lapis.
-Penentuan dimensi (tidak penting untuk papan tempat memotong roti).
-Pilihan ketebalan bahan papan dari berbagai standar:
-Bahan yang paling umum digunakan memiliki ketebalan 1,55 mm.
-Menggambar dimensi (tepi) papan dalam program CAD di lapisan BOARD.
-Lokasi komponen radio besar: konektor, dll. Biasanya terjadi di lapisan atas (TOP):
-Diasumsikan bahwa gambar setiap komponen, lokasi dan jumlah pin, dll. telah ditentukan (atau perpustakaan komponen yang sudah jadi digunakan).
“Menyebarkan” komponen yang tersisa ke seluruh lapisan atas, atau, lebih jarang, ke kedua lapisan untuk papan 2 sisi.
-Mulai pelacak. Jika hasilnya kurang memuaskan, komponen-komponen tersebut direposisi. Kedua langkah ini seringkali dilakukan puluhan atau ratusan kali berturut-turut.
Dalam beberapa kasus, penelusuran papan sirkuit tercetak (gambar trek) dilakukan secara manual seluruhnya atau sebagian.
-Memeriksa kesalahan papan (DRC, Pemeriksaan Aturan Desain): memeriksa celah, korsleting, komponen yang tumpang tindih, dll.
-Ekspor file ke format yang diterima oleh produsen PCB, seperti Gerber.

Manufaktur

Pembuatan papan sirkuit cetak biasanya mengacu pada pengolahan suatu benda kerja (bahan foil). Proses umumnya terdiri dari beberapa tahap: pengeboran vias, memperoleh pola konduktor dengan menghilangkan kelebihan kertas tembaga, melapisi lubang, menerapkan lapisan pelindung dan pelapisan, dan menerapkan penandaan.

Mendapatkan pola kawat

Dalam pembuatan papan sirkuit, metode kimia, elektrolitik, atau mekanis digunakan untuk mereproduksi pola konduktif yang diperlukan, serta kombinasinya.

Metode kimia

Metode kimia untuk pembuatan papan sirkuit cetak dari bahan foil jadi terdiri dari dua tahap utama: penerapan lapisan pelindung pada foil dan mengetsa area yang tidak terlindungi menggunakan metode kimia.

Dalam industri, lapisan pelindung diaplikasikan secara fotokimia menggunakan photoresist sensitif ultraviolet, photomask, dan sumber cahaya ultraviolet. Photoresist bisa berupa cairan atau film. Fotoresist cair diterapkan dalam kondisi industri karena sensitif terhadap ketidakpatuhan terhadap teknologi aplikasi. Film photoresist populer untuk papan sirkuit buatan tangan. Photomask adalah bahan transparan UV dengan pola lintasan tercetak di atasnya. Setelah paparan, photoresist dikembangkan dan disembuhkan seperti dalam proses fotografi konvensional.

Lapisan pelindung berupa pernis atau cat dapat diaplikasikan dengan cara sablon atau secara manual. Untuk membentuk topeng etsa pada kertas timah, amatir radio menggunakan transfer toner dari gambar yang dicetak pada printer laser (“teknologi besi laser”).

Foil yang tidak terlindungi kemudian digores dalam larutan besi klorida atau (lebih jarang) bahan kimia lain seperti tembaga sulfat. Setelah etsa, pola pelindung dibersihkan dari kertas timah.

Metode mekanis

Metode pembuatan mekanis melibatkan penggunaan mesin penggilingan dan pengukiran atau alat lain untuk menghilangkan lapisan foil secara mekanis dari area tertentu.
-Metalisasi lubang
-Lapisan

Kemungkinan pelapisan meliputi:
-Lapisan pernis pelindung (“masker solder”).
-Pelapis timah.
-Pelapisan foil dengan logam inert (pelapisan emas, palladisasi) dan pernis konduktif untuk meningkatkan sifat kontak.
-Penutup dekoratif dan informasi (pelabelan).

PCB multilapis

Papan sirkuit cetak multilayer (disingkat MPP[sumber?], papan sirkuit cetak multilayer bahasa Inggris) digunakan dalam kasus di mana pengkabelan sambungan pada papan dua sisi menjadi terlalu rumit. Ketika kompleksitas perangkat yang dirancang dan kepadatan pemasangan meningkat, jumlah lapisan pada papan meningkat.

Pada papan multilayer, lapisan luar (dan juga vias) digunakan untuk memasang komponen, dan lapisan dalam berisi interkoneksi atau rencana daya padat (poligon). Via logam digunakan untuk menghubungkan konduktor antar lapisan. Dalam pembuatan papan sirkuit cetak multilayer, lapisan dalam dibuat terlebih dahulu, yang kemudian direkatkan melalui bantalan perekat khusus (prepreg). Selanjutnya, pengepresan, pengeboran dan metalisasi lubang tembus dilakukan.

Desain PCB Multilapis

Mari kita pertimbangkan desain khas papan multilayer (Gbr. 1). Pada varian pertama, yang paling umum, lapisan dalam papan dibentuk dari fiberglass berlapis tembaga dua sisi, yang disebut "inti". Lapisan luar terbuat dari foil tembaga, ditekan dengan lapisan dalam menggunakan bahan pengikat - bahan resin yang disebut "prepreg". Setelah ditekan pada suhu tinggi, "kue" dari papan sirkuit cetak multilayer terbentuk, di mana lubang kemudian dibor dan diberi logam. Pilihan kedua kurang umum, ketika lapisan luar dibentuk dari “inti” yang disatukan dengan prepreg. Ini adalah deskripsi yang disederhanakan; ada banyak desain lain berdasarkan opsi ini. Namun prinsip dasarnya adalah prepreg berperan sebagai bahan pengikat antar lapisan. Jelasnya, tidak mungkin ada situasi di mana dua "inti" dua sisi berdekatan tanpa penjarak prepreg, tetapi struktur foil-prepreg-foil-prepreg... dll. dimungkinkan, dan sering digunakan pada papan dengan kombinasi kompleks dari lubang buta dan tersembunyi.

Lubang buta dan tersembunyi

Syarat " lubang buta berarti transisi yang menghubungkan lapisan luar dengan lapisan dalam terdekat dan tidak memiliki akses ke lapisan luar kedua. Berasal dari kata bahasa Inggris blind, dan mirip dengan istilah "blind hole". Tersembunyi, atau terkubur (dari bahasa Inggris terkubur), lubang dibuat di lapisan dalam dan tidak ada jalan keluar ke luar. Pilihan paling sederhana untuk lubang buta dan lubang tersembunyi ditunjukkan pada Gambar. 2. Penggunaannya dibenarkan dalam kasus perkabelan yang sangat padat atau untuk papan yang sangat jenuh dengan komponen planar di kedua sisi. Kehadiran lubang-lubang ini meningkatkan biaya papan dari satu setengah hingga beberapa kali lipat, tetapi dalam banyak kasus, terutama ketika merutekan sirkuit mikro dalam paket BGA dengan nada kecil, Anda tidak dapat melakukannya tanpa lubang-lubang tersebut. Ada berbagai cara untuk membentuk vias tersebut, hal ini dibahas lebih rinci di bagian Papan dengan lubang buta dan tersembunyi, namun untuk saat ini mari kita lihat lebih dekat bahan dari mana papan multilayer dibuat.

Dielektrik dasar untuk papan sirkuit tercetak
Jenis dan parameter utama bahan yang digunakan untuk pembuatan MPP diberikan pada Tabel 1. Desain khas papan sirkuit cetak didasarkan pada penggunaan laminasi fiberglass standar tipe FR4, dengan suhu pengoperasian biasanya dari –50 hingga +110 ° C, suhu transisi (penghancuran) gelas Tg sekitar 135 °C. Konstanta dielektriknya Dk bisa berkisar antara 3,8 hingga 4,5, tergantung pada pemasok dan jenis bahan. Untuk meningkatkan persyaratan ketahanan panas atau saat memasang papan dalam oven menggunakan teknologi bebas timah (t hingga 260 °C), digunakan FR4 High Tg atau FR5 suhu tinggi. Ketika persyaratan untuk pengoperasian konstan pada suhu tinggi atau perubahan suhu mendadak diperlukan, polimida digunakan. Selain itu, polimida digunakan untuk pembuatan papan sirkuit dengan keandalan tinggi, untuk aplikasi militer, dan juga dalam kasus di mana diperlukan peningkatan kekuatan listrik. Untuk papan dengan sirkuit gelombang mikro (lebih dari 2 GHz), digunakan lapisan bahan gelombang mikro terpisah, atau seluruh papan terbuat dari bahan gelombang mikro (Gbr. 3). Pemasok paling terkenal bahan khusus- Perusahaan Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Biaya bahan-bahan ini lebih tinggi dari FR4 dan secara kasar ditunjukkan pada kolom terakhir Tabel 1 dibandingkan dengan biaya FR4. Contoh papan dengan berbagai jenis dielektrik ditunjukkan pada Gambar. 4, 5.

Ketebalan bahan
Mengetahui ketebalan material yang tersedia penting bagi seorang insinyur tidak hanya untuk menentukan ketebalan keseluruhan papan. Saat merancang MPP, pengembang dihadapkan pada tugas-tugas berikut:
- perhitungan hambatan gelombang konduktor di papan;
- perhitungan nilai isolasi tegangan tinggi interlayer;
- pemilihan struktur lubang buta dan tersembunyi.
Pilihan yang tersedia dan ketebalan berbagai bahan ditunjukkan pada tabel 2–6. Perlu diperhatikan bahwa toleransi ketebalan bahan biasanya mencapai ±10%, oleh karena itu toleransi ketebalan papan multilapis jadi tidak boleh kurang dari ±10%.

Tabel 2. “Inti” FR4 dua sisi untuk lapisan dalam papan sirkuit tercetak Ketebalan dielektrik dan ketebalan tembaga 5 µm 17 µm 35 µm 70 µm 105 µm
0,050 mm b/b
0,075 mm m z z
0,100 mm b/b
0,150 mm
0,200 mm m z z
0,250 mm
0,300mm
0,350 mm m z z
0,400 mm b/b
0,450mm
0,710 mm m z z
0,930 mm mz
1.000 mm w
Lebih dari 1 mm

Biasanya dalam stok;
h - Berdasarkan permintaan (tidak selalu tersedia)
m - Dapat diproduksi;
Catatan: untuk memastikan keandalan papan jadi, penting untuk diketahui bahwa untuk lapisan internal asing kami lebih suka menggunakan inti dengan foil 35 mikron daripada 18 mikron (bahkan dengan konduktor dan lebar celah 0,1 mm). Hal ini meningkatkan keandalan papan sirkuit cetak.
Konstanta dielektrik inti FR4 dapat berkisar antara 3,8 hingga 4,4 tergantung mereknya.

Pelapis bantalan PCB

Mari kita lihat jenis pelapis apa yang ada untuk bantalan tembaga. Paling sering, situs dilapisi dengan paduan timah-timah, atau PIC. Cara mengaplikasikan dan meratakan permukaan solder disebut HAL atau HASL (dari bahasa Inggris Hot Air Solder Leveling - meratakan solder dengan udara panas). Lapisan ini memberikan kemampuan solder terbaik pada bantalan. Namun, pelapis tersebut digantikan oleh pelapis yang lebih modern, biasanya sesuai dengan persyaratan arahan RoHS internasional. Arahan ini mensyaratkan pelarangan kehadiran zat berbahaya, termasuk timbal, dalam produk. Selama ini RoHS memang belum berlaku di wilayah negara kita, namun ada baiknya kita mengingat keberadaannya. Masalah yang terkait dengan RoHS akan dijelaskan di salah satu bagian selanjutnya, namun untuk saat ini mari kita lihat opsi yang memungkinkan untuk mencakup situs MPP. HASL digunakan di mana saja kecuali diperlukan lain. Pelapisan emas perendaman (kimia) digunakan untuk memberikan permukaan papan yang lebih halus (ini sangat penting untuk bantalan BGA), tetapi memiliki kemampuan solder yang sedikit lebih rendah. Penyolderan oven dilakukan menggunakan teknologi yang kira-kira sama dengan HASL, tetapi penyolderan tangan memerlukan penggunaan fluks khusus. Lapisan organik, atau OSP, melindungi permukaan tembaga dari oksidasi. Kerugiannya adalah umur simpan yang pendek (kurang dari 6 bulan). Timah perendaman memberikan permukaan yang halus dan kemampuan solder yang baik, meskipun umur soldernya juga terbatas. HAL bebas timbal memiliki sifat yang sama dengan HAL yang mengandung timbal, namun komposisi soldernya kira-kira 99,8% timah dan 0,2% aditif. Kontak konektor bilah, yang mengalami gesekan selama pengoperasian papan, dilapisi dengan lapisan emas yang lebih tebal dan kaku. Untuk kedua jenis penyepuhan, lapisan bawah nikel digunakan untuk mencegah difusi emas.

Pelindung dan jenis pelapis papan sirkuit cetak lainnya
Untuk melengkapi gambarannya, pertimbangkan tujuan fungsional dan bahan pelapis PCB.
- Masker solder - diaplikasikan pada permukaan papan untuk melindungi konduktor dari korsleting dan kotoran yang tidak disengaja, serta untuk melindungi laminasi fiberglass dari guncangan termal selama penyolderan. Masker tidak membawa beban fungsional lainnya dan tidak dapat berfungsi sebagai perlindungan terhadap kelembapan, jamur, kerusakan, dll. (kecuali jika jenis masker khusus digunakan).
- Penandaan - diterapkan pada papan dengan cat di atas topeng untuk menyederhanakan identifikasi papan itu sendiri dan komponen yang terletak di atasnya.
- Masker yang dapat dikupas - diterapkan pada area tertentu pada papan yang perlu dilindungi sementara, misalnya, dari penyolderan. Mudah untuk dihilangkan di kemudian hari, karena merupakan senyawa seperti karet dan mudah terkelupas.
- Lapisan kontak karbon - diterapkan pada area tertentu pada papan sebagai bidang kontak untuk keyboard. Lapisan ini memiliki konduktivitas yang baik, tidak teroksidasi dan tahan aus.
- Elemen resistif grafit - dapat diaplikasikan pada permukaan papan untuk menjalankan fungsi resistor. Sayangnya, keakuratan denominasinya rendah - tidak lebih akurat dari ±20% (dengan penyesuaian laser - hingga 5%).
- Jumper kontak perak - dapat diterapkan sebagai konduktor tambahan, menciptakan lapisan konduktif lain ketika tidak ada cukup ruang untuk perutean. Terutama digunakan untuk papan sirkuit cetak satu lapis dan dua sisi.

Kesimpulan
Pilihan bahannya banyak, namun sayangnya, seringkali ketika memproduksi papan sirkuit cetak seri kecil dan menengah, batu sandungannya adalah ketersediaan bahan yang diperlukan di gudang pabrik yang memproduksi MPP. Oleh karena itu, sebelum merancang MPP, terutama jika kita berbicara tentang membuat desain non-standar dan menggunakan bahan non-standar, perlu disepakati dengan produsen mengenai bahan dan ketebalan lapisan yang digunakan dalam MPP, dan mungkin memesan bahan-bahan tersebut. di muka.

Saat ini, sebagian besar sirkuit elektronik dibuat menggunakan papan sirkuit tercetak. Menggunakan teknologi manufaktur papan sirkuit cetak, komponen mikroelektronika prefabrikasi juga diproduksi - modul hybrid yang berisi komponen dengan berbagai tujuan fungsional dan tingkat integrasi. Papan sirkuit cetak multilayer dan komponen elektronik dengan tingkat integrasi yang tinggi memungkinkan pengurangan karakteristik berat dan ukuran komponen elektronik dan komputer. Sekarang papan sirkuit tercetak berusia lebih dari seratus tahun.

Papan sirkuit tercetak

Ini (dalam bahasa Inggris PCB - papan sirkuit tercetak)- pelat yang terbuat dari bahan isolasi listrik (getinax, textolite, fiberglass dan dielektrik serupa lainnya), pada permukaannya terdapat strip konduktif listrik tipis (konduktor tercetak) dengan bantalan kontak untuk menghubungkan elemen radio yang dipasang, termasuk modul dan sirkuit terpadu, entah bagaimana terapan. Kata-kata ini diambil kata demi kata dari Kamus Politeknik.

Ada rumusan yang lebih universal:

Papan sirkuit tercetak mengacu pada desain interkoneksi listrik tetap pada dasar isolasi.

Elemen struktural utama papan sirkuit tercetak adalah dasar dielektrik (kaku atau fleksibel) pada permukaan tempat konduktor berada. Basis dielektrik dan konduktor adalah elemen yang diperlukan dan cukup untuk papan sirkuit tercetak menjadi papan sirkuit tercetak. Untuk memasang komponen dan menghubungkannya ke konduktor, elemen tambahan digunakan: bantalan kontak, transisi logam dan lubang pemasangan, lamela konektor, area untuk pembuangan panas, permukaan pelindung dan pembawa arus, dll.

Peralihan ke papan sirkuit cetak menandai lompatan kualitatif dalam bidang desain peralatan elektronik. Papan sirkuit tercetak menggabungkan fungsi pembawa elemen radio dan sambungan listrik elemen tersebut. Fungsi terakhir tidak dapat dilakukan jika tingkat resistansi isolasi yang memadai tidak tersedia antara konduktor dan elemen konduktif lainnya dari papan sirkuit tercetak. Oleh karena itu, substrat PCB harus bertindak sebagai isolator.

Referensi sejarah

Selama tahun 1920-an dan 1930-an, banyak paten dikeluarkan untuk desain papan sirkuit cetak dan metode pembuatannya. Metode pertama pembuatan papan sirkuit cetak sebagian besar masih bersifat aditif (pengembangan ide Thomas Edison). Namun dalam bentuknya yang modern, papan sirkuit cetak muncul berkat penggunaan teknologi yang dipinjam dari industri percetakan. Papan sirkuit tercetak adalah terjemahan langsung dari istilah pencetakan bahasa Inggris pelat cetak (“pelat cetak” atau “matriks”). Oleh karena itu, insinyur Austria Paul Eisler dianggap sebagai “bapak papan sirkuit cetak” yang sebenarnya. Dia adalah orang pertama yang menyimpulkan bahwa teknologi pencetakan (subtraktif) dapat digunakan untuk produksi massal papan sirkuit cetak. Dalam teknologi subtraktif, gambar dibentuk dengan menghilangkan bagian-bagian yang tidak diperlukan. Paul Eisler mengembangkan teknologi pengendapan galvanik pada foil tembaga dan pengetsaannya dengan besi klorida. Teknologi untuk produksi massal papan sirkuit cetak sudah diminati selama Perang Dunia Kedua. Dan sejak pertengahan 1950-an, pembentukan papan sirkuit tercetak dimulai sebagai dasar konstruktif peralatan radio tidak hanya untuk militer, tetapi juga untuk keperluan rumah tangga.

bahan PCB

Dielektrik dasar untuk papan sirkuit tercetak

Pengetahuan tentang parameter bahan papan sirkuit tercetak, baik lapisan tunggal maupun multilapis, penting bagi semua orang yang terlibat dalam penggunaannya, terutama untuk papan sirkuit tercetak untuk perangkat dengan kecepatan tinggi dan gelombang mikro. Saat merancang MPP, pengembang dihadapkan pada tugas-tugas berikut:
- perhitungan hambatan gelombang konduktor di papan;
- perhitungan nilai isolasi tegangan tinggi interlayer;
- pemilihan struktur lubang buta dan tersembunyi.
Pilihan yang tersedia dan ketebalan berbagai bahan ditunjukkan pada tabel 2–6. Perlu diperhatikan bahwa toleransi ketebalan bahan biasanya mencapai ±10%, oleh karena itu toleransi ketebalan papan multilapis jadi tidak boleh kurang dari ±10%.

Tg - suhu transisi kaca (penghancuran struktur)

Dk - konstanta dielektrik

Dielektrik dasar untuk papan sirkuit cetak gelombang mikro

Desain khas papan sirkuit cetak didasarkan pada penggunaan tipe fiberglass standar FR4, dengan suhu pengoperasian dari –50 hingga +110 °C, dan suhu transisi gelas Tg (pelunakan) sekitar 135 °C.
Jika ada peningkatan persyaratan untuk ketahanan panas atau saat memasang papan dalam oven berteknologi bebas timah (hingga 260 °C), suhu tinggi FR4 Tinggi Tg atau FR5.
Bila diperlukan untuk pengoperasian terus-menerus pada suhu tinggi atau perubahan suhu mendadak, digunakan polimida. Selain itu, polimida digunakan untuk pembuatan papan sirkuit dengan keandalan tinggi, untuk aplikasi militer, dan juga dalam kasus di mana diperlukan peningkatan kekuatan listrik.
Untuk papan dengan Sirkuit gelombang mikro(lebih dari 2 GHz) lapisan terpisah digunakan bahan gelombang mikro, atau papan seluruhnya terbuat dari bahan gelombang mikro. Pemasok bahan khusus yang paling terkenal adalah Rogers, Arlon, Taconic, Dupont. Biaya bahan-bahan ini lebih tinggi dari FR4, dan secara kondisional ditampilkan di kolom kedua dari belakang tabel sehubungan dengan biaya FR4.

* Dk - konstanta dielektrik

Dk - konstanta dielektrik

Pelapis bantalan PCB

Paling sering, situs dilapisi dengan paduan timah-timah, atau PIC. Cara mengaplikasikan dan meratakan permukaan solder disebut HAL atau HASL (dari bahasa Inggris Hot Air Solder Leveling - meratakan solder dengan udara panas). Lapisan ini memberikan kemampuan solder terbaik pada bantalan. Namun, pelapis tersebut digantikan oleh pelapis yang lebih modern, biasanya sesuai dengan persyaratan arahan RoHS internasional.

Arahan ini mensyaratkan pelarangan adanya zat berbahaya, termasuk timbal, dalam produk. Selama ini RoHS memang belum berlaku di wilayah negara kita, namun ada baiknya kita mengingat keberadaannya.

Opsi yang memungkinkan untuk mencakup lokasi MPP terdapat pada Tabel 7.

HASL digunakan di mana saja kecuali diperlukan lain.

Penyepuhan perendaman (kimia). digunakan untuk memberikan permukaan papan yang lebih rata (ini sangat penting untuk bantalan BGA), tetapi memiliki kemampuan solder yang sedikit lebih rendah. Penyolderan oven dilakukan menggunakan teknologi yang kira-kira sama dengan HASL, tetapi penyolderan tangan memerlukan penggunaan fluks khusus. Lapisan organik, atau OSP, melindungi permukaan tembaga dari oksidasi. Kerugiannya adalah umur simpan yang pendek (kurang dari 6 bulan).

kaleng pencelupan memberikan permukaan yang rata dan kemampuan menyolder yang baik, meskipun umur simpannya juga terbatas untuk menyolder. HAL bebas timbal memiliki sifat yang sama dengan HAL yang mengandung timbal, namun komposisi soldernya kira-kira 99,8% timah dan 0,2% aditif.

Kontak konektor pisau yang terkena gesekan selama pengoperasian, papan dilapisi dengan lapisan emas yang lebih tebal dan kaku. Untuk kedua jenis penyepuhan, lapisan bawah nikel digunakan untuk mencegah difusi emas.

Catatan: Semua pelapis kecuali HASL mematuhi RoHS dan cocok untuk penyolderan bebas timah.

Pelindung dan jenis pelapis papan sirkuit cetak lainnya

Lapisan pelindung digunakan untuk mengisolasi permukaan konduktor yang tidak dimaksudkan untuk disolder.

Untuk melengkapi gambarannya, mari kita pertimbangkan tujuan fungsional dan bahan pelapis papan sirkuit cetak.

1. Topeng solder - diterapkan pada permukaan papan untuk melindungi konduktor dari korsleting dan kotoran yang tidak disengaja, serta untuk melindungi laminasi fiberglass dari guncangan termal selama penyolderan. Masker tidak membawa beban fungsional lainnya dan tidak dapat berfungsi sebagai perlindungan terhadap kelembapan, jamur, kerusakan, dll. (kecuali jika jenis masker khusus digunakan).
2. Menandai - diterapkan pada papan dengan cat di atas topeng untuk menyederhanakan identifikasi papan itu sendiri dan komponen yang terletak di atasnya.
3. Masker kupas - diterapkan pada area tertentu pada papan yang perlu dilindungi sementara, misalnya, dari penyolderan. Mudah untuk dihilangkan di kemudian hari, karena merupakan senyawa seperti karet dan mudah terkelupas.
4. Lapisan kontak karbon - diterapkan ke tempat-tempat tertentu di papan sebagai bidang kontak untuk keyboard. Lapisan ini memiliki konduktivitas yang baik, tidak teroksidasi dan tahan aus.
5. Elemen resistif grafit - dapat diaplikasikan pada permukaan papan untuk menjalankan fungsi resistor. Sayangnya, keakuratan denominasinya rendah - tidak lebih akurat dari ±20% (dengan penyesuaian laser - hingga 5%).
6. Jumper kontak perak - dapat diterapkan sebagai konduktor tambahan, menciptakan lapisan konduktif lain ketika tidak ada cukup ruang untuk perutean. Terutama digunakan untuk papan sirkuit cetak satu lapis dan dua sisi.

desain PCB

Pendahulu papan sirkuit tercetak yang paling jauh adalah kawat biasa, paling sering diisolasi. Dia mempunyai kelemahan yang signifikan. Dalam kondisi getaran tinggi, diperlukan penggunaan elemen mekanis tambahan untuk memasangnya di dalam REA. Untuk tujuan ini, pembawa digunakan di mana elemen radio dipasang, elemen radio itu sendiri dan elemen struktural untuk sambungan perantara dan pemasangan kabel. Ini adalah instalasi volumetrik.

Papan sirkuit tercetak bebas dari kekurangan ini. Konduktornya dipasang di permukaan, posisinya tetap, yang memungkinkan untuk menghitung hubungan timbal baliknya. Pada prinsipnya, papan sirkuit tercetak sekarang mendekati struktur datar.

Pada tahap awal penerapan, papan sirkuit tercetak memiliki jalur konduktif satu sisi atau dua sisi.

PCB Satu Sisi- ini adalah pelat yang salah satu sisinya terdapat konduktor tercetak. Pada papan sirkuit cetak dua sisi, konduktor juga menempati sisi belakang pelat yang kosong. Dan untuk sambungannya, berbagai opsi telah diusulkan, di antaranya lubang transisi logam yang paling luas. Fragmen desain papan sirkuit tercetak satu sisi dan dua sisi yang paling sederhana ditunjukkan pada Gambar. 1.

PCB dua sisi- penggunaannya alih-alih yang sepihak adalah langkah pertama menuju transisi dari bidang ke volume. Jika kita mengabstraksi diri kita sendiri (secara mental membuang substrat papan sirkuit cetak dua sisi), kita mendapatkan struktur konduktor tiga dimensi. Omong-omong, langkah ini diambil cukup cepat. Penerapan Albert Hanson telah menunjukkan kemungkinan menempatkan konduktor di kedua sisi substrat dan menghubungkannya menggunakan lubang tembus.

Beras. 1. Fragmen desain papan sirkuit tercetak a) satu sisi dan 6) dua sisi: 1 - lubang pemasangan, 2 - bantalan kontak, 3 - konduktor, 4 - substrat dielektrik, 5 - transisi lubang logam

Perkembangan lebih lanjut dari elektronik - mikroelektronika menyebabkan penggunaan komponen multi-pin (chip dapat memiliki lebih dari 200 pin), dan jumlah komponen elektronik meningkat. Pada gilirannya, penggunaan sirkuit mikro digital dan peningkatan kinerjanya telah menyebabkan peningkatan persyaratan untuk pelindung dan distribusi daya ke komponen, di mana lapisan konduktif pelindung khusus dimasukkan dalam papan multilayer perangkat digital (misalnya, komputer). Semua ini menyebabkan peningkatan interkoneksi dan kompleksitasnya, yang mengakibatkan peningkatan jumlah lapisan. Di papan sirkuit cetak modern, jumlahnya bisa lebih dari sepuluh. Dalam arti tertentu, PCB multilayer telah memperoleh volume.

Desain PCB Multilapis

Pada varian pertama, yang paling umum, lapisan dalam papan dibentuk dari fiberglass berlapis tembaga dua sisi, yang disebut "inti". Lapisan luar terbuat dari foil tembaga, ditekan dengan lapisan dalam menggunakan bahan pengikat - bahan resin yang disebut "prepreg". Setelah ditekan pada suhu tinggi, "kue" dari papan sirkuit cetak multilayer terbentuk, di mana lubang kemudian dibor dan diberi logam. Pilihan kedua kurang umum, ketika lapisan luar dibentuk dari “inti” yang disatukan dengan prepreg. Ini adalah deskripsi yang disederhanakan; ada banyak desain lain berdasarkan opsi ini. Namun prinsip dasarnya adalah prepreg berperan sebagai bahan pengikat antar lapisan. Jelasnya, tidak mungkin ada situasi di mana dua "inti" dua sisi berdekatan tanpa penjarak prepreg, tetapi struktur foil-prepreg-foil-prepreg... dll. dimungkinkan, dan sering digunakan pada papan dengan kombinasi kompleks dari lubang buta dan tersembunyi.

Papan sirkuit cetak multilayer sekarang menyumbang dua pertiga dari produksi papan sirkuit cetak global dalam hal harga, meskipun secara kuantitatif mereka lebih rendah daripada papan satu sisi dan dua sisi.

Fragmen skema (yang disederhanakan) dari desain papan sirkuit cetak multilayer modern ditunjukkan pada Gambar. 2. Konduktor pada papan sirkuit tercetak tersebut ditempatkan tidak hanya pada permukaan, tetapi juga pada volume media. Pada saat yang sama, susunan lapisan konduktor relatif satu sama lain dipertahankan (konsekuensi dari penggunaan teknologi pencetakan planar). Layering pasti ada dalam nama papan sirkuit tercetak dan elemennya - satu sisi, dua sisi, multilayer, dll. Layering sebenarnya mencerminkan desain dan teknologi pembuatan papan sirkuit tercetak yang sesuai dengan desain ini.

Beras. 2. Fragmen desain papan sirkuit cetak multilayer: 1 - melalui lubang logam, 2 - mikrovia buta, 3 - mikrovia tersembunyi, 4 - lapisan, 5 - lubang interlayer tersembunyi, 6 - bantalan kontak

Pada kenyataannya, desain papan sirkuit cetak multilayer berbeda dari yang ditunjukkan pada Gambar. 2.

Dalam hal strukturnya, MPP jauh lebih kompleks daripada papan dua sisi, seperti halnya teknologi produksinya yang jauh lebih kompleks. Dan strukturnya sendiri berbeda secara signifikan dari yang ditunjukkan pada Gambar. 2. Termasuk lapisan pelindung tambahan (tanah dan listrik), serta beberapa lapisan sinyal.

Kenyataannya mereka terlihat seperti ini:

a) Secara skematis	Untuk memastikan peralihan antar lapisan MPP, vias interlayer dan mikrovia digunakan (Gbr. 2). 3.a. Transisi antar lapisan dapat dilakukan dalam bentuk lubang tembus yang menghubungkan lapisan luar satu sama lain dan dengan lapisan dalam. Bagian buta dan tersembunyi juga digunakan. Blind via adalah saluran penghubung berlapis logam yang hanya terlihat dari sisi atas atau bawah papan. Vias tersembunyi digunakan untuk menghubungkan lapisan internal papan satu sama lain. Penggunaannya memungkinkan penyederhanaan tata letak papan secara signifikan, misalnya, desain MPP 12 lapis dapat dikurangi menjadi desain 8 lapis yang setara. beralih Microvias telah dikembangkan secara khusus untuk pemasangan di permukaan, menghubungkan bantalan kontak dan lapisan sinyal.
c) untuk kejelasan dalam tampilan 3D	Untuk pembuatan papan sirkuit cetak multilayer, beberapa dielektrik yang dilaminasi dengan foil dihubungkan satu sama lain menggunakan gasket perekat - prepreg. Pada Gambar 3.c prepreg ditampilkan dalam warna putih. Prepreg merekatkan lapisan papan sirkuit cetak multilayer selama pengepresan termal. Ketebalan keseluruhan papan sirkuit cetak multilayer tumbuh secara tidak proporsional dengan cepat seiring dengan jumlah lapisan sinyal. Dalam hal ini, perlu memperhitungkan rasio besar ketebalan papan dengan diameter lubang tembus, yang merupakan parameter yang sangat ketat untuk proses metalisasi lubang tembus. Namun, bahkan dengan mempertimbangkan kesulitan dalam metalisasi lubang tembus berdiameter kecil, produsen papan sirkuit cetak multilapis lebih memilih untuk mencapai kepadatan pengemasan yang tinggi melalui sejumlah besar lapisan yang relatif murah daripada sejumlah kecil lapisan berdensitas tinggi tetapi, oleh karena itu, lapisan yang lebih mahal.
Dengan) Menggambar 3	Gambar 3.c menunjukkan perkiraan struktur lapisan papan sirkuit cetak multilayer, yang menunjukkan ketebalannya.

Vladimir Urazaev [L.12] percaya bahwa perkembangan desain dan teknologi mikroelektronika berlangsung sesuai dengan hukum perkembangan sistem teknis yang ada secara obyektif: masalah yang terkait dengan penempatan atau pergerakan benda diselesaikan dengan berpindah dari titik ke garis, dari garis ke a bidang, dari bidang datar ke ruang tiga dimensi.

Saya pikir papan sirkuit cetak harus mematuhi undang-undang ini. Ada kemungkinan potensial untuk mengimplementasikan papan sirkuit cetak multi-level (tingkat tak terhingga). Hal ini dibuktikan dengan kayanya pengalaman dalam menggunakan teknologi laser dalam produksi papan sirkuit cetak, kayanya pengalaman dalam menggunakan stereolitografi laser untuk membentuk objek tiga dimensi dari polimer, kecenderungan untuk meningkatkan ketahanan termal bahan dasar, dll. , produk semacam itu harus diberi nama lain. Karena istilah "papan sirkuit tercetak" tidak lagi mencerminkan konten internal atau teknologi manufakturnya.

Mungkin ini akan terjadi.

Tetapi menurut saya desain tiga dimensi dalam desain papan sirkuit tercetak sudah diketahui - ini adalah papan sirkuit tercetak multilayer. Dan pemasangan volumetrik komponen elektronik dengan lokasi bantalan kontak di semua permukaan komponen radio mengurangi kemampuan manufaktur pemasangannya, kualitas interkoneksinya dan mempersulit pengujian dan pemeliharaannya.

Masa depan akan membuktikannya!

Papan sirkuit cetak yang fleksibel

Bagi kebanyakan orang, papan sirkuit tercetak hanyalah sebuah pelat kaku dengan interkoneksi konduktif listrik.

Papan sirkuit cetak kaku adalah produk paling populer yang digunakan dalam elektronik radio, yang hampir semua orang mengetahuinya.

Namun ada juga papan sirkuit cetak fleksibel, yang semakin memperluas jangkauan penerapannya. Contohnya adalah apa yang disebut kabel cetak fleksibel (loop). Papan sirkuit tercetak semacam itu menjalankan fungsi terbatas (fungsi substrat untuk elemen radio tidak termasuk). Mereka berfungsi untuk menggabungkan papan sirkuit cetak konvensional, menggantikan harness. Papan sirkuit cetak fleksibel memperoleh elastisitas karena “substrat” polimernya berada dalam keadaan sangat elastis. Papan sirkuit cetak fleksibel memiliki dua derajat kebebasan. Mereka bahkan dapat dilipat menjadi strip Mobius.

Menggambar 4

Satu atau bahkan dua derajat kebebasan, tetapi kebebasan yang sangat terbatas, juga dapat diberikan pada papan sirkuit cetak kaku konvensional, di mana matriks polimer substrat berada dalam keadaan kaku dan seperti kaca. Hal ini dicapai dengan mengurangi ketebalan substrat. Salah satu keunggulan papan sirkuit cetak timbul yang terbuat dari dielektrik tipis adalah kemampuannya untuk memberikan “kebulatan”. Dengan demikian, menjadi mungkin untuk mengoordinasikan bentuknya dan bentuk benda (roket, benda luar angkasa, dll.) di mana benda tersebut ditempatkan. Hasilnya adalah penghematan yang signifikan pada volume produk internal.

Kelemahan signifikannya adalah seiring bertambahnya jumlah lapisan, fleksibilitas papan sirkuit tercetak tersebut menurun. Dan penggunaan komponen konvensional yang tidak fleksibel menimbulkan kebutuhan untuk memperbaiki bentuknya. Karena pembengkokan PCB dengan komponen yang tidak fleksibel mengakibatkan tekanan mekanis yang tinggi pada titik-titik sambungannya ke PCB fleksibel.

Posisi perantara antara papan sirkuit cetak kaku dan fleksibel ditempati oleh papan sirkuit cetak "kuno", yang terdiri dari elemen kaku yang dilipat seperti akordeon. “Akordeon” semacam itu mungkin memunculkan ide untuk membuat papan sirkuit cetak multilayer. Papan sirkuit cetak kaku-fleksibel modern diimplementasikan dengan cara yang berbeda. Kita berbicara terutama tentang papan sirkuit cetak multilayer. Mereka dapat menggabungkan lapisan yang kaku dan fleksibel. Jika lapisan fleksibel dipindahkan melampaui lapisan kaku, Anda bisa mendapatkan papan sirkuit tercetak yang terdiri dari fragmen kaku dan fleksibel. Pilihan lainnya adalah menggabungkan dua fragmen kaku dengan fragmen fleksibel.

Klasifikasi desain papan sirkuit tercetak berdasarkan lapisan pola konduktifnya mencakup sebagian besar, namun tidak semua, desain papan sirkuit tercetak. Misalnya, untuk produksi papan sirkuit atau kabel tenun, peralatan tenun, bukan percetakan, ternyata lebih cocok. “Papan sirkuit tercetak” semacam itu sudah memiliki tiga derajat kebebasan. Sama seperti kain biasa, kain ini bisa memiliki bentuk dan bentuk yang paling aneh.

Papan sirkuit tercetak pada alas dengan konduktivitas termal yang tinggi

Akhir-akhir ini terjadi peningkatan pembangkitan panas pada perangkat elektronik, yang berhubungan dengan:

Peningkatan produktivitas sistem komputasi,

Kebutuhan peralihan daya tinggi,

Meningkatnya penggunaan komponen elektronik dengan meningkatnya pembangkitan panas.

Yang terakhir ini paling jelas terlihat dalam teknologi pencahayaan LED, di mana minat untuk menciptakan sumber cahaya berdasarkan LED ultra-terang yang kuat telah meningkat tajam. Efisiensi cahaya LED semikonduktor telah mencapai 100lm/W. LED ultra terang tersebut menggantikan lampu pijar konvensional dan dapat diterapkan di hampir semua bidang teknologi penerangan: lampu penerangan jalan, penerangan otomotif, penerangan darurat, rambu iklan, panel LED, indikator, ticker, lampu lalu lintas, dll. LED ini sangat diperlukan dalam pencahayaan dekoratif dan sistem pencahayaan dinamis karena warna monokrom dan kecepatan peralihannya. Juga bermanfaat untuk menggunakannya jika diperlukan penghematan energi yang ketat, jika perawatan yang sering mahal dan jika persyaratan keselamatan listrik tinggi.

Penelitian menunjukkan bahwa sekitar 65-85% listrik saat LED dioperasikan diubah menjadi panas. Namun, jika kondisi termal yang direkomendasikan oleh produsen LED diikuti, masa pakai LED dapat mencapai 10 tahun. Namun, jika kondisi termal dilanggar (biasanya ini berarti bekerja dengan suhu transisi lebih dari 120...125°C), masa pakai LED bisa turun 10 kali lipat! Dan jika kondisi termal yang disarankan sangat dilanggar, misalnya, ketika LED tipe emitor dinyalakan tanpa radiator selama lebih dari 5-7 detik, LED mungkin mati pada penyalaan pertama. Peningkatan suhu transisi juga menyebabkan penurunan kecerahan cahaya dan pergeseran panjang gelombang operasi. Oleh karena itu, sangat penting untuk menghitung rezim termal dengan benar dan, jika mungkin, menghilangkan panas yang dihasilkan oleh LED sebanyak mungkin.

Produsen besar LED berdaya tinggi, seperti Cree, Osram, Nichia, Luxeon, Seoul Semiconductor, Edison Opto, dll., telah lama memproduksinya dalam bentuk modul atau cluster LED pada papan sirkuit tercetak dengan dasar logam untuk menyederhanakan penyertaan dan perluasan aplikasi LED (dalam klasifikasi internasional IMPCB - Papan Sirkuit Cetak Logam Terisolasi, atau AL PCB - papan sirkuit cetak dengan dasar aluminium).

Gambar 5

Papan sirkuit tercetak dengan dasar aluminium ini memiliki ketahanan termal yang rendah dan tetap, yang memungkinkan, saat memasangnya pada radiator, untuk memastikan pembuangan panas dari sambungan p-n LED dan memastikan pengoperasiannya sepanjang masa pakainya.

Sebagai bahan dengan konduktivitas termal yang tinggi Tembaga, Aluminium, dan berbagai jenis keramik digunakan sebagai dasar papan sirkuit cetak tersebut.

Masalah teknologi produksi industri

Sejarah perkembangan teknologi produksi papan sirkuit cetak merupakan sejarah peningkatan kualitas dan mengatasi permasalahan yang muncul dalam perjalanannya.

Berikut beberapa detailnya.

Papan sirkuit tercetak yang dibuat dengan metalisasi melalui lubang, meskipun digunakan secara luas, memiliki kelemahan yang sangat serius. Dari sudut pandang desain, tautan terlemah dari papan sirkuit tercetak tersebut adalah persimpangan tiang logam di vias dan lapisan konduktif (bantalan kontak). Sambungan antara kolom logam dan lapisan konduktif terjadi di sepanjang ujung bantalan kontak. Panjang sambungan ditentukan oleh ketebalan kertas tembaga dan biasanya 35 mikron atau kurang. Metalisasi galvanis Dinding vias didahului dengan tahap metalisasi kimia. Tembaga kimia, tidak seperti tembaga galvanik, lebih gembur. Oleh karena itu, sambungan kolom logam dengan permukaan ujung bantalan kontak terjadi melalui sublapisan perantara tembaga kimia yang karakteristik kekuatannya lebih lemah. Koefisien muai panas laminasi fiberglass jauh lebih besar dibandingkan tembaga. Ketika melewati suhu transisi kaca resin epoksi, perbedaannya meningkat tajam. Selama guncangan termal, yang dialami papan sirkuit tercetak karena berbagai alasan, sambungan mengalami beban mekanis yang sangat besar dan... putus. Akibatnya rusak rangkaian listrik dan fungsi rangkaian listrik terganggu.

Beras. 6. Botol interlayer pada papan sirkuit cetak multilayer: a) tanpa undercut dielektrik, 6) dengan undercut dielektrik 1 - dielektrik, 2 - bantalan kontak lapisan dalam, 3 - tembaga kimia, 4 - tembaga galvanik

Beras. 7. Fragmen desain papan sirkuit cetak multilayer yang dibuat dengan bangunan lapis demi lapis: 1 - sambungan antarlapis, 2 - konduktor lapisan dalam, 3 - bantalan pemasangan, 4 - konduktor lapisan luar, 5 - lapisan dielektrik

Pada papan sirkuit cetak multilayer, peningkatan keandalan vias internal dapat dicapai dengan memperkenalkan operasi tambahan - pemotongan (penghapusan sebagian) dielektrik di vias sebelum metalisasi. Dalam hal ini, sambungan tiang logam dengan bantalan kontak dilakukan tidak hanya di ujung, tetapi juga sebagian di sepanjang zona annular luar bantalan ini (Gbr. 6).

Keandalan yang lebih tinggi dari via logam pada papan sirkuit cetak multilayer dicapai dengan menggunakan teknologi pembuatan papan sirkuit cetak multilayer menggunakan metode pembuatan lapis demi lapis (Gbr. 7). Sambungan antara elemen konduktif dari lapisan yang dicetak dalam metode ini dibuat dengan pertumbuhan tembaga galvanik ke dalam lubang lapisan insulasi. Berbeda dengan metode metalisasi lubang tembus, dalam hal ini vias diisi seluruhnya dengan tembaga. Area sambungan antara lapisan konduktif menjadi lebih besar, dan geometrinya berbeda. Memutuskan hubungan seperti itu tidaklah mudah. Meski begitu, teknologi ini juga jauh dari ideal. Transisi “tembaga galvanik - tembaga kimia - tembaga galvanik” masih tetap ada.

Papan sirkuit tercetak yang dibuat dengan metalisasi melalui lubang harus tahan terhadap setidaknya empat (setidaknya multilayer tiga) penyolderan ulang. Papan sirkuit cetak timbul memungkinkan penyolderan ulang dalam jumlah yang jauh lebih besar (hingga 50). Menurut pengembangnya, vias logam pada papan sirkuit cetak timbul tidak mengurangi, tetapi meningkatkan keandalannya. Apa yang menyebabkan lompatan kualitatif yang begitu tajam? Jawabannya sederhana. Dalam teknologi pembuatan papan sirkuit cetak timbul, lapisan konduktif dan kolom logam yang menghubungkannya diimplementasikan dalam satu siklus teknologi (bersamaan). Oleh karena itu, tidak ada transisi “tembaga galvanik - tembaga kimia - tembaga galvanik”. Namun hasil setinggi itu diperoleh sebagai akibat dari ditinggalkannya teknologi paling luas dalam pembuatan papan sirkuit cetak, sebagai akibat dari transisi ke desain yang berbeda. Tidak disarankan untuk meninggalkan metode metalisasi lubang tembus karena berbagai alasan.

Bagaimana menjadi?

Tanggung jawab untuk pembentukan lapisan penghalang di persimpangan ujung bantalan kontak dan piston logam terutama berada di tangan para teknolog. Mereka mampu mengatasi masalah ini. Perubahan revolusioner dalam teknologi pembuatan papan sirkuit cetak telah dilakukan dengan metode metalisasi lubang langsung, yang menghilangkan tahap metalisasi kimia, membatasi diri hanya pada aktivasi awal permukaan. Selain itu, proses metalisasi langsung diterapkan sedemikian rupa sehingga film konduktif hanya muncul jika diperlukan - pada permukaan dielektrik. Akibatnya, lapisan penghalang pada lapisan logam pada papan sirkuit tercetak yang dibuat dengan lubang metalisasi langsung tidak ada. Bukankah ini cara yang bagus untuk menyelesaikan kontradiksi teknis?

Kontradiksi teknis terkait metalisasi vias juga dapat diatasi. Lubang berlapis dapat menjadi titik lemah pada papan sirkuit tercetak karena alasan lain. Ketebalan lapisan pada dinding vias idealnya harus seragam di seluruh ketinggiannya. Jika tidak, masalah keandalan akan muncul lagi. Kimia fisik proses pelapisan listrik mengatasi hal ini. Profil pelapisan ideal dan aktual dalam vias metalisasi ditunjukkan pada Gambar. 5. Ketebalan lapisan pada kedalaman lubang biasanya lebih kecil dibandingkan pada permukaan. Alasannya sangat berbeda: kerapatan arus yang tidak merata, polarisasi katodik, nilai tukar elektrolit yang tidak mencukupi, dll. Pada papan sirkuit cetak modern, diameter lubang transisi yang akan dimetalisasi telah melebihi 100 mikron, dan rasio tinggi terhadap diameter lubang di beberapa kasus mencapai 20:1. Situasinya menjadi sangat rumit. Metode fisik (menggunakan ultrasound, meningkatkan intensitas pertukaran cairan di lubang papan sirkuit cetak, dll.) telah kehabisan kemampuannya. Bahkan viskositas elektrolit mulai memainkan peran penting.

Beras. 8. Penampang lubang metalisasi pada papan sirkuit tercetak. 1 - dielektrik, 2 - profil metalisasi ideal dari dinding lubang, 3 - profil metalisasi nyata dari dinding lubang,
4 - menolak

Secara tradisional, masalah ini telah diatasi dengan menggunakan elektrolit dengan aditif leveling yang teradsorpsi di area dengan kerapatan arus lebih tinggi. Penyerapan aditif tersebut sebanding dengan rapat arus. Aditif menciptakan lapisan penghalang untuk melawan pelapisan berlebih pada tepi tajam dan area yang berdekatan (lebih dekat ke permukaan papan sirkuit cetak).

Solusi lain untuk masalah ini telah diketahui secara teoritis sejak lama, namun dalam praktiknya hal ini baru dapat diterapkan - setelah produksi industri catu daya switching daya tinggi dikuasai. Metode ini didasarkan pada penggunaan mode catu daya berdenyut (terbalik) untuk rendaman galvanik. Seringkali, arus searah disuplai. Dalam hal ini, terjadi pengendapan lapisan. Arus balik disuplai dalam sebagian kecil waktu. Pada saat yang sama, lapisan yang diendapkan larut. Kerapatan arus yang tidak merata (lebih banyak pada sudut tajam) dalam hal ini hanya membawa keuntungan. Oleh karena itu, pelarutan lapisan terjadi pertama kali dan sebagian besar terjadi pada permukaan papan sirkuit cetak. Karena solusi teknis seluruh “kumpulan” teknik untuk menyelesaikan kontradiksi teknis digunakan: menggunakan tindakan yang sebagian berlebihan, mengubah kerugian menjadi manfaat, menerapkan transisi dari proses berkelanjutan ke proses berdenyut, melakukan yang sebaliknya, dll. Dan hasil yang diperoleh sesuai dengan ini "buket". Dengan kombinasi tertentu dari durasi pulsa maju dan mundur, bahkan dimungkinkan untuk memperoleh ketebalan lapisan pada kedalaman lubang yang lebih besar daripada pada permukaan papan sirkuit cetak. Inilah sebabnya mengapa teknologi ini terbukti sangat diperlukan untuk mengisi lubang buta dengan logam (fitur umum papan sirkuit cetak modern), sehingga kepadatan interkoneksi pada PCB menjadi sekitar dua kali lipat.

Masalah yang terkait dengan keandalan vias logam pada papan sirkuit tercetak bersifat lokal. Akibatnya, kontradiksi yang muncul dalam proses perkembangannya terkait papan sirkuit cetak secara keseluruhan juga tidak bersifat universal. Meskipun papan sirkuit tercetak tersebut menempati bagian terbesar dari pasar semua papan sirkuit tercetak.

Selain itu, dalam proses pengembangan, masalah lain yang dihadapi para teknolog terpecahkan, namun konsumen bahkan tidak memikirkannya. Kami memperoleh papan sirkuit cetak multilayer untuk kebutuhan kami dan menggunakannya.

Mikrominiaturisasi

Pada tahap awal, komponen yang sama ditempatkan pada papan sirkuit tercetak yang digunakan instalasi volumetrik REA, meskipun dengan beberapa modifikasi kesimpulan untuk mengurangi ukurannya. Namun komponen yang paling umum dapat dipasang pada papan sirkuit tercetak tanpa modifikasi.

Dengan munculnya papan sirkuit tercetak, ukuran komponen yang digunakan pada papan sirkuit tercetak dapat dikurangi, yang pada gilirannya menyebabkan penurunan tegangan operasi dan arus yang dikonsumsi oleh elemen-elemen ini. Sejak tahun 1954, Kementerian Pembangkit Listrik dan Industri Kelistrikan telah memproduksi secara massal penerima radio portabel tabung Dorozhny, yang menggunakan papan sirkuit tercetak.

Dengan munculnya perangkat penguat semikonduktor mini - transistor, papan sirkuit tercetak mulai mendominasi peralatan rumah tangga, dan beberapa saat kemudian di industri, dan dengan munculnya fragmen sirkuit elektronik - modul fungsional dan sirkuit mikro - digabungkan dalam satu chip, desainnya sudah disediakan untuk pemasangan papan sirkuit non-cetak secara eksklusif.

Dengan terus mengecilnya ukuran komponen aktif dan pasif, muncullah konsep baru – “Mikrominiaturisasi”.

Pada komponen elektronik, hal ini mengakibatkan munculnya LSI dan VLSI yang mengandung jutaan transistor. Kemunculan mereka memaksa penambahan jumlah hubungan eksternal(lihat permukaan kontak prosesor grafis pada Gambar 9.a), yang pada gilirannya menyebabkan komplikasi pada tata letak garis konduktif; hal ini dapat dilihat pada Gambar 9.b.

Panel GPU seperti itu, dan CPU juga - tidak lebih dari papan sirkuit cetak multilayer kecil tempat chip prosesor itu sendiri, kabel koneksi antara pin chip dan bidang kontak, dan elemen eksternal (biasanya kapasitor filter dari sistem distribusi daya) berada.

Gambar 9

Dan jangan biarkan ini tampak seperti lelucon bagi Anda, CPU 2010 dari Intel atau AMD juga merupakan papan sirkuit tercetak, dan juga multilayer.

Gambar 9a

Perkembangan papan sirkuit cetak, seperti halnya peralatan elektronik pada umumnya, merupakan jalur pengurangan unsur-unsurnya; pemadatannya pada permukaan cetakan, serta pengurangan elemen elektronik. Dalam hal ini, "elemen" harus dipahami sebagai milik papan sirkuit tercetak (konduktor, vias, dll.), dan elemen dari supersistem (perakitan sirkuit tercetak) - elemen radio. Yang terakhir ini lebih unggul dari papan sirkuit tercetak dalam hal kecepatan mikrominiaturisasi.

Mikroelektronika terlibat dalam pengembangan VLSI.

Peningkatan kepadatan basis elemen memerlukan hal yang sama dari konduktor papan sirkuit tercetak - pembawa basis elemen ini. Berkaitan dengan hal tersebut, banyak timbul permasalahan yang memerlukan solusi. Kami akan berbicara lebih detail tentang dua masalah tersebut dan cara mengatasinya.

Metode pertama dalam memproduksi papan sirkuit tercetak didasarkan pada menempelkan konduktor foil tembaga ke permukaan substrat dielektrik.

Diasumsikan bahwa lebar konduktor dan celah antar konduktor diukur dalam milimeter. Dalam versi ini, teknologi tersebut cukup bisa diterapkan. Miniaturisasi peralatan elektronik berikutnya memerlukan penciptaan metode lain untuk pembuatan papan sirkuit cetak, yang versi utamanya (subtraktif, aditif, semi-aditif, gabungan) masih digunakan sampai sekarang. Penggunaan teknologi tersebut memungkinkan penerapan papan sirkuit tercetak dengan ukuran elemen yang diukur dalam sepersepuluh milimeter.

Mencapai tingkat resolusi sekitar 0,1 mm (100 µm) pada papan sirkuit tercetak merupakan peristiwa penting. Di satu sisi, terjadi transisi “turun” dengan besaran yang berbeda. Di sisi lain, ini adalah semacam lompatan kualitatif. Mengapa? Substrat dielektrik dari sebagian besar papan sirkuit cetak modern adalah fiberglass - plastik berlapis dengan matriks polimer yang diperkuat dengan fiberglass. Mengurangi kesenjangan antara konduktor papan sirkuit cetak telah menyebabkan fakta bahwa mereka menjadi sepadan dengan ketebalan benang kaca atau ketebalan jalinan benang ini pada fiberglass. Dan situasi di mana konduktor “dihubung pendek” oleh simpul seperti itu telah menjadi sangat nyata. Akibatnya, pembentukan kapiler aneh pada laminasi fiberglass, yang “menopang” konduktor ini, menjadi nyata. Di lingkungan lembab, kapiler pada akhirnya menyebabkan penurunan tingkat isolasi antara konduktor PCB. Lebih tepatnya, ini terjadi bahkan dalam kondisi kelembapan normal. Kondensasi kelembaban pada struktur kapiler fiberglass juga diamati dalam kondisi normal.Kelembaban selalu mengurangi tingkat resistensi insulasi.

Karena papan sirkuit tercetak seperti itu sudah menjadi hal yang lumrah pada peralatan elektronik modern, kita dapat menyimpulkan bahwa pengembang bahan dasar papan sirkuit tercetak berhasil mengatasi masalah ini dengan menggunakan metode tradisional. Namun apakah mereka mampu menghadapi peristiwa penting berikutnya? Lompatan kualitatif lainnya telah terjadi.

Dilaporkan bahwa spesialis Samsung telah menguasai teknologi pembuatan papan sirkuit tercetak dengan lebar konduktor dan celah di antara keduanya 8-10 mikron. Tapi ini bukan ketebalan benang kaca, tapi fiberglass!

Tugas menyediakan insulasi pada celah sangat kecil antara konduktor saat ini dan terutama papan sirkuit tercetak di masa depan adalah tugas yang rumit. Dengan metode apa masalah ini akan diselesaikan - tradisional atau non-tradisional - dan apakah akan diselesaikan - waktu akan menjawabnya.

Beras. 10. Profil etsa dari kertas tembaga: a - profil ideal, b - profil nyata; 1 - lapisan pelindung, 2 - konduktor, 3 - dielektrik

Ada kesulitan dalam mendapatkan konduktor ultra-kecil (ultra-sempit) di papan sirkuit cetak. Karena berbagai alasan, metode subtraktif telah tersebar luas dalam teknologi pembuatan papan sirkuit cetak. Dalam metode subtraktif, pola rangkaian listrik dibentuk dengan membuang potongan kertas timah yang tidak diperlukan. Pada masa Perang Dunia Kedua, Paul Eisler mengembangkan teknologi pengetsaan kertas tembaga dengan besi klorida. Teknologi sederhana seperti itu masih digunakan oleh amatir radio hingga saat ini. Teknologi industri tidak jauh-jauh dari teknologi “dapur” ini. Kecuali komposisinya berubah solusi pengawetan dan elemen otomatisasi proses muncul.

Kerugian mendasar dari semua teknologi etsa adalah bahwa etsa terjadi tidak hanya pada arah yang diinginkan (menuju permukaan dielektrik), tetapi juga pada arah melintang yang tidak diinginkan. Potongan lateral konduktor sebanding dengan ketebalan lapisan tembaga (sekitar 70%). Biasanya, alih-alih profil konduktor yang ideal, diperoleh profil berbentuk jamur (Gbr. 10). Ketika lebar konduktor besar, dan pada papan sirkuit tercetak yang paling sederhana, lebarnya diukur bahkan dalam milimeter, orang hanya menutup mata terhadap potongan lateral konduktor. Jika lebar konduktor sepadan dengan tingginya atau bahkan kurang dari itu (kenyataan saat ini), maka “aspirasi lateral” mempertanyakan kelayakan penggunaan teknologi tersebut.

Dalam praktiknya, jumlah pemotongan lateral pada konduktor tercetak dapat dikurangi sampai batas tertentu. Hal ini dicapai dengan meningkatkan kecepatan etsa; menggunakan penuangan jet (jet etsa bertepatan dengan arah yang diinginkan - tegak lurus terhadap bidang lembaran), serta metode lainnya. Namun ketika lebar konduktor mendekati tingginya, efektivitas perbaikan tersebut jelas tidak mencukupi.

Namun kemajuan di bidang fotolitografi, kimia, dan teknologi kini memungkinkan penyelesaian semua masalah ini. Solusi ini berasal dari teknologi mikroelektronika.

Teknologi radio amatir untuk produksi papan sirkuit cetak

Pembuatan papan sirkuit tercetak dalam kondisi radio amatir memiliki ciri khas tersendiri, dan perkembangan teknologi semakin meningkatkan kemungkinan tersebut. Namun proses tetap menjadi landasannya

Pertanyaan tentang cara memproduksi papan sirkuit tercetak dengan harga murah di rumah telah mengkhawatirkan semua amatir radio, mungkin sejak tahun 60-an abad terakhir, ketika papan sirkuit tercetak banyak digunakan dalam peralatan rumah tangga. Dan jika dulu pilihan teknologinya tidak begitu bagus, saat ini, berkat perkembangan teknologi modern, amatir radio memiliki kesempatan untuk memproduksi papan sirkuit tercetak dengan cepat dan efisien tanpa menggunakan peralatan mahal. Dan kemungkinan-kemungkinan ini terus berkembang, sehingga kualitas kreasi mereka semakin mendekati desain industri.

Sebenarnya keseluruhan proses pembuatan papan sirkuit cetak dapat dibagi menjadi lima tahap utama:

• persiapan awal benda kerja (pembersihan permukaan, degreasing);
• menerapkan lapisan pelindung dengan satu atau lain cara;
• menghilangkan kelebihan tembaga dari permukaan papan (etsa);
• membersihkan benda kerja dari lapisan pelindung;
• mengebor lubang, melapisi papan dengan fluks, tinning.

Kami hanya mempertimbangkan teknologi "klasik" yang paling umum, di mana kelebihan tembaga dihilangkan dari permukaan papan dengan pengetsaan kimia. Selain itu, tembaga dapat dihilangkan misalnya dengan cara digiling atau menggunakan instalasi percikan listrik. Namun, metode ini tidak banyak digunakan baik di lingkungan radio amatir maupun di industri (walaupun produksi papan sirkuit dengan penggilingan kadang-kadang digunakan dalam kasus di mana diperlukan produksi papan sirkuit cetak sederhana dalam jumlah tunggal dengan sangat cepat).

Dan disini kita akan membahas 4 poin pertama dari proses teknologinya, karena pengeboran dilakukan oleh seorang amatir radio dengan menggunakan alat yang dimilikinya.

Di rumah, tidak mungkin membuat papan sirkuit cetak multilayer yang dapat bersaing dengan desain industri, oleh karena itu, biasanya dalam kondisi radio amatir, papan sirkuit cetak dua sisi digunakan, dan dalam desain perangkat microwave hanya dua sisi.

Meskipun seseorang harus berusaha saat membuat papan sirkuit tercetak di rumah, seseorang harus berusaha saat mengembangkan sirkuit untuk menggunakan sebanyak mungkin komponen pemasangan di permukaan, yang dalam beberapa kasus memungkinkan untuk menempatkan hampir seluruh sirkuit di satu sisi papan. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa belum ada teknologi untuk membuat vias metalisasi yang benar-benar dapat dilakukan di rumah. Oleh karena itu, jika tata letak papan tidak dapat dilakukan pada satu sisi, maka tata letak harus dilakukan pada sisi kedua dengan menggunakan pin dari berbagai komponen yang dipasang pada papan sebagai vias interlayer, yang dalam hal ini harus disolder pada kedua sisi papan. papan. Tentu saja, ada berbagai cara untuk mengganti metalisasi lubang (menggunakan konduktor tipis yang dimasukkan ke dalam lubang dan disolder ke trek di kedua sisi papan; menggunakan piston khusus), tetapi semuanya ada kekurangan yang signifikan dan tidak nyaman untuk digunakan. Idealnya, papan harus diarahkan hanya pada satu sisi dengan menggunakan jumlah jumper minimum.

Sekarang mari kita lihat lebih dekat setiap tahapan pembuatan papan sirkuit tercetak.

Persiapan awal benda kerja

Tahap ini merupakan tahap awal dan terdiri dari persiapan permukaan papan sirkuit cetak masa depan untuk mengaplikasikan lapisan pelindung padanya. Secara umum, teknologi pembersihan permukaan tidak mengalami perubahan signifikan dalam jangka waktu yang lama. Seluruh proses dilakukan untuk menghilangkan oksida dan kontaminan dari permukaan papan menggunakan berbagai bahan abrasif dan selanjutnya degreasing.

Untuk menghilangkan kotoran berat, Anda dapat menggunakan amplas berbutir halus (“nol”), bubuk abrasif halus, atau produk lain yang tidak meninggalkan goresan dalam pada permukaan papan. Kadang-kadang Anda cukup mencuci permukaan papan sirkuit tercetak dengan spons pencuci piring yang keras dengan deterjen atau bubuk (untuk tujuan ini akan lebih mudah menggunakan spons pencuci piring yang bersifat abrasif, yang terlihat seperti kain kempa dengan sedikit zat; sering kali spons seperti itu direkatkan pada sepotong karet busa) . Selain itu, jika permukaan papan sirkuit tercetak cukup bersih, Anda dapat melewatkan langkah perawatan abrasif sama sekali dan langsung melakukan degreasing.

Jika hanya ada lapisan oksida tebal pada papan sirkuit tercetak, maka lapisan tersebut dapat dengan mudah dihilangkan dengan merawat papan sirkuit tercetak selama 3-5 detik dengan larutan besi klorida, diikuti dengan membilasnya dengan air dingin yang mengalir. Namun perlu dicatat bahwa produksi juga diinginkan operasi ini Segera sebelum mengaplikasikan lapisan pelindung, atau setelah mengaplikasikannya, simpan benda kerja di tempat gelap, karena tembaga cepat teroksidasi dalam cahaya.

Tahap akhir dari persiapan permukaan adalah degreasing. Untuk melakukan ini, Anda dapat menggunakan selembar kain lembut bebas serat yang dibasahi dengan alkohol, bensin, atau aseton. Di sini Anda harus memperhatikan kebersihan permukaan papan setelah degreasing, karena akhir-akhir ini aseton dan alkohol dengan sejumlah besar pengotor mulai muncul, yang meninggalkan noda keputihan pada papan setelah dikeringkan. Jika ini masalahnya, maka Anda harus mencari pembersih gemuk lainnya. Setelah degreasing, papan harus dicuci dengan air mengalir air dingin. Kualitas pembersihan dapat dikontrol dengan memantau tingkat pembasahan air pada permukaan tembaga. Permukaan yang benar-benar dibasahi dengan air, tanpa terbentuknya tetesan atau pecahnya lapisan air, merupakan indikator tingkat pembersihan normal. Gangguan pada lapisan air ini menunjukkan bahwa permukaannya belum cukup dibersihkan.

Penerapan lapisan pelindung

Penerapan lapisan pelindung merupakan tahapan terpenting dalam proses pembuatan papan sirkuit cetak, dan inilah yang menentukan 90% kualitas papan yang diproduksi. Saat ini, tiga metode penerapan lapisan pelindung adalah yang paling populer di komunitas radio amatir. Kami akan mempertimbangkannya untuk meningkatkan kualitas papan yang diperoleh saat menggunakannya.

Pertama-tama, perlu diperjelas bahwa lapisan pelindung pada permukaan benda kerja harus membentuk massa yang homogen, tanpa cacat, dengan batas halus, jelas dan tahan terhadap pengaruh komponen kimia larutan etsa.

Penerapan lapisan pelindung secara manual

Dengan metode ini, gambar papan sirkuit tercetak dipindahkan ke laminasi fiberglass secara manual menggunakan semacam alat tulis. Baru-baru ini, banyak spidol bermunculan di pasaran, yang pewarnanya tidak dapat dicuci dengan air dan memberikan lapisan pelindung yang cukup tahan lama. Selain itu, untuk menggambar tangan Anda bisa menggunakan papan gambar atau alat lain yang diisi pewarna. Misalnya, lebih mudah digunakan untuk menggambar jarum suntik dengan jarum tipis (jarum suntik insulin dengan diameter jarum 0,3-0,6 mm) yang dipotong dengan panjang 5-8 mm paling cocok untuk tujuan ini. Dalam hal ini, batang tidak boleh dimasukkan ke dalam semprit - pewarna harus mengalir bebas di bawah pengaruh efek kapiler. Selain itu, alih-alih menggunakan jarum suntik, Anda dapat menggunakan kaca tipis atau tabung plastik yang direntangkan di atas api untuk mencapai diameter yang diinginkan. Perhatian khusus harus diberikan pada kualitas pemrosesan tepi tabung atau jarum: saat menggambar, mereka tidak boleh menggores papan, jika tidak, area yang sudah dicat dapat rusak. Saat bekerja dengan perangkat semacam itu, Anda dapat menggunakan bitumen atau pernis lain yang diencerkan dengan pelarut, tsaponlak, atau bahkan larutan rosin dalam alkohol sebagai pewarna. Dalam hal ini, konsistensi pewarna perlu dipilih agar mengalir bebas saat menggambar, tetapi pada saat yang sama tidak mengalir keluar dan membentuk tetesan di ujung jarum atau tabung. Perlu dicatat bahwa proses manual dalam mengaplikasikan lapisan pelindung cukup memakan waktu dan hanya cocok jika diperlukan pembuatan papan sirkuit kecil dengan sangat cepat. Lebar lintasan minimum yang dapat dicapai saat menggambar dengan tangan adalah sekitar 0,5 mm.

Menggunakan "printer laser dan teknologi besi"

Teknologi ini muncul relatif baru, tetapi segera menyebar luas karena kesederhanaannya dan kualitas papan yang dihasilkan tinggi. Dasar dari teknologi ini adalah transfer toner (bubuk yang digunakan saat mencetak pada printer laser) dari media apa pun ke papan sirkuit tercetak.

Dalam hal ini, ada dua pilihan yang mungkin: media yang digunakan dipisahkan dari papan sebelum digores, atau, jika media digunakan aluminium foil, itu diukir bersama dengan tembaga .

Tahap pertama dalam penggunaan teknologi ini adalah mencetak gambar cermin dari pola papan sirkuit tercetak pada media. Pengaturan pencetakan printer harus diatur ke kualitas cetak maksimum (karena dalam hal ini lapisan toner paling tebal diterapkan). Sebagai alasnya, Anda dapat menggunakan kertas berlapis tipis (sampul dari berbagai majalah), kertas faks, aluminium foil, film untuk printer laser, alas dari film berperekat Oracal atau beberapa bahan lainnya. Jika Anda menggunakan kertas atau foil yang terlalu tipis, Anda mungkin perlu merekatkannya di sekelilingnya pada selembar kertas tebal. Idealnya, printer harus memiliki jalur kertas tanpa kekusutan, yang mencegah sandwich tersebut roboh di dalam printer. Hal ini juga sangat penting ketika mencetak pada foil atau dasar film Oracal, karena toner melekat sangat lemah, dan jika kertas di dalam printer bengkok, kemungkinan besar Anda harus menghabiskan beberapa menit yang tidak menyenangkan untuk membersihkannya. oven printer dari sisa toner yang menempel. Yang terbaik adalah jika printer dapat melewatkan kertas secara horizontal sambil mencetak di sisi atas (seperti HP LJ2100, salah satu printer terbaik untuk pembuatan PCB). Saya ingin segera memperingatkan pemilik printer seperti HP LJ 5L, 6L, 1100 agar tidak mencoba mencetak pada foil atau alas dari Oracal - biasanya eksperimen seperti itu berakhir dengan kegagalan. Selain printer, Anda juga bisa menggunakan mesin fotokopi yang penggunaannya terkadang memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan printer karena pengaplikasian lapisan toner yang tebal. Persyaratan utama media adalah mudah dipisahkan dari toner. Selain itu, jika Anda menggunakan kertas, kertas tersebut tidak boleh meninggalkan serat apa pun di dalam toner. Dalam hal ini, ada dua pilihan yang mungkin: media dikeluarkan begitu saja setelah toner dipindahkan ke papan (dalam kasus film untuk printer laser atau alas dari Oracal), atau media direndam terlebih dahulu dalam air dan kemudian dipisahkan secara bertahap. (dilapisi kertas).

Memindahkan toner ke papan melibatkan pengolesan media dengan toner ke papan yang telah dibersihkan sebelumnya dan kemudian memanaskannya hingga suhu sedikit di atas titik leleh toner. Ada banyak sekali opsi untuk melakukan hal ini, tetapi yang paling sederhana adalah dengan menekan media ke papan dengan setrika panas. Pada saat yang sama, untuk mendistribusikan tekanan setrika pada media secara merata, disarankan untuk meletakkan beberapa lapis kertas tebal di antara keduanya. Masalah yang sangat penting adalah suhu setrika dan waktu penahanannya. Parameter ini bervariasi dalam setiap kasus tertentu, jadi Anda mungkin harus menjalankan lebih dari satu eksperimen sebelum mendapatkan hasil yang baik. Hanya ada satu kriteria di sini: toner harus memiliki waktu untuk meleleh agar dapat menempel pada permukaan papan, dan pada saat yang sama tidak boleh memiliki waktu untuk mencapai keadaan semi-cair sehingga tepian bekasnya tidak. meratakan. Setelah “mengelas” toner ke papan, substrat harus dipisahkan (kecuali jika aluminium foil digunakan sebagai substrat: tidak boleh dipisahkan, karena larut dalam hampir semua larutan etsa). Film laser dan alas Oracal cukup terkelupas dengan hati-hati, sedangkan kertas biasa perlu direndam terlebih dahulu dalam air panas.

Perlu dicatat bahwa karena fitur pencetakan printer laser, lapisan toner di tengah poligon padat besar cukup kecil, jadi Anda harus menghindari penggunaan area seperti itu pada papan bila memungkinkan, atau Anda harus memperbaiki papan secara manual. setelah melepas bagian belakangnya. Secara umum, penggunaan teknologi ini, setelah beberapa pelatihan, memungkinkan Anda mencapai lebar trek dan celah di antara keduanya hingga 0,3 mm.

Saya telah menggunakan teknologi ini selama bertahun-tahun (sejak printer laser tersedia untuk saya).

Penerapan photoresist

Photoresist adalah zat peka cahaya (biasanya di wilayah ultraviolet dekat) yang mengubah sifat-sifatnya saat terkena cahaya.

Baru-baru ini, beberapa jenis photoresist impor dalam kemasan aerosol telah muncul di pasar Rusia, yang sangat nyaman untuk digunakan di rumah. Inti dari penggunaan photoresist adalah sebagai berikut: photomask () diaplikasikan pada papan dengan lapisan photoresist diterapkan padanya dan disinari, setelah itu area photoresist yang diterangi (atau tidak terpapar) dicuci dengan pelarut khusus. , yang biasanya berupa soda kaustik (NaOH). Semua photoresist dibagi menjadi dua kategori: positif dan negatif. Untuk photoresist positif, trek di papan sesuai dengan area hitam pada photomask, dan untuk photoresist negatif, area transparan.

Fotoresis positif paling banyak digunakan karena paling nyaman digunakan.

Mari kita membahas lebih detail tentang penggunaan photoresist positif dalam kemasan aerosol. Langkah pertama adalah menyiapkan template foto. Di rumah, Anda bisa mendapatkannya dengan mencetak desain papan pada printer laser di film. Dalam hal ini, perhatian khusus harus diberikan pada kepadatan warna hitam pada masker foto, untuk itu Anda perlu menonaktifkan semua mode penghematan toner dan meningkatkan kualitas cetak dalam pengaturan printer. Selain itu, beberapa perusahaan menawarkan keluaran photomask pada photoplotter - dan Anda dijamin mendapatkan hasil berkualitas tinggi.

Pada tahap kedua, lapisan tipis photoresist diaplikasikan pada permukaan papan yang telah disiapkan dan dibersihkan sebelumnya. Caranya dengan menyemprotkannya dari jarak sekitar 20 cm, dalam hal ini harus diusahakan keseragaman maksimal lapisan yang dihasilkan. Selain itu, sangat penting untuk memastikan bahwa tidak ada debu selama proses sputtering - setiap titik debu yang masuk ke dalam photoresist pasti akan meninggalkan bekas di papan.

Setelah menerapkan lapisan photoresist, film yang dihasilkan perlu dikeringkan. Disarankan untuk melakukan ini pada suhu 70-80 derajat, dan pertama-tama Anda perlu mengeringkan permukaan pada suhu rendah dan baru kemudian secara bertahap meningkatkan suhu ke nilai yang diinginkan. Waktu pengeringan pada suhu yang ditentukan sekitar 20-30 menit. Sebagai upaya terakhir, keringkan papan dengan suhu kamar dalam 24 jam. Papan yang dilapisi photoresist harus disimpan di tempat sejuk dan gelap.

Setelah mengaplikasikan photoresist, langkah selanjutnya adalah eksposur. Dalam hal ini, masker foto diterapkan pada papan (sisi cetak menghadap papan, ini membantu meningkatkan kejernihan selama pemaparan), yang ditekan pada kaca tipis atau. Bila cukup ukuran kecil Untuk menekan papan, Anda dapat menggunakan pelat fotografi yang dicuci dari emulsi. Karena wilayah sensitivitas spektral maksimum sebagian besar fotoresis modern berada dalam kisaran ultraviolet, disarankan untuk menggunakan lampu dengan sebagian besar radiasi UV dalam spektrumnya (DRSh, DRT, dll.) untuk penerangan. Sebagai upaya terakhir, Anda bisa menggunakan lampu xenon yang kuat. Waktu pemaparan bergantung pada banyak alasan (jenis dan daya lampu, jarak dari lampu ke papan, ketebalan lapisan photoresist, dll.) dan dipilih secara eksperimental. Namun pada umumnya waktu pemaparan biasanya tidak lebih dari 10 menit, meskipun terkena sinar matahari langsung.

(Saya tidak menyarankan penggunaan pelat plastik yang transparan dalam cahaya tampak untuk menekan, karena pelat tersebut memiliki daya serap yang kuat terhadap radiasi UV)

Kebanyakan photoresist dikembangkan dengan larutan natrium hidroksida (NaOH) - 7 gram per liter air. Cara terbaik adalah menggunakan larutan yang baru disiapkan pada suhu 20-25 derajat. Waktu pengembangan tergantung pada ketebalan film photoresist dan berkisar antara 30 detik hingga 2 menit. Setelah pengembangan, papan dapat digores dalam larutan biasa, karena photoresist tahan terhadap asam. Saat menggunakan masker foto berkualitas tinggi, penggunaan photoresist memungkinkan Anda memperoleh trek dengan lebar hingga 0,15-0,2 mm.

Etsa

Ada banyak senyawa yang diketahui untuk etsa kimia tembaga. Semuanya berbeda dalam kecepatan reaksi, komposisi zat yang dilepaskan sebagai hasil reaksi, serta ketersediaan reagen kimia yang diperlukan untuk menyiapkan larutan. Di bawah ini adalah informasi tentang solusi etsa paling populer.

Besi klorida (FeCl)

Mungkin reagen yang paling terkenal dan populer. Besi klorida kering dilarutkan dalam air sampai diperoleh larutan jenuh berwarna kuning keemasan (ini membutuhkan sekitar dua sendok makan per gelas air). Proses etsa dalam larutan ini dapat memakan waktu 10 hingga 60 menit. Waktunya tergantung pada konsentrasi larutan, suhu dan pengadukan. Pengadukan secara signifikan mempercepat reaksi. Untuk tujuan ini, akan lebih mudah menggunakan kompresor akuarium, yang menyediakan pencampuran larutan dengan gelembung udara. Reaksi juga dipercepat ketika larutan dipanaskan. Setelah pengetsaan selesai, papan harus dicuci dengan banyak air, sebaiknya dengan sabun (untuk menetralkan residu asam). Kerugian dari solusi ini termasuk pembentukan limbah selama reaksi, yang mengendap di papan dan mengganggu jalannya proses etsa yang normal, serta laju reaksi yang relatif rendah.

Amonium persulfat

Zat kristal ringan yang larut dalam air berdasarkan perbandingan 35 g zat per 65 g air. Proses etsa pada larutan ini memakan waktu sekitar 10 menit dan tergantung pada luas lapisan tembaga yang akan digores. Untuk memastikan kondisi reaksi yang optimal, larutan harus bersuhu sekitar 40 derajat dan terus diaduk. Setelah pengetsaan selesai, papan harus dicuci dengan air mengalir. Kerugian dari solusi ini termasuk kebutuhan untuk mempertahankan suhu dan pengadukan yang diperlukan.

Larutan asam klorida (HCl) dan hidrogen peroksida (H 2 O 2)

- Untuk menyiapkan larutan ini, Anda perlu menambahkan 200 ml asam klorida 35% dan 30 ml hidrogen peroksida 30% ke dalam 770 ml air. Larutan yang telah disiapkan harus disimpan dalam botol gelap, tidak tertutup rapat, karena penguraian hidrogen peroksida melepaskan gas. Perhatian: saat menggunakan larutan ini, semua tindakan pencegahan harus dilakukan saat bekerja dengan bahan kimia kaustik. Semua pekerjaan harus dilakukan hanya pada udara segar atau di bawah tenda. Jika larutan mengenai kulit Anda, segera bilas dengan banyak air. Waktu etsa sangat bergantung pada pengadukan dan suhu larutan dan berkisar antara 5-10 menit untuk larutan segar yang tercampur rata pada suhu kamar. Solusinya tidak boleh dipanaskan di atas 50 derajat. Setelah etsa, papan harus dicuci dengan air mengalir.

Solusi setelah etsa ini dapat dipulihkan dengan menambahkan H 2 O 2. Jumlah hidrogen peroksida yang dibutuhkan diperkirakan secara visual: papan tembaga yang direndam dalam larutan harus dicat ulang dari merah menjadi coklat tua. Terbentuknya gelembung-gelembung dalam larutan menunjukkan kelebihan hidrogen peroksida, yang memperlambat reaksi etsa. Kerugian dari solusi ini adalah perlunya memperhatikan semua tindakan pencegahan dengan ketat saat bekerja dengannya.

Larutan asam sitrat dan hidrogen peroksida dari Radiokot

Dalam 100 ml hidrogen peroksida 3% farmasi, 30 g asam sitrat dan 5 g garam meja dilarutkan.

Larutan ini seharusnya cukup untuk mengetsa 100 cm2 tembaga dengan ketebalan 35 µm.

Tidak perlu berhemat garam saat menyiapkan larutan. Karena berperan sebagai katalis, praktis tidak dikonsumsi selama proses etsa. Peroksida 3% tidak boleh diencerkan lebih lanjut karena ketika bahan lain ditambahkan, konsentrasinya berkurang.

Semakin banyak hidrogen peroksida (hidroperit) yang ditambahkan, semakin cepat prosesnya, tetapi jangan berlebihan - larutan tidak disimpan, mis. tidak digunakan kembali, yang berarti hidroperit akan digunakan secara berlebihan. Kelebihan peroksida dapat dengan mudah ditentukan oleh banyaknya “gelembung” selama etsa.

Namun, menambahkan asam sitrat dan peroksida cukup dapat diterima, namun lebih rasional untuk menyiapkan larutan baru.

Membersihkan benda kerja

Setelah pengetsaan dan pencucian papan selesai, permukaannya perlu dibersihkan dari lapisan pelindung. Ini bisa dilakukan entah bagaimana caranya pelarut organik, misalnya aseton.

Selanjutnya Anda perlu mengebor semua lubang. Ini harus dilakukan dengan bor yang diasah tajam pada kecepatan mesin maksimum. Jika, saat menerapkan lapisan pelindung, tidak ada ruang kosong yang tersisa di tengah bantalan kontak, lubangnya harus ditandai terlebih dahulu (ini dapat dilakukan, misalnya, dengan inti). Setelah itu, cacat (pinggiran) di sisi belakang papan dihilangkan dengan countersinking, dan pada papan sirkuit cetak dua sisi berbahan tembaga - dengan bor dengan diameter sekitar 5 mm dalam penjepit manual untuk satu putaran papan. bor tanpa menggunakan tenaga.

Langkah selanjutnya adalah melapisi papan dengan fluks, dilanjutkan dengan tinning. Fluks khusus dapat digunakan produksi industri(sebaiknya dicuci dengan air atau tidak perlu dibilas sama sekali) atau cukup tutupi papan dengan larutan rosin yang lemah dalam alkohol.

Tinning dapat dilakukan dengan dua cara:

Perendaman dalam solder cair

Gunakan besi solder dan jalinan logam yang diresapi solder.

Dalam kasus pertama, perlu membuat rendaman besi dan mengisinya dengan sedikit solder dengan titik leleh rendah - paduan Mawar atau Kayu. Lelehan harus ditutup seluruhnya dengan lapisan gliserin di atasnya untuk menghindari oksidasi solder. Untuk memanaskan bak mandi, Anda bisa menggunakan setrika atau kompor listrik terbalik. Papan dicelupkan ke dalam lelehan dan kemudian dilepas sambil menghilangkan kelebihan solder dengan alat pembersih yg terbuat dr karet karet keras.

Kesimpulan

Saya rasa materi ini akan membantu pembaca mendapatkan gambaran tentang desain dan pembuatan papan sirkuit cetak. Dan bagi yang baru mulai menggeluti bidang elektronika, dapatkan keterampilan dasar pembuatannya di rumah.Untuk mengenal lebih lengkap tentang papan sirkuit cetak, saya sarankan membaca [L.2]. Itu dapat diunduh di Internet.

literatur

1. Kamus Politeknik. Tim redaksi: Inglinsky A. Yu.dkk.M.: Ensiklopedia Soviet. 1989.
2. Medvedev A. M. Papan sirkuit tercetak. Desain dan bahan. M.: Teknosfer. 2005.
3. Dari sejarah teknologi papan sirkuit cetak // Electronics-NTB. 2004. Nomor 5.
4. Item baru dalam teknologi elektronik. Intel mengantarkan era transistor tiga dimensi. Alternatif untuk perangkat planar tradisional // Electronics-NTB. 2002. Nomor 6.
5. Sirkuit mikro yang benar-benar tiga dimensi - perkiraan pertama // Komponen dan Teknologi. 2004. Nomor 4.
6. Mokeev M.N., Lapin M.S. Proses teknologi dan sistem untuk produksi papan sirkuit anyaman dan kabel pita. L.: LDNTP 1988.
7. Volodarsky O. Apakah komputer ini cocok untuk saya? Barang elektronik yang ditenun menjadi kain menjadi mode // Electronics-NTB. 2003. Nomor 8.
8. Medvedev A. M. Teknologi produksi papan sirkuit cetak. M.: Teknosfer. 2005.
9. Medvedev A. M. Metalisasi pulsa pada papan sirkuit cetak // Teknologi dalam industri elektronik. 2005. Nomor 4
10. Papan sirkuit tercetak - jalur pengembangan, Vladimir Urazaev,