Sifat fisik dan mekanik bahan harus memenuhi spesifikasi yang ditetapkan dan memastikan produksi PCB berkualitas tinggi sesuai dengan spesifikasi teknis standar. Untuk pembuatan papan, plastik berlapis digunakan - dielektrik foil yang dilapisi dengan foil tembaga elektrolitik dengan ketebalan 5, 20, 35, 50, 70 dan 105 mikron dengan kemurnian tembaga minimal 99,5%, kekasaran permukaan minimal 0,4 –0,5 mikron, tersedia dalam bentuk lembaran dengan dimensi 500×700 mm dan ketebalan 0,06–3 mm. Plastik laminasi harus memiliki ketahanan kimia dan termal yang tinggi, penyerapan air tidak lebih dari 0,2–0,8%, dan tahan terhadap guncangan termal (260°C) selama 5–20 detik. Ketahanan permukaan dielektrik pada suhu 40°C dan kelembaban relatif 93% selama 4 hari. harus minimal 10 4 MOhm. Resistansi volume spesifik dielektrik tidak kurang dari 5·10 11 Ohm·cm. Kekuatan rekat foil ke alas (strip lebar 3 mm) adalah 12 hingga 15 MPa. Digunakan sebagai bahan dasar plastik laminasi getinaks , yang merupakan lapisan terkompresi dari kertas isolasi listrik yang diresapi dengan resin fenolik; laminasi fiberglass adalah lapisan terkompresi dari fiberglass yang diresapi dengan resin epoksifenolik, dan bahan lainnya (Tabel 2.1).

Tabel 2.1. Bahan dasar pembuatan papan sirkuit.

Getinax, yang memiliki sifat insulasi listrik yang memuaskan dalam kondisi iklim normal, kemampuan proses yang baik, dan biaya rendah, telah diterapkan dalam produksi peralatan elektronik rumah tangga. Untuk PCB yang dioperasikan dalam kondisi iklim yang sulit dengan kisaran suhu pengoperasian yang luas (–60...+180°C) sebagai bagian dari peralatan komputasi elektronik, peralatan komunikasi, dan peralatan pengukuran, digunakan textolite kaca yang lebih mahal. Mereka dibedakan berdasarkan rentang suhu pengoperasian yang luas, rendah (0,2 - 0,8 %) penyerapan air, nilai ketahanan volumetrik dan permukaan yang tinggi, ketahanan terhadap lengkungan. Kekurangan - kemungkinan terkelupasnya foil karena guncangan termal, menyelimuti resin saat mengebor lubang. Peningkatan ketahanan api dielektrik (GPF, GPFV, SPNF, STNF) yang digunakan dalam catu daya dicapai dengan memasukkan bahan penghambat api (misalnya, tetrabromodifenilpropana) ke dalam komposisinya.

Untuk pembuatan dielektrik foil, terutama digunakan foil tembaga elektrolitik, satu sisinya harus memiliki permukaan yang halus (tidak lebih rendah dari kebersihan kelas delapan) untuk memastikan reproduksi sirkuit cetak yang akurat, dan sisi lainnya harus kasar dengan a tinggi kekasaran mikro minimal 3 mikron untuk daya rekat yang baik pada dielektrik. Untuk melakukan ini, foil dioksidasi secara elektrokimia dalam larutan natrium hidroksida. Penggagalan dielektrik dilakukan dengan cara pengepresan pada suhu 160–180°C dan tekanan 5–15 MPa.

Bahan keramik dicirikan oleh kekuatan mekanik yang tinggi, yang sedikit bervariasi pada kisaran suhu 20–700°C, stabilitas listrik dan listrik. parameter geometris, penyerapan air dan pelepasan gas yang rendah (hingga 0,2%) saat dipanaskan dalam ruang hampa, tetapi rapuh dan berbiaya tinggi.

Baja dan aluminium digunakan sebagai dasar logam papan. Pada dasar baja, isolasi area pembawa arus dilakukan dengan menggunakan enamel khusus, yang meliputi oksida magnesium, kalsium, silikon, boron, aluminium atau campurannya, pengikat (polivinil klorida, polivinil asetat atau metil metakrilat) dan bahan pemlastis. Film diaplikasikan ke alas dengan cara digulung di antara rol, diikuti dengan pembakaran. Lapisan insulasi dengan ketebalan beberapa puluh hingga ratusan mikrometer dengan resistansi insulasi 10 2 – 10 3 MOhm pada permukaan aluminium diperoleh melalui oksidasi anodik. Konduktivitas termal aluminium anodisasi adalah 200 W/(m K), dan baja adalah 40 W/(m K). Polimer non-polar (fluoroplastik, polietilen, polipropilen) dan polar (polistirena, polifenilen oksida) digunakan sebagai dasar PP gelombang mikro. Bahan keramik yang memiliki karakteristik kelistrikan dan parameter geometri yang stabil juga digunakan untuk pembuatan papan mikro dan rakitan mikro pada rentang gelombang mikro.

Film poliamida digunakan untuk pembuatan papan sirkuit fleksibel dengan kekuatan tarik tinggi, ketahanan kimia, dan tahan api. Ia memiliki stabilitas suhu tertinggi di antara polimer, karena tidak kehilangan fleksibilitas dari suhu nitrogen cair hingga suhu penyolderan eutektik silikon dengan emas (400°C). Selain itu, hal ini ditandai dengan evolusi gas yang rendah dalam ruang hampa, ketahanan terhadap radiasi, dan tidak adanya selubung selama pengeboran. Kekurangan: peningkatan penyerapan air dan biaya tinggi.

Pembentukan gambar diagram.

Menggambar pola atau relief pelindung dari konfigurasi yang diperlukan diperlukan saat melakukan proses metalisasi dan etsa. Gambar harus memiliki batas yang jelas dengan reproduksi garis-garis halus yang akurat, tahan terhadap larutan etsa, tidak mencemari papan sirkuit dan elektrolit, dan mudah dihilangkan setelah menjalankan fungsinya. Pemindahan desain sirkuit tercetak ke dielektrik foil dilakukan dengan menggunakan gridografi, pencetakan offset, dan pencetakan foto. Pilihan metode tergantung pada desain papan, akurasi dan kepadatan pemasangan yang diperlukan, serta produksi serial.

Metode gridografi menggambar diagram sirkuit adalah yang paling hemat biaya untuk produksi papan sirkuit massal dan skala besar dengan lebar konduktor minimum dan jarak antara keduanya > 0,5 mm, akurasi reproduksi gambar ± 0,1 mm. Idenya adalah untuk mengaplikasikan cat tahan asam khusus pada papan dengan menekannya dengan spatula karet (alat pembersih karet) melalui stensil jaring, di mana pola yang diperlukan dibentuk oleh sel jaring terbuka (Gbr. 2.4).

Untuk membuat stensil gunakan jaring logam dari baja tahan karat dengan ketebalan kawat 30–50 mikron dan frekuensi tenun 60–160 benang per 1 cm, serat nilon metalisasi yang memiliki elastisitas lebih baik, dengan ketebalan benang 40 mikron dan frekuensi tenun hingga 200 benang per 1 cm, serta dari serat poliester dan nilon

Salah satu kelemahan jaring adalah dapat meregang jika digunakan berulang kali. Yang paling tahan lama adalah jaring yang terbuat dari baja tahan karat (hingga 20 ribu cetakan), plastik metalisasi (12 ribu), serat poliester (hingga 10 ribu), nilon (5 ribu).

Beras. 2.4. Prinsip sablon.

1 – alat pembersih yg terbuat dr karet; 2 – stensil; 3 – cat; 4 – pangkalan.

Gambar pada grid diperoleh dengan mengekspos photoresist cair atau kering (film), setelah pengembangan sel-sel grid terbuka (tanpa pola) terbentuk. Stensil pada rangka jaring dipasang dengan jarak 0,5–2 mm dari permukaan papan sehingga kontak jaring dengan permukaan papan hanya pada area yang ditekan dengan alat pembersih karet. Alat pembersih yg terbuat dr karet adalah potongan karet runcing berbentuk persegi panjang yang dipasang pada media pada sudut 60–70°.

Untuk mendapatkan pola PP digunakan cat termoset ST 3.5;

ST 3.12, dikeringkan dalam lemari pemanas pada suhu 60°C selama 40 menit, atau di udara selama 6 jam, sehingga memperpanjang proses screenografi. Lebih maju secara teknologi adalah komposisi fotopolimer EP-918 dan FKP-TZ dengan proses pengawetan ultraviolet selama 10–15 detik, yang merupakan faktor penentu dalam otomatisasi proses. Ketika diterapkan sekali, lapisan hijau memiliki ketebalan 15–25 mikron, mereproduksi pola dengan lebar garis dan celah hingga 0,25 mm, tahan terhadap perendaman dalam lelehan solder POS-61 pada suhu 260°C hingga 10 s, paparan campuran alkohol-bensin hingga 5 menit dan siklus termal dalam kisaran suhu dari – 60 hingga +120 °C. Setelah menerapkan desain, papan dikeringkan pada suhu 60 ° C selama 5-8 menit, kualitasnya dikontrol dan, jika perlu, diperbaiki. Pelepasan masker pelindung setelah etsa atau metalisasi dilakukan metode kimia dalam larutan natrium hidroksida 5% selama 10-20 detik.

Meja 2.2. Peralatan untuk sablon.

Untuk sablon digunakan peralatan semi otomatis dan otomatis, berbeda dalam format cetak dan produktivitas (Tabel 2.2). Jalur sablon otomatis dari Chemcut (AS), Resco (Italia) memiliki sistem otomatis untuk mengumpankan dan memasang papan, pergerakan alat pembersih yg terbuat dr karet, dan menahan pasokan. Untuk mengeringkan bahan resistan digunakan oven jenis terowongan IR.

Pencetakan offset digunakan untuk produksi PCB skala besar dengan rentang sirkuit yang kecil. Resolusinya 0,5–1 mm, keakuratan gambar yang dihasilkan ±0,2 mm. Inti dari metode ini adalah cat digulung menjadi klise yang membawa gambar sirkuit (konduktor tercetak, bantalan kontak). Kemudian dikeluarkan dengan roller offset berlapis karet, dipindahkan ke dasar isolasi dan dikeringkan. Klise dan alas papan terletak satu di belakang yang lain pada alas mesin cetak offset (Gbr. 2.5)

Gambar 2.5. Skema pencetakan offset.

1 – rol offset; 2 – klise; 3 – papan;

4 – roller untuk mengaplikasikan cat; 5 – rol tekanan.

Keakuratan pencetakan dan ketajaman kontur ditentukan oleh paralelisme roller dan alasnya, jenis dan konsistensi cat. Dengan satu klise Anda dapat membuat cetakan dalam jumlah tak terbatas. Produktivitas metode ini dibatasi oleh durasi siklus osilasi (aplikasi cat - transfer) dan tidak melebihi 200–300 tayangan per jam. Kekurangan metode: lamanya proses pembuatan yang klise, sulitnya mengubah pola rangkaian, sulitnya mendapatkan lapisan yang tidak berpori, mahalnya biaya peralatan.

Metode fotografi menggambar pola memungkinkan Anda memperoleh lebar minimum konduktor dan jarak di antara keduanya 0,1–0,15 mm dengan akurasi reproduksi hingga 0,01 mm. Dari sudut pandang ekonomi, metode ini kurang hemat biaya, namun memungkinkan resolusi pola maksimum dan oleh karena itu digunakan dalam produksi skala kecil dan massal dalam pembuatan papan sirkuit. kepadatan tinggi dan akurasi. Metode ini didasarkan pada penggunaan komposisi fotosensitif yang disebut fotoresist , yang harus memiliki: sensitivitas tinggi; resolusi tinggi; lapisan homogen dan tidak berpori di seluruh permukaan dengan daya rekat tinggi pada bahan papan; resistensi terhadap pengaruh kimia; kemudahan persiapan, keandalan dan keamanan penggunaan.

Photoresists dibagi menjadi negatif dan positif. Fotoresis negatif di bawah pengaruh radiasi, mereka membentuk area bantuan pelindung sebagai akibat dari fotopolimerisasi dan pengerasan. Area yang diterangi berhenti larut dan tetap berada di permukaan media. Fotoresis positif mengirimkan gambar photomask tanpa perubahan. Selama pemrosesan ringan, area yang terbuka dihancurkan dan dicuci.

Untuk mendapatkan pola rangkaian bila menggunakan photoresist negatif, pemaparan dilakukan melalui photoresist negatif, dan photoresist positif dipaparkan melalui positif. Fotoresis positif memiliki resolusi lebih tinggi, hal ini disebabkan oleh perbedaan penyerapan radiasi oleh lapisan fotosensitif. Resolusi lapisan dipengaruhi oleh pembengkokan difraksi cahaya di tepi elemen buram templat dan pantulan cahaya dari substrat (Gbr. 2.6, A).

Gambar.2.6. Paparan lapisan fotosensitif:

a – paparan; b – fotoresist negatif; c – fotoresist positif;

1 – difraksi; 2 – hamburan; 3 – refleksi; 4 – templat; 5 – menolak; 6 – substrat.

Dalam photoresist negatif, difraksi tidak memainkan peran yang nyata, karena templat ditekan dengan kuat ke resistan, tetapi sebagai hasil refleksi, lingkaran cahaya muncul di sekitar area pelindung, yang mengurangi resolusi (Gbr. 2.6, B). Pada lapisan resistensi positif, di bawah pengaruh difraksi, hanya area resistensi atas di bawah area buram masker foto yang akan dihancurkan dan tersapu selama pengembangan, yang akan berdampak kecil pada sifat pelindung lapisan. Cahaya yang dipantulkan dari media dapat menyebabkan kerusakan pada area yang berdekatan dengannya, namun pengembang tidak menghilangkan area ini, karena di bawah pengaruh gaya perekat, lapisan akan bergerak ke bawah, sekali lagi membentuk tepi gambar yang jelas tanpa lingkaran cahaya. (Gbr. 2.6, V).

Saat ini, photoresist cair dan kering (film) digunakan dalam industri. Fotoresis cair– larutan koloid polimer sintetik, khususnya polivinil alkohol (PVA). Kehadiran gugus hidroksil OH di setiap mata rantai menentukan tingginya higroskopisitas dan polaritas polivinil alkohol. Ketika amonium dikromat ditambahkan ke larutan PVA dalam air, larutan tersebut “tersensitisasi.” Photoresist berbasis PVA diaplikasikan pada permukaan papan yang telah disiapkan sebelumnya dengan mencelupkan benda kerja, menuangkan, dan kemudian melakukan sentrifugasi. Kemudian lapisan photoresist dikeringkan dalam lemari pemanas dengan sirkulasi udara pada suhu 40°C selama 30–40 menit. Setelah pemaparan, photoresist dikembangkan dalam air hangat. Untuk meningkatkan ketahanan kimia fotoresist berbasis PVA, digunakan penyamakan kimia pola PP dalam larutan kromat anhidrida, kemudian penyamakan termal pada suhu 120°C selama 45–50 menit. Penyamakan (penghilangan) photoresist dilakukan selama 3–6 detik dalam larutan dengan komposisi berikut:

– 200–250 g/l asam oksalat,

– 50–80 g/l natrium klorida,

– hingga 1000 ml air pada suhu 20 °C.

Keunggulan photoresist berbasis PVA adalah toksisitas rendah dan bahaya kebakaran, pengembangan menggunakan air. Kerugiannya termasuk efek penyamakan gelap (oleh karena itu, umur simpan blanko dengan photoresist yang diterapkan tidak boleh melebihi 3-6 jam), ketahanan asam dan alkali yang rendah, kesulitan dalam mengotomatisasi proses mendapatkan pola, kompleksitas persiapan photoresist , dan sensitivitas rendah.

Peningkatan sifat photoresist cair (penghilangan tanning, peningkatan ketahanan asam) dicapai dalam photoresist berdasarkan sinamat. Komponen fotosensitif dari fotoresist jenis ini adalah polivinil sinamat (PVC), produk reaksi polivinil alkohol dan asam sinamat klorida. Resolusinya kira-kira 500 garis/mm, pengembangan dilakukan dalam pelarut organik - trikloroetana, toluena, klorobenzena. Untuk mengintensifkan proses pengembangan dan penghilangan photoresist PVC, getaran ultrasonik digunakan. Difusi dalam bidang ultrasonik sangat dipercepat karena aliran mikro akustik, dan gelembung kavitasi yang dihasilkan, ketika dipecah, merobek bagian photoresist dari papan. Waktu pengembangan berkurang menjadi 10 detik, yaitu 5–8 kali lipat dibandingkan teknologi konvensional. Kerugian dari photoresist PVC termasuk biayanya yang tinggi dan penggunaan pelarut organik beracun. Oleh karena itu, resistan PVC belum banyak digunakan dalam pembuatan PCB, tetapi digunakan terutama dalam pembuatan IC.

Fotoresis berdasarkan senyawa diazo digunakan terutama sebagai senyawa positif. Fotosensitifitas senyawa diazo disebabkan oleh adanya gugus yang terdiri dari dua atom nitrogen N2 (Gbr. 2.7).

Gambar.2.7. Ikatan molekul pada struktur senyawa diazo.

Pengeringan lapisan photoresist dilakukan dalam dua tahap:

– pada suhu 20°C selama 15–20 menit untuk menguapkan komponen yang mudah menguap;

– dalam termostat dengan sirkulasi udara pada suhu 80°C selama 30–40 menit.

Pengembangnya adalah larutan trisodium fosfat, soda, dan alkali lemah. Photoresists FP-383, FN-11 berdasarkan senyawa diazo memiliki resolusi 350–400 garis/mm, ketahanan kimia yang tinggi, tetapi biayanya tinggi.

Fotoresis film kering Merek Riston pertama kali dikembangkan pada tahun 1968 oleh Du Pont (USA) dan memiliki ketebalan 18 mikron (merah), 45 mikron (biru) dan 72 mikron (ruby). Fotoresist film kering SPF-2 telah diproduksi sejak tahun 1975 dengan ketebalan 20, 40 dan 60 mikron dan merupakan polimer berbahan dasar polimetil metakrilat. 2 (Gbr. 2.8), terletak di antara polietilen 3 dan lavsan/film dengan ketebalan masing-masing 25 mikron.

Gambar.2.8. Struktur photoresist kering.

Jenis photoresist film kering berikut ini diproduksi di CIS:

– diwujudkan dalam zat organik – SPF-2, SPF-AS-1, SRF-P;

– air basa – SPF-VShch2, TFPC;

– peningkatan keandalan – SPF-PNShch;

– pelindung – SPF-Z-VShch.

Sebelum digulung ke permukaan dasar PCB, lapisan pelindung polietilen dilepas dan fotoresist kering diaplikasikan ke papan menggunakan metode roller (cladding, laminasi) ketika dipanaskan hingga 100°C dengan kecepatan hingga 1 m/menit menggunakan alat khusus yang disebut laminator. Tahan kering berpolimerisasi di bawah pengaruh radiasi ultraviolet, sensitivitas spektral maksimumnya berada di wilayah 350 nm, oleh karena itu lampu merkuri digunakan untuk pemaparan. Pengembangan dilakukan pada mesin tipe jet dalam larutan metil klorida dan dimetilformamida.

SPF-2 adalah photoresist film kering, serupa sifatnya dengan photoresist Riston, dapat diproses dalam lingkungan asam dan basa dan digunakan dalam semua metode pembuatan DPP. Saat menggunakannya, peralatan pengembangan harus disegel. SPF-VShch memiliki resolusi lebih tinggi (100–150 garis/mm), tahan dalam lingkungan asam, dan dapat diproses dalam larutan basa. Komposisi fotoresist TFPC (dalam komposisi polimerisasi) mencakup asam metakrilat, yang meningkatkan karakteristik kinerja. Tidak memerlukan perlakuan panas pada lapisan pelindung sebelum pelapisan listrik. SPF-AS-1 memungkinkan Anda memperoleh pola PP menggunakan teknologi subtraktif dan aditif, karena tahan terhadap lingkungan asam dan basa. Untuk meningkatkan daya rekat lapisan fotosensitif ke substrat tembaga, benzotriazol dimasukkan ke dalam komposisi.

Penggunaan photoresist kering secara signifikan menyederhanakan proses pembuatan PCB dan meningkatkan hasil produk yang sesuai dari 60 menjadi 90%. Di mana:

– operasi pengeringan, penyamakan dan retouching, serta kontaminasi dan ketidakstabilan lapisan tidak termasuk;

– perlindungan lubang logam dari kebocoran photoresist disediakan;

– otomatisasi tinggi dan mekanisasi proses pembuatan PCB dan kontrol gambar tercapai.

Instalasi untuk mengaplikasikan photoresist film kering - laminator (Gbr. 2.9) terdiri dari roller 2, biaya pengiriman 6 dan menekan photoresist ke permukaan benda kerja, rol 3 Dan 4 untuk melepas film polietilen pelindung, gulungan dengan photoresist 5, pemanas 1 dengan termostat.

Gambar.2.9. Diagram laminasi.

Kecepatan pergerakan papan blanko mencapai 0,1 m/s, suhu pemanas (105 ±5) °C. Desain instalasi ARSM 3.289.006 NPO Raton (Belarus) memberikan gaya tekan yang konstan terlepas dari celah yang dipasang di antara roller pemanas. Lebar maksimum benda kerja PP adalah 560 mm. Ciri khas rolling adalah bahaya debu masuk ke bawah lapisan photoresist, sehingga pemasangan harus dilakukan di zona kedap udara. Film photoresist yang digulung disimpan setidaknya selama 30 menit sebelum pemaparan hingga proses penyusutan total, yang dapat menyebabkan distorsi pola dan mengurangi daya rekat.

Perkembangan pola tersebut dilakukan sebagai akibat dari aksi kimia dan mekanis metil kloroform. Waktu pengembangan optimal diambil 1,5 kali lebih lama dari waktu yang dibutuhkan untuk menghilangkan SPF yang tidak disamak secara menyeluruh. Kualitas operasi pengembangan bergantung pada lima faktor: waktu pengembangan, suhu pengembangan, tekanan pengembang dalam ruang, kontaminasi gel pengembangan, dan tingkat pembilasan akhir. Ketika photoresist terlarut terakumulasi dalam pengembang, kecepatan pengembangan melambat. Setelah pengembangan, papan harus dicuci dengan air sampai semua sisa pelarut hilang sepenuhnya. Durasi operasi pengembangan SPF-2 pada suhu pengembang 14–18°C, tekanan larutan dalam ruang 0,15 MPa dan kecepatan konveyor 2,2 m/menit adalah 40–42 detik.

Penghapusan dan pengembangan photoresist dilakukan pada mesin inkjet (GGMZ.254.001, ARSMZ.249.000) dalam metilen klorida. Ini adalah pelarut yang kuat, sehingga operasi penghilangan photoresist harus dilakukan dengan cepat (dalam waktu 20–30 detik). Instalasi menyediakan siklus tertutup untuk penggunaan pelarut; setelah mengairi papan, pelarut masuk ke penyuling, dan kemudian pelarut murni dialihkan untuk digunakan kembali.

Pemaparan suatu photoresist dimaksudkan untuk mengawali reaksi fotokimia di dalamnya dan dilakukan pada instalasi yang mempunyai sumber cahaya (scanning atau stasioner) dan beroperasi pada daerah ultraviolet. Untuk memastikan masker foto terpasang erat pada papan kosong, bingkai digunakan di tempat yang menciptakan ruang hampa. Pemasangan pemaparan SKTSI.442152.0001 NPO "Raton" dengan bidang kerja rangka pembebanan 600×600 mm memberikan produktivitas 15 papan/jam. Waktu paparan lampu merkuri DRSh-1000 1–5 menit. Setelah pemaparan, untuk menyelesaikan reaksi fotokimia gelap, diperlukan pemaparan pada suhu kamar selama 30 menit sebelum melepaskan film pelindung Mylar.

Kerugian dari photoresist kering adalah kebutuhan untuk menerapkan kekuatan mekanis selama penggulungan, yang tidak dapat diterima untuk substrat kaca-keramik, dan masalah daur ulang limbah padat dan cair. Untuk setiap 1000 m 2 material, dihasilkan hingga 40 kg limbah padat dan 21 kg limbah cair, yang pembuangannya merupakan masalah lingkungan.

Untuk memperoleh pola konduktif pada bahan dasar insulasi, baik dengan metode gridografi maupun fotokimia, perlu menggunakan photomask, yaitu gambaran grafis pola tersebut dengan skala 1:1 pada pelat atau film fotografi. Photomask dibuat dalam gambar positif ketika membangun area konduktif pada pita dan dalam gambar negatif ketika area konduktif diperoleh dengan mengetsa tembaga dari area celah.

Akurasi geometris dan kualitas pola PP terutama dijamin oleh keakuratan dan kualitas masker foto, yang harus memiliki:

– gambar elemen hitam putih yang kontras dengan batas yang jelas dan rata dengan kerapatan optik bidang hitam minimal 2,5 unit, area transparan tidak lebih dari 0,2 unit, diukur pada densitometer tipe DFE-10;

– cacat gambar minimal (titik gelap di ruang putih, titik transparan di bidang hitam), yang tidak melebihi 10–30 µm;

– akurasi elemen desain ±0,025 mm.

Pada tingkat yang lebih besar, persyaratan yang tercantum dipenuhi oleh pelat dan film fotografi kontras tinggi “Mikrat-N” (USSR), pelat fotografi seperti FT-41P (USSR), RT-100 (Jepang) dan Agfalit (Jerman).

Saat ini, dua metode utama untuk mendapatkan masker foto digunakan: memotretnya dari foto asli dan menggambarnya dengan sinar pada film fotografi menggunakan koordinatograf yang dikendalikan program atau sinar laser. Saat membuat foto asli, desain PP dibuat dalam skala yang diperbesar (10:1, 4:1, 2:1) pada bahan dengan penyusutan rendah dengan cara menggambar, membuat applique atau memotong enamel. Metode aplikasi melibatkan menempelkan elemen standar yang telah disiapkan sebelumnya ke dasar transparan (lavsan, kaca, dll.). Metode pertama dicirikan oleh akurasi yang rendah dan intensitas tenaga kerja yang tinggi, oleh karena itu metode ini digunakan terutama untuk papan prototipe.

Pemotongan enamel digunakan untuk PP dengan kepadatan pemasangan tinggi. Untuk melakukan ini, lembaran kaca yang dipoles ditutupi dengan lapisan enamel buram, dan pemotongan desain sirkuit dilakukan menggunakan koordinatograf yang dikontrol secara manual. Keakuratan polanya adalah 0,03–0,05 mm.

Foto asli yang dihasilkan difoto dengan reduksi yang diperlukan pada pelat fotografi kontras tinggi menggunakan kamera cetak fotoreproduksi seperti PP-12, EM-513, Klimsch (Jerman) dan diperoleh masker foto yang dapat dikontrol dan berfungsi. Untuk replikasi dan produksi masker foto kerja, tunggal, dan grup, metode pencetakan kontak digunakan dari salinan negatif masker foto kontrol. Pengoperasian dilakukan pada model pengganda ARSM 3.843.000 dengan akurasi ±0,02 mm.

Kerugian dari metode ini adalah tingginya intensitas tenaga kerja untuk mendapatkan foto asli, yang membutuhkan tenaga kerja yang sangat terampil, dan kesulitannya pencahayaan seragam foto asli di area yang luas, sehingga mengurangi kualitas masker foto.

Meningkatnya kompleksitas dan kepadatan pola PP serta kebutuhan untuk meningkatkan produktivitas tenaga kerja menyebabkan berkembangnya metode produksi masker foto menggunakan sinar pemindaian langsung pada film fotografi. Mesin koordinat dengan kontrol program telah dikembangkan untuk menghasilkan masker foto menggunakan berkas cahaya. Dengan transisi ke desain papan mesin, kebutuhan untuk menggambar menghilang, karena pita kertas berlubang dengan koordinat konduktor yang diperoleh dari komputer dimasukkan ke dalam perangkat pembaca koordinatograf, di mana masker foto dibuat secara otomatis.

Koordinatografi (Gbr. 2.10) terdiri dari tabel vakum 8, tempat film, kepala foto, dan unit kontrol dipasang /. Meja bergerak dengan presisi tinggi dalam dua arah yang saling tegak lurus menggunakan sekrup timah presisi 9 dan 3, yang digerakkan oleh motor stepper 2 Dan 10. Kepala foto menyalakan iluminator 4, sistem fokus 5, diafragma melingkar 6 dan rana foto 7. Diafragma memiliki sekumpulan lubang (25–70), membentuk elemen tertentu dari pola PP, dan dipasang pada poros motor stepper. Sesuai dengan program pengoperasian, sinyal dari unit kontrol disuplai ke motor stepper penggerak meja, diafragma, dan ke iluminator. Koordinatografi modern (Tabel 5.4) dilengkapi dengan sistem yang secara otomatis mempertahankan mode cahaya konstan, mengeluarkan informasi tentang masker foto dari komputer ke film pada skala 1:2; 1:1; 2:1; 4:1.

Beras. 5.10. Diagram koordinatograf.

Laminasi FR4

Anda dapat menemukan penjelasan rinci tentang laminasi.

Laminasi di gudang TePro

Bahan microwave ROGERS

CATATAN: Untuk menggunakan bahan ROGERS dalam produksi papan sirkuit, harap sebutkan ini di formulir pemesanan

Karena bahan Rogers jauh lebih mahal daripada FR4 standar, kami terpaksa memperkenalkan markup tambahan untuk papan yang dibuat dari bahan Rogers. Bidang kerja benda kerja bekas: 170×130; 270×180; 370×280; 570 × 380.

Laminasi berbahan dasar logam

Representasi visual dari materi

Laminasi aluminium ACCL 1060-1 dengan konduktivitas termal dielektrik 1 W/(m K)

Keterangan

Laminasi aluminium CS-AL88-AD2(AD5) dengan konduktivitas termal dielektrik 2(5) W/(m K)

Keterangan

Persiapan

Dalam produksi kami menggunakan prepregs 2116, 7628 dan 1080 grade A (tertinggi) dari ILM.

Anda dapat menemukan penjelasan rinci tentang prepreg.

Topeng solder

Properti

Anda dapat menemukan penjelasan rinci tentang topeng solder.

Pertanyaan dan jawaban yang sering diajukan tentang laminasi dan prepreg

Apa itu XPC?

Apa perbedaan antara FR1 dan FR2?

Apa itu FR2?

Apa itu FR3?

Apa itu FR4?

Apa itu FR5?

Apa itu CEM-1?

Apa itu CEM-3?

Apa itu G10?

Bagaimana cara mengganti laminasi?

Apa itu "prepreg"?

Apa kepanjangan dari FR atau CEM?

Apakah FR4 benar-benar hijau?

Apakah warna logo mempunyai arti?

Apakah orientasi logo ada artinya?

Apa itu laminasi pemblokiran UV?

Laminasi apa yang cocok untuk pelapisan tembus lubang?

Apakah ada alternatif untuk melapisi lubang?

Apa itu "ketebalan bahan"?

Apa itu: PF-CP-Cu? IEC-249? GFN?

Apa itu CTI?

Apa maksud #7628? Nomor apa lagi yang ada?

Apa itu 94V-0, 94V-1, 94-HB?

Saat ini, sebagian besar sirkuit elektronik dibuat menggunakan papan sirkuit tercetak. Menggunakan teknologi pembuatan 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 cetak, baik lapisan tunggal maupun multilapis, penting bagi semua orang yang terlibat dalam penggunaannya, terutama papan sirkuit cetak 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.
Jika ada persyaratan untuk pengoperasian terus menerus pada suhu tinggi atau dengan perubahan suhu yang tiba-tiba, maka 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, itu digantikan oleh lebih banyak lagi pelapis 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 dalam tungku dilakukan dengan menggunakan teknologi yang kira-kira sama dengan HASL, namun solder 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 - lubang logam transisi

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. Kurang umum pilihan kedua, ketika lapisan luar terbentuk dari “inti” yang disatukan oleh 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 dengan metalisasi lubang tembus diameter kecil, produsen papan sirkuit cetak multilayer lebih memilih untuk mencapai kepadatan tinggi dengan menggunakan lebih banyak lapisan yang relatif murah daripada menggunakan lebih sedikit lapisan dengan kepadatan tinggi tetapi, oleh karena itu, 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 sesuai dengan hukum perkembangan yang ada secara obyektif sistem teknis: Masalah yang berkaitan dengan penempatan atau pergerakan benda diselesaikan dengan berpindah dari suatu titik ke garis, dari garis ke bidang, dari bidang 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 tercetak kaku dan fleksibel ditempati oleh papan sirkuit tercetak "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 peralatan pencetakan, 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 pencahayaan: lampu penerangan jalan, penerangan otomotif, lampu 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 LED atau cluster pada papan sirkuit tercetak untuk menyederhanakan penyertaan dan memperluas jangkauan. penerapan LED berbahan dasar logam (dalam klasifikasi internasional IMPCB - Papan Sirkuit Cetak Logam Terisolasi, atau AL PCB - papan sirkuit tercetak 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.

Tembaga, Aluminium, dan berbagai jenis keramik digunakan sebagai bahan dengan konduktivitas termal yang tinggi untuk 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 kinerjanya terganggu Diagram listrik.

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 sambungan internal dapat dicapai dengan memperkenalkan operasi tambahan - pemotongan ( penghapusan sebagian) dielektrik dalam 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. Solusi teknis ini menggunakan keseluruhan “kumpulan” teknik untuk menyelesaikan kontradiksi teknis: menggunakan tindakan yang sebagian berlebihan, mengubah kerugian menjadi manfaat, menerapkan transisi dari proses berkelanjutan ke proses yang berdenyut, melakukan yang sebaliknya, dll. Dan hasilnya diperoleh sesuai dengan “buket” ini. 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 dipasang pada papan sirkuit tercetak yang digunakan untuk pemasangan volumetrik perangkat elektronik, meskipun dengan beberapa modifikasi pada pin untuk memperkecil 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 amplifikasi semikonduktor mini - transistor, papan sirkuit tercetak mulai mendominasi peralatan Rumah Tangga, beberapa saat kemudian di industri, dan dengan munculnya fragmen sirkuit elektronik - modul fungsional dan sirkuit mikro - digabungkan dalam satu chip, desainnya sudah menyediakan pemasangan papan sirkuit tercetak 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. Kemunculannya memaksa peningkatan jumlah sambungan eksternal (lihat permukaan kontak prosesor grafis pada Gambar 9.a), yang pada gilirannya menyebabkan komplikasi pada tata letak jalur konduktif, yang 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 isolasi.

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 Tak jauh dari teknologi “dapur” ini. Satu-satunya perbedaan adalah komposisi larutan etsa telah berubah dan elemen otomatisasi proses telah 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 memiliki kelemahan 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. Terkadang Anda cukup mencuci permukaan papan sirkuit dengan spons pencuci piring yang kaku. deterjen atau bubuk (untuk tujuan ini akan lebih mudah menggunakan spons pencuci piring yang bersifat abrasif, yang bentuknya seperti kain kempa dengan sedikit zat; seringkali spons semacam 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 disarankan untuk melakukan operasi ini segera sebelum menerapkan lapisan pelindung, atau setelahnya, simpan benda kerja di tempat gelap, karena tembaga cepat teroksidasi dalam cahaya.

Tahap terakhir persiapan permukaan terdiri dari 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 dukungan Oracal cukup terkelupas dengan hati-hati kertas biasa membutuhkan perendaman awal 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.

Akhir-akhir ini pasar Rusia Beberapa jenis photoresist impor telah muncul dalam kemasan aerosol, 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, diperbolehkan mengeringkan papan pada suhu kamar selama 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. Jika ukuran papan cukup kecil, Anda dapat menggunakan pelat fotografi yang dicuci dari emulsi untuk menjepit. 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 jumlah besar 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 dari 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 dinilai 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 kecepatan maksimum motor listrik. 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 menerapkan kekuatan.

Langkah selanjutnya adalah melapisi papan dengan fluks, dilanjutkan dengan tinning. Anda dapat menggunakan fluks industri khusus (sebaiknya dicuci dengan air atau tidak perlu dibilas sama sekali) atau cukup melapisi papan solusi yang lemah rosin 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 dan sistem teknologi untuk produksi papan sirkuit dan kabel anyaman. 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,

Papan sirkuit cetak elektronik (singkatan Rusia - PP, Inggris - PCB) adalah panel lembaran yang menampung komponen mikroelektronik yang saling berhubungan. Papan sirkuit tercetak digunakan sebagai bagian dari berbagai peralatan elektronik, mulai dari bel pintu sederhana, radio rumah tangga, radio studio, hingga radar kompleks dan sistem komputer. Secara teknologi, pembuatan papan sirkuit cetak elektronik melibatkan pembuatan sambungan dengan bahan “film” konduktif. Bahan tersebut diaplikasikan (“dicetak”) pada pelat insulasi, yang disebut substrat.

Papan sirkuit cetak elektronik menandai awal pembentukan dan pengembangan sistem sambungan listrik, dikembangkan pada pertengahan abad ke-19.

Strip logam (batang) pada awalnya digunakan karena berukuran besar komponen listrik, dipasang di atas alas kayu.

Secara bertahap, strip logam menggantikan konduktor dengan blok terminal sekrup. Basis kayu juga dimodernisasi, memberikan preferensi pada logam.

Seperti inilah prototipe produksi PP modern. Solusi desain serupa digunakan pada pertengahan abad ke-19

Praktik penggunaan komponen elektronik yang ringkas dan berukuran kecil memerlukan solusi dasar yang unik. Maka, pada tahun 1925, Charles Ducasse (AS) menemukan solusi seperti itu.

Seorang insinyur Amerika mengusulkan cara unik untuk mengatur sambungan listrik pada pelat berinsulasi. Dia menggunakan tinta konduktif listrik dan stensil untuk memindahkan diagram sirkuit ke piring.

Beberapa saat kemudian, pada tahun 1943, orang Inggris Paul Eisler juga mematenkan penemuan pengetsaan sirkuit konduktif pada kertas tembaga. Insinyur menggunakan pelat isolator yang dilaminasi dengan bahan foil.

Namun, penggunaan aktif teknologi Eisler baru tercatat pada periode 1950-60an, ketika mereka menemukan dan menguasai produksi komponen mikroelektronik - transistor.

Teknologi pembuatan lubang tembus pada papan sirkuit cetak multilayer dipatenkan oleh Hazeltyne (AS) pada tahun 1961.

Oleh karena itu, berkat peningkatan kepadatan komponen elektronik dan kedekatan jalur interkoneksi, era baru desain papan sirkuit cetak telah terbuka.

Papan sirkuit cetak elektronik - manufaktur

Visi umum dari proses: masing-masing komponen elektronik didistribusikan ke seluruh area substrat isolasi. Komponen yang terpasang kemudian dihubungkan dengan cara menyolder ke rangkaian rangkaian.

Yang disebut “jari” kontak (pin) terletak di sepanjang area ekstrem media dan bertindak sebagai konektor sistem.

Melalui kontak "jari", komunikasi dengan papan sirkuit cetak periferal atau koneksi sirkuit kontrol eksternal diatur. Papan sirkuit cetak elektronik dirancang untuk menghubungkan sirkuit yang mendukung satu fungsi atau beberapa fungsi secara bersamaan.

Tiga jenis papan sirkuit cetak elektronik diproduksi:

1. Berat sebelah.
2. Dua sisi.
3. berlapis-lapis.

Papan sirkuit cetak satu sisi dicirikan oleh penempatan komponen secara eksklusif di satu sisi. Jika seluruh bagian sirkuit tidak terpasang papan satu sisi, opsi dua sisi digunakan.

Bahan substrat

Substrat yang secara tradisional digunakan pada papan sirkuit cetak biasanya terbuat dari fiberglass yang dikombinasikan dengan resin epoksi. Substrat ditutupi dengan kertas tembaga pada satu atau kedua sisi.

Papan sirkuit cetak elektronik yang terbuat dari kertas resin fenolik, juga dilapisi dengan film tembaga, dianggap hemat biaya untuk produksi. Oleh karena itu, lebih sering daripada variasi lainnya, mereka digunakan untuk melengkapi peralatan elektronik rumah tangga.

Sambungan dibuat dengan melapisi atau mengetsa permukaan tembaga pada substrat. Trek tembaga dilapisi dengan komposisi timah-timah untuk melindungi dari korosi. Pin kontak pada papan sirkuit tercetak dilapisi dengan lapisan timah, kemudian nikel, dan terakhir emas.

Melakukan operasi pengikatan

Teknologi pemasangan permukaan melibatkan penggunaan cabang lurus (berbentuk J) atau bersudut (berbentuk L). Karena cabang tersebut, setiap bagian elektronik terhubung langsung ke sirkuit tercetak.

Dengan menggunakan pasta kompleks (lem + fluks + solder), komponen elektronik ditahan sementara pada titik kontak. Penahanan berlanjut hingga papan sirkuit tercetak dimasukkan ke dalam oven. Di sana solder meleleh dan menghubungkan bagian-bagian rangkaian.

Meskipun terdapat tantangan dalam penempatan komponen, teknologi pemasangan di permukaan memiliki keunggulan penting lainnya.

Teknik ini menghilangkan proses pengeboran yang panjang dan penyisipan gasket pengikat, seperti yang dilakukan pada metode lubang tembus yang sudah ketinggalan zaman. Namun, kedua teknologi tersebut terus digunakan secara aktif.

Desain PCB Elektronik

Setiap papan sirkuit cetak elektronik (kumpulan papan) dirancang untuk fungsionalitas unik. Perancang papan sirkuit cetak elektronik beralih ke sistem desain dan “perangkat lunak” khusus untuk menata sirkuit pada papan sirkuit cetak.

Kesenjangan antara jalur konduktif biasanya diukur dalam nilai tidak lebih dari 1 mm. Lokasi lubang untuk konduktor komponen atau titik kontak dihitung.

Semua informasi ini diterjemahkan ke dalam format perangkat lunak komputer yang mengontrol mesin bor. Mesin otomatis untuk produksi papan sirkuit cetak elektronik diprogram dengan cara yang sama.

Setelah diagram rangkaian ditata, gambar negatif dari rangkaian (topeng) dipindahkan ke lembaran plastik transparan. Area gambar negatif yang tidak disertakan dalam gambar sirkuit ditandai dengan warna hitam, dan sirkuit itu sendiri tetap transparan.

Industri manufaktur papan sirkuit cetak elektronik

Teknologi pembuatan papan sirkuit cetak elektronik menyediakan kondisi produksi di lingkungan yang bersih. Suasana dan objek tempat produksi dikontrol secara otomatis terhadap keberadaan kontaminan.

Banyak perusahaan manufaktur papan sirkuit cetak elektronik mempraktikkan manufaktur unik. Dan dalam bentuk standar, produksi pencetakan dua sisi papan elektronik secara tradisional melibatkan langkah-langkah berikut:

Membuat pangkalan

1. Fiberglass diambil dan melewati modul proses.
2. Diresapi dengan resin epoksi (perendaman, penyemprotan).
3. Serat kaca digulung pada mesin hingga ketebalan substrat yang diinginkan.
4. Keringkan media dalam oven dan letakkan di panel besar.
5. Panel disusun dalam tumpukan, diselingi dengan foil tembaga dan alasnya dilapisi lem.

Terakhir, tumpukan ditempatkan di bawah alat press, dimana pada suhu 170°C dan tekanan 700 kg/mm ​​​​2, dilakukan pengepresan selama 1-2 jam. Resin epoksi mengeras dan foil tembaga terikat di bawah tekanan ke bahan pendukung.

Mengebor dan membuat lubang

1. Beberapa panel pendukung diambil, diletakkan satu di atas yang lain, dan dipasang dengan kuat.
2. Tumpukan terlipat ditempatkan di mesin CNC, di mana lubang dibor sesuai dengan pola skema.
3. Lubang yang dibuat dibersihkan dari material berlebih.
4. Permukaan bagian dalam lubang konduktif dilapisi dengan tembaga.
5. Lubang non-konduktif dibiarkan tidak dilapisi.

Menghasilkan gambar papan sirkuit tercetak

Contoh rangkaian PCB dibuat menggunakan prinsip aditif atau subtraktif. Dalam hal opsi aditif, substrat dilapisi dengan tembaga sesuai dengan pola yang diinginkan. Dalam hal ini, bagian di luar skema tetap tidak diproses.

Proses subtraktif terutama mencakup keseluruhan permukaan media. Kemudian area individual yang tidak termasuk dalam diagram digores atau dipotong.

Bagaimana cara kerja proses aditif?

Permukaan foil pada media telah mengalami degrease terlebih dahulu. Panel melewati ruang vakum. Karena ruang hampa, lapisan bahan photoresist positif dikompresi dengan kuat di seluruh area foil.

Bahan positif untuk photoresist adalah polimer yang memiliki kemampuan larut di bawah radiasi ultraviolet. Kondisi vakum menghilangkan kemungkinan sisa udara antara foil dan photoresist.

Templat sirkuit diletakkan di atas photoresist, setelah itu panel terkena sinar ultraviolet yang intens. Karena masker membuat area sirkuit menjadi transparan, photoresist pada titik-titik ini terkena radiasi UV dan larut.

Kemudian masker dilepas dan panel diserbuki dengan larutan alkali. Ini, semacam pengembang, membantu melarutkan photoresist yang diiradiasi di sepanjang batas area desain sirkuit. Dengan demikian, foil tembaga tetap terbuka pada permukaan substrat.

Selanjutnya, panel digalvanis dengan tembaga. Foil tembaga bertindak sebagai katoda selama proses galvanisasi. Area terbuka digalvanis hingga ketebalan 0,02-0,05 mm. Area yang tersisa di bawah photoresist tidak digalvanis.

Jejak tembaga juga dilapisi dengan komposisi timah-timah atau lapisan pelindung lainnya. Tindakan ini mencegah oksidasi tembaga dan menimbulkan hambatan pada tahap produksi berikutnya.

Fotoresist yang tidak diperlukan dihilangkan dari substrat menggunakan pelarut asam. Lapisan tembaga antara desain sirkuit dan lapisan terbuka. Karena tembaga pada rangkaian PCB dilindungi oleh senyawa timah-timah, konduktor di sini tidak terpengaruh oleh asam.

Teknik pembuatan industri papan sirkuit elektronik

Laminasi fiberglass lebih sering digunakan dibandingkan bahan lain untuk membuat alas papan yang kaku. Laminasi fiberglass memiliki sifat dielektrik yang baik, kekuatan mekanik dan ketahanan kimia, daya tahan dan keamanan; laminasi fiberglass dapat digunakan dalam kondisi kelembaban tinggi. Paling karakteristik penting bahan - sifat isolasi listrik dan karakteristik terpenting kedua adalah suhu transisi kaca Tg, yang membatasi ruang lingkup aplikasi. Suhu transisi suatu material dari wujud padat ke plastis – suhu transisi gelas. Semakin tinggi suhu transisi gelas resin, semakin rendah koefisien ekspansi linier dielektrik, yang menyebabkan rusaknya konduktor papan. Suhu transisi gelas bergantung pada berat molekul molekul resin yang digunakan dalam pembuatan bahan. Kemunculan dan peningkatan elastisitas terjadi pada kisaran suhu tertentu. Nilai sentral dalam kisaran ini disebut suhu transisi gelas. Peningkatan suhu transisi kaca dimungkinkan dengan peningkatan teknologi produksi fiberglass.

Fiberglass adalah bahan yang dibuat dengan pengepresan panas dari beberapa lapisan fiberglass yang diresapi dengan bahan pengikat - resin epoksi atau fenol-formaldehida. Ada banyak merek yang tersedia untuk berbagai kondisi pengoperasian. Dikembangkan persyaratan yang berbeda hingga teknologi manufaktur. Suhu penyalaan berbagai tingkatan fiberglass adalah dari 300 hingga 500 °C. STEF Merek laminasi fiberglass domestik yang umum adalah singkatan dari laminasi fiberglass epoksi-fenolik. STEF-1 berbeda dari STEF hanya dalam teknologi manufakturnya, sehingga lebih cocok untuk digunakan permesinan. STEF-U telah meningkatkan sifat isolasi mekanik dan listrik dibandingkan dengan merek STEF-1.

Variasi dari bahan ini adalah fiberglass berlapis foil, yang digunakan dalam produksi papan sirkuit.

menggagalkan bahan adalah bahan dasar papan, yang mempunyai foil konduktif pada salah satu atau kedua sisinya - lembaran bahan konduktif yang dimaksudkan untuk membentuk pola konduktif pada papan. Keberhasilan produksi papan dan keandalan perangkat yang diproduksi bergantung pada kualitas dan parameter bahan yang digunakan.

Laminasi fiberglass foil memiliki banyak merk. Untuk produksi papan, merek dalam negeri digunakan sesuai dengan Gost, diproduksi oleh produsen kami: SF, SONF-U, STF, STNF, SNF, DFM-59, SFVN dan merk fiberglass laminasi import FR-4, FR-5, CEM-3 mengalami banyak modifikasi. Untuk pembuatan papan yang dimaksudkan untuk pengoperasian pada kondisi normal dan kelembaban tinggi pada suhu -60 s/d +85 °C digunakan merk SF yang mempunyai banyak jenis, salah satunya SF-1-35G.

Sebutan atas nama SF-1-35G:

• SF - laminasi fiberglass foil
• 1 - satu sisi
• 35 - Ketebalan foil 35 mikron
• G - foil tahan galvanis

Untuk produksi sebagian besar perangkat elektronik, merek dapat digunakan SONF-U, suhu pengoperasiannya dari -60 hingga +155 °C. Sebutan pada namanya: S dan F - foil fiberglass, OH - serba guna, U - mengandung bahan tambahan yang mengandung bromin dan termasuk dalam golongan plastik tidak mudah terbakar. Ketebalan foil yang ditempatkan pada alas berkisar antara 18, 35, 50, 70, 105 mikron. Ketebalan laminasi fiberglass foil berkisar dari 0,5 hingga 3mm.

FR-4 fiberglass foil impor yang tahan api (Fire Retardent). FR-4 sejauh ini merupakan kualitas material yang paling umum untuk produksi papan sirkuit cetak. Karakteristik teknologi dan operasional yang tinggi menentukan popularitas material ini.

FR-4 punya ketebalan nominal 1,6 mm, dilapisi dengan foil tembaga setebal 35 mikron pada satu atau kedua sisi. Standar FR-4 memiliki tebal 1,6 mm dan terdiri dari delapan lapisan (“prepreg”) fiberglass. Lapisan tengah biasanya berisi logo pabrikan, warnanya mencerminkan kelas mudah terbakar bahan ini (merah - UL94-VO, biru - UL94-HB). Biasanya, FR-4 transparan, warna hijau standar ditentukan oleh warna masker solder yang diterapkan pada PCB jadi.

• hambatan listrik volumetrik setelah pengkondisian dan restorasi (Ohm x m): 9,2 x 1013;
• hambatan listrik permukaan (Ohm): 1,4 x1012;
• kekuatan mengupas foil setelah terkena larutan galvanik (N/mm): 2.2;
• sifat mudah terbakar (metode uji vertikal): kelas Vо.

Fiberglass foil satu sisi CEM-3. CEM-3 merupakan material impor (Composite Epoxy Material), paling mirip dengan laminasi fiberglass foil merk FR-4, dengan harga 10-15% lebih murah. Ini adalah dasar fiberglass di antara dua lapisan luar fiberglass. Cocok untuk metalisasi lubang. CEM-3 adalah bahan berwarna putih susu atau transparan, sangat halus. Bahannya mudah dibor dan dicap. Selain foil PCB, banyak bahan berbeda yang digunakan untuk membuat papan.

Dapatkaninax

Getinaks foil satu sisi.

Foil getinax dimaksudkan untuk pembuatan papan yang dimaksudkan untuk beroperasi pada kelembaban udara normal dengan pemasangan komponen satu atau dua sisi tanpa lubang metalisasi. Perbedaan teknologi antara getinax dan laminasi fiberglass adalah penggunaan kertas daripada fiberglass dalam produksinya. Bahannya murah dan mudah dicap. Memiliki karakteristik kelistrikan yang baik pada kondisi normal. Bahan ini memiliki kelemahan: ketahanan kimia yang buruk dan ketahanan panas yang buruk, higroskopisitas.

Merk getinaks foil dalam negeri GF-1-35, GF-2-35, GF-1-50 dan GF-2-50 dirancang untuk beroperasi pada kelembaban relatif 45 - 76% dan suhu 15 - 35 C°, bahan dasarnya berwarna coklat. XPC, FR-1, FR-2 – getinaks foil impor. Bahan-bahan ini berbahan dasar kertas dengan bahan pengisi fenolik, bahannya mudah dicap.

- FR-3– modifikasi FR-2, tetapi resin epoksi digunakan sebagai pengisi sebagai pengganti resin fenolik. Bahan ini dimaksudkan untuk produksi papan tanpa lubang metalisasi.

- CEM-1– bahan yang terdiri dari resin epoksi (Composite Epoxy Material) di atas dasar kertas dengan satu lapisan fiberglass. Dirancang untuk produksi papan sirkuit tanpa lubang metalisasi; bahannya dapat dicap dengan baik. Biasanya berwarna putih susu atau kuning susu.

Bahan foil lainnya digunakan untuk kondisi pengoperasian yang lebih parah, namun memiliki harga yang lebih tinggi. Basisnya dibuat berdasarkan senyawa kimia yang meningkatkan sifat papan: keramik, aramid, poliester, resin polimida, bismaleinimida-triazin, sianat ester, fluoroplastik.

Pelapis bantalan PCB

Mari kita lihat jenis pelapis apa yang ada untuk bantalan tembaga. Paling sering situs dicakup paduan timah-timah, atau POS. 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 internasional RoHS. 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. 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, mari kita pertimbangkan tujuan fungsional dan bahan pelapis papan sirkuit cetak.

Masker solder - diaplikasikan pada permukaan papan untuk melindungi konduktor dari korsleting dan kotoran yang tidak disengaja, serta untuk melindungi 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 digunakan 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.